RU2771948C1

RU2771948C1 - Downstream water level regulator

Info

Publication number: RU2771948C1
Application number: RU2021116707A
Authority: RU
Inventors: Николай Вячеславович Островский; Вячеслав Тимофеевич Островский; Елена Владимировна Дегтярева; Вячеслав Вячеславович Островский; Семен Игоревич Демьянов; Александр Викторович Чикалов; Дмитрий Андреевич Канцур; Александр Анатольевич Яндовский; Глеб Александрович Зюзин; Наталья Анатольевна Чижевская
Filing date: 2021-06-07
Publication date: 2022-05-13

Abstract

FIELD: irrigation systems.

SUBSTANCE: invention relates to irrigation systems and can be used to regulate the level of the downstream on channel retaining structures, as well as to regulate closed artificial reservoirs of reclamation systems. The downstream water level regulator, including a water outlet, a movable head, a level sensor, a tube of a tubular regulator that ensures the flow of water from the upstream to the downstream, and a system for responding to changes in the downstream level, according to the invention has a remote control system consisting of an ultrasonic level sensor with a programmable controller with the possibility of wireless transmission of the control data stream, and the system for responding to changes in the level of the downstream has a compressor and its own controller and is made in the form of a control chamber with a guide pipe, installed in it with the possibility of free movement and rigidly connected to a movable head, while inside the control chamber in its upper part around the guide pipe, a platform is located and rigidly attached to it, above which an air-filled elastic container is installed, communicated with a compressor that ensures its filling and emptying, controlled by its own controller in accordance with the control signal of the system remote control.

EFFECT: increase in the operability of the device and the accuracy of water level regulation, as well as to expand the range of applicability of the device.

1 cl, 3 dwg

Description

Изобретение относится к ирригационным системам и может быть использовано для регулирования уровня нижнего бьефа на канальных подпорных сооружениях, а также для регулирования уровня замкнутых искусственных водоемов мелиоративных систем (рисовых чеков, рыбовыростных прудов и т.п.).The invention relates to irrigation systems and can be used to control the level of the downstream on the canal retaining structures, as well as to control the level of closed artificial reservoirs of reclamation systems (rice checks, fish ponds, etc.).

Известно изобретение (авторское свидетельство SU 1041541 А, кл. G05D 9/02 - аналог), устройство для регулирования уровня воды в ирригационных системах, содержащее водовыпуск с установленной на нем цилиндрической камерой, связанной с затвором, выполненным в виде подвижного оголовка, диафрагму, поплавковый датчик уровня и клапан.An invention is known (author's certificate SU 1041541 A, class G05D 9/02 - analogue), a device for regulating the water level in irrigation systems, containing a water outlet with a cylindrical chamber installed on it, associated with a shutter made in the form of a movable head, a diaphragm, a float level sensor and valve.

Недостатком известного устройства является то, что оно имеет длинные тонкие проводящие трубопроводы без фильтров подверженных засорению в ходе эксплуатации и конструктивно сложный поплавковый датчик уровня, оборудованный переключателем с гидравлико-механическим принципом управления потоком жидкости. Сложность поплавкового датчика снижает эксплуатационную надежность сооружения целом.The disadvantage of the known device is that it has long thin conductive pipelines without filters subject to clogging during operation and a structurally complex float level sensor equipped with a switch with a hydraulic-mechanical principle of fluid flow control. The complexity of the float sensor reduces the operational reliability of the structure as a whole.

