Автоматизація головних водозабірних споруд. Автоматизація та регулювання водорозподілу. Електромеханічні і гідравлічні засоби автоматизації водорозподілу

Із умови рівнопрохідності потоку води через конфузор і вихід регулятора можемо записати

 .