Наиболее близкими по технической сущности является «Устройство для поддержания уровня воды в ирригационных системах» (Авторское свидетельство: №441387, кл. Е02В 13/02/, 1976 г. - прототип), содержащее сквозной цилиндрический водовыпуск с подвижным оголовком с эластичным уплотнителем и цилиндрической замкнутой емкостью, управляемой на основе гидравлической связи через гибкий шланг и трубопровод поплавковым клапаном-датчиком, расположенным в нижнем бьефе сооружения и управляющей подачей воды через водовыпуск в нижний бьеф.The closest in technical essence is the "Device for maintaining the water level in irrigation systems" (Author's certificate: No. 441387, class E02B 13/02/, 1976 - prototype), containing a through cylindrical outlet with a movable head with an elastic seal and a cylindrical a closed container controlled on the basis of hydraulic connection through a flexible hose and pipeline by a float valve-sensor located in the downstream of the structure and controlling the supply of water through the water outlet to the downstream.

Недостатками конструкции являются:The disadvantages of the design are:

- цилиндрический водовыпуск жестко закреплен нижней частью в бетонном фундаменте, что делает устройство непригодным для работы на сливных сооружениях, оборудованных затворами и значительно сужает спектр возможных случаев его практического применения;- a cylindrical water outlet is rigidly fixed with its lower part in a concrete foundation, which makes the device unsuitable for work on drain structures equipped with gates and significantly narrows the range of possible cases of its practical application;

- при малых перепадах воды на сооружении скорость наполнения и опорожнения управляющей замкнутой емкости будут выравниваться, особенно при частичном зарастании (засорении) соединительного шланга и трубопровода в период эксплуатации в теплый (вегетационный) период года. Это приведет к задержке управляющей емкости в нижней позиции, постоянной подаче воды в нижний бьефе через водовыпуск и, в следствие, к переполнению нижнего бьефа, т.е. к неустойчивому регулированию уровня.- with small water drops at the facility, the filling and emptying speed of the control closed tank will be equalized, especially if the connecting hose and pipeline are partially overgrown (clogged) during operation in the warm (vegetation) period of the year. This will lead to a delay in the control tank in the lower position, a constant supply of water to the downstream through the water outlet and, as a result, to the overflow of the downstream, i.e. to unstable level control.

Все вышеуказанные недостатки влияют на основные параметры характеристики работы устройства.All of the above disadvantages affect the main parameters of the characteristics of the device.

Техническим результатом является повышение работоспособности устройства и точности регулирования уровня воды и расширение спектра применимости устройства.The technical result is to increase the operability of the device and the accuracy of water level control and expand the range of applicability of the device.

Для достижения технического результата, регулятор уровня воды нижнего бьефа включающий водовыпуск, подвижный оголовок, датчик уровня, трубу трубчатого регулятора, обеспечивающую переток воды из верхнего в нижний бьеф и систему реагирования на изменение уровня нижнего бьефа, согласно изобретению имеет систему дистанционного управления, состоящую из ультразвукового датчика уровня с программируемым контроллером с возможностью беспроводной передачи управляющего потока данных, а система реагирования на изменение уровня нижнего бьефа имеет компрессор и собственный контроллер и выполнена в виде управляющей камеры с направляющей трубой установленной в нее с возможностью свободного перемещения и соединенной жестко с подвижным оголовком, при этом внутри управляющей камеры в верхней ее части вокруг направляющей трубы расположена и жестко присоединена к ней площадка над которой установлена воздухонаполняемая эластичная емкость, сообщенная с компрессором, обеспечивающим ее наполнение и опорожнения, управляемым собственным контроллером в соответствии с управляющим сигналом системы дистанционного управления.To achieve a technical result, the downstream water level regulator, which includes a water outlet, a movable head, a level sensor, a tubular regulator pipe that provides water flow from the upstream to the downstream and a response system to a change in the downstream level, according to the invention, has a remote control system consisting of an ultrasonic level sensor with a programmable controller with the possibility of wireless transmission of the control data flow, and the system for responding to changes in the tailwater level has a compressor and its own controller and is made in the form of a control chamber with a guide pipe installed in it with the possibility of free movement and rigidly connected to a movable head, with at the same time, inside the control chamber in its upper part around the guide pipe, a platform is located and rigidly attached to it, above which an air-filled elastic container is installed, communicated with a compressor that ensures its filling and emptying, controlled by its own controller in accordance with the control signal of the remote control system.

Новизна заявленного предложения заключается в том, что в результате использования новой совокупности конструктивных признаков, включающей закрепленный на затворе сетевого ГТС водовыпуск, воздухонаполняемую эластичную емкость, компрессор, контроллер компрессора, контроллер и датчик уровня воды нижнего бьефа обеспечивается повышение надежности, и точности регулирования и расширение спектра применяемости устройства.The novelty of the proposed proposal lies in the fact that as a result of using a new set of design features, including a water outlet fixed on the gate of the network GTS, an air-filled elastic tank, a compressor, a compressor controller, a controller and a downstream water level sensor, an increase in reliability and control accuracy and an expansion of the spectrum are provided. applicability of the device.

По данным патентной и н.т.литературы не обнаружено аналогичное техническое предложение, что позволяет судить об изобретательном уровне предложения.According to the patent and scientific literature, a similar technical proposal was not found, which makes it possible to judge the inventive level of the proposal.

Заявленное техническое решение соответствует критерию патентоспособности «промышленной применимости», т.к. может быть использовано для регулирования уровня воды нижнего бьефа в составе подпорных регулирующих сооружений для широкого спектра мелиоративных каналов.The claimed technical solution meets the criterion of patentability "industrial applicability", tk. can be used to control the water level of the downstream as part of retaining control structures for a wide range of reclamation canals.

Сущность изобретения поясняется чертежом, где на фигуре 1 представлена конструкция регулятора уровня воды нижнего бьефа, на фигуре 2 показано состояние регулятора уровня воды нижнего бьефа и его конструктивных элементов в режиме подачи воды в нижний бьеф, на фигуре 3 показано состояние регулятора уровня воды нижнего бьефа в режиме форсированного наполнения нижнего бьефа.The essence of the invention is illustrated by the drawing, where figure 1 shows the design of the downstream water level regulator, figure 2 shows the state of the downstream water level regulator and its structural elements in the mode of supplying water to the downstream, figure 3 shows the state of the downstream water level regulator in mode of forced filling of the tailpipe.

На графических материалах для большей ясности представлены только те детали, которые необходимы для понимания сущности изобретения, а сопутствующие элементы, хорошо известные специалистам в данной области, не представлены.In the drawings, for the sake of clarity, only those details that are necessary for understanding the essence of the invention are presented, and related elements, well known to specialists in this field, are not presented.

Регулятор уровня воды нижнего бьефа содержит водовыпуск 1, выполненный виде изогнутой под углом 90° металлической трубы, закрепленный на глубинном плоском скользящем затворе 2 (далее затвор 2) стандартного водопропускного гидротехнического сооружения - регулятора трубчатого, выполняемого для мелиоративных систем по типовым проектам. Затвор 2 может находиться в нижнем закрытом положении (фигура 1, 2), верхнем открытом положении (фигура 3) или частично открытом положении (в составе графической части не показано). Степень открытия затвора 2 регулируемая вращением винта 3 распложенного в верхней части стандартной конструкции прислонной рамы 4. Прислонная рама 4 закреплена на оголовке 5, который является элементом стандартной типовой конструкции регулятора трубчатого. Водовыпуск 1 содержит в верхней части затвор в виде кольцевого водослива, выполненный в виде подвижного оголовка 6 (выполненного из пеноматериала в жестком корпусе), соединенный эластичной сильфонной трубой 7 и направляющей трубой 8 с управляющей камерой 9. Управляющая камера 6 является жестким металлическими коробом цилиндрический формы, в верхней части которого выполнена прорезь круглой формы для входа направляющей трубы 8, а в нижней части выполнена круглая прорезь, соответствующая внешнему диаметру трубы водовыпуска 1. Управляющая камера 6 жестко присоединена к трубе водовыпуска 1 (электросваркой). Внутри управляющей камеры 9 к направляющей трубе 8 с жестко прикреплена площадка 10 (выполненная в виде круга с центральной прорезью для направляющей трубы 8). Над площадкой 10 размещена воздухонаполняемая эластичная емкость 11, соединенная воздуховодом 12 с компрессором 13. Компрессор 13 оборудован управляющим программируемым контроллером 14.The downstream water level regulator contains a water outlet 1, made in the form of a metal pipe bent at an angle of 90°, fixed on a deep flat sliding gate 2 (hereinafter gate 2) of a standard culvert hydraulic structure - a tubular regulator, made for reclamation systems according to standard designs. The shutter 2 can be in the lower closed position (figure 1, 2), the upper open position (figure 3) or partially open position (not shown in the graphic part). The degree of opening of the shutter 2 is adjustable by turning the screw 3 located in the upper part of the standard design of the leaning frame 4. The leaning frame 4 is fixed on the head 5, which is an element of the standard typical design of the tubular regulator. Water outlet 1 contains in the upper part a shutter in the form of an annular weir, made in the form of a movable head 6 (made of foam material in a rigid case), connected by an elastic bellows pipe 7 and a guide pipe 8 with a control chamber 9. The control chamber 6 is a rigid metal box of a cylindrical shape , in the upper part of which there is a round slot for the inlet of the guide pipe 8, and in the lower part there is a round slot corresponding to the outer diameter of the outlet pipe 1. The control chamber 6 is rigidly attached to the outlet pipe 1 (by electric welding). Inside the control chamber 9, a platform 10 is rigidly attached to the guide tube 8 (made in the form of a circle with a central slot for the guide tube 8). Above the platform 10 there is an air-filled elastic container 11 connected by an air duct 12 to the compressor 13. The compressor 13 is equipped with a programmable control controller 14.

В нижнем бьефе сооружения на расстоянии от выхода трубы 15 (которая является стандартным элементом типовой конструкции регулятора трубчатого и обеспечивает пропуск расчетного расхода воды в данном узле мелиоративной системы), обеспечивающем отсутствие волнения водной поверхности расположен ультразвуковой датчик уровня 16. Ультразвуковой датчик уровня 16 оборудован программируемым контроллером 17. Ультразвуковой датчик 16 и контроллер 17 составляют систему дистанционного управления. Компрессор 13, контроллеры 14, 17 оборудованы автономными источниками питания (аккумуляторы + солнечные батареи). Беспроводная передача управляющего потока данных между контроллерами может выполняться с использованием радиочастот ISM диапазона (1-й вариант) либо с использованием GSM технологий (2-й вариант).An ultrasonic level sensor 16 is located in the downstream of the structure at a distance from the outlet of pipe 15 (which is a standard element of a typical design of a tubular regulator and ensures the passage of the estimated water flow in this node of the reclamation system), ensuring the absence of waves on the water surface. An ultrasonic level sensor 16 is equipped with a programmable controller 17. The ultrasonic sensor 16 and the controller 17 constitute the remote control system. Compressor 13, controllers 14, 17 are equipped with autonomous power sources (batteries + solar panels). Wireless transmission of the control data flow between the controllers can be performed using radio frequencies in the ISM range (1st option) or using GSM technologies (2nd option).

Регулятор уровня воды нижнего бьефа работает следующим образом.The downstream water level regulator works as follows.

Ультразвуковой датчик уровня 16 измеряет текущее положение уровня нижнего бьефа. Отклонение фактического уровня нижнего бьефа эксплуатационного (УНБ_{заданный}) контролируется контроллером 17 (Фигура 1). Если уровень нижнего бьефа достигает минимального допустимого значения (УНБ_{допусхимый} _min), то контроллер 17 передает управляющий сигнал контроллеру 14, который в свою очередь включает компрессор 13. Компрессор 13 нагнетает воздух по воздуховоду 12 в воздухонаполняемую эластичную емкость 11, которая наполняясь перемещает вниз площадку 10 и связанные с ней направляющую трубу 8 и подвижный оголовок 6. В результате подвижный оголовок 6 опускается ниже уровня верхнего бьефа и вода переливается через его верхнею грань в направляющую трубу 8 и по ней далее трубу водовыпуска 1, в трубу 15 и в нижний бьеф, т.е. начинается наполнение нижнего бьефа (Фигура 2). Когда уровень бьефа наполняется до максимального допустимого значения (УНБ_{допусхимый} _max) контроллер 17 передает сигнал контроллеру 14, который отключает компрессор 13. Компрессор 13 отключается и обеспечивает сброс давления воздуха из воздухонаполняемой эластичной емкости 11 в атмосферу. При этом емкость 11 уменьшается в размерах, а подвижный оголовок 6 всплывает за счет действия на него выталкивающей архимедовой силы и перекрывает поток воды в нижний бьеф. При необходимости форсированного затопления нижнего бьефа регулятор уровня воды может быть полностью выключен из рабочего режима путем поднятия водовыпуска 1 вместе со всеми с расположенными на нем элементами путем поднятия затвора 2 в верхнее положение (фигура 3). При этом полностью исключены все гидравлические сопротивление и поток беспрепятственно наполняет нижний бьеф через трубу 15. Опускание затвора 2 приведет регулятор уровня нижнего бьефа в рабочее положение и обеспечит контроль и поддержание уровня нижнего бьефа в пределах допустимых отметок.The ultrasonic level sensor 16 measures the current position of the tailwater level. The deviation of the actual level of the tailwater operational (UNB _set ) is controlled by the controller 17 (Figure 1). If the tailwater level reaches the minimum allowable value (UNB _allowable _min ), then the controller 17 transmits a control signal to the controller 14, which in turn turns on the compressor 13. The compressor 13 pumps air through the air duct 12 into the air-filled elastic container 11, which, when filled, moves down the platform 10 and the guide pipe 8 and the movable head 6 associated with it. As a result, the movable head 6 falls below the level of the upstream and the water overflows through its upper face into the guide pipe 8 and along it further the outlet pipe 1, into the pipe 15 and into the downstream, t .e. the downstream filling begins (Figure 2). When the pool level is filled to the maximum allowable value (UNB _allowable _max ), the controller 17 sends a signal to the controller 14, which turns off the compressor 13. The compressor 13 turns off and releases air pressure from the air-filled elastic container 11 into the atmosphere. In this case, the container 11 decreases in size, and the movable head 6 floats due to the action of the buoyant Archimedean force on it and blocks the flow of water to the downstream. If necessary, forced flooding of the tailwater, the water level regulator can be completely turned off from the operating mode by raising the outlet 1 together with all the elements located on it by raising the shutter 2 to the upper position (figure 3). In this case, all hydraulic resistance is completely eliminated and the flow freely fills the downstream through the pipe 15. Lowering the gate 2 will bring the downstream level regulator to the operating position and ensure control and maintenance of the downstream level within acceptable levels.

Claims

Downstream water level regulator, including a water outlet, a movable head, a level sensor, a tubular regulator pipe that provides water flow from the upstream to the downstream, and a response system to a change in the downstream level, characterized in that it has a remote control system consisting of an ultrasonic sensor level with a programmable controller with the possibility of wireless transmission of the control data stream, and the system for responding to changes in the tailwater level has a compressor and its own controller and is made in the form of a control chamber with a guide pipe installed in it with the possibility of free movement and rigidly connected to a movable head, with At the same time, inside the control chamber in its upper part around the guide pipe, a platform is located and rigidly attached to it, above which an air-filled elastic container is installed, communicated with a compressor that ensures its filling and emptying, controlled by its own controller ohm according to the control signal of the remote control system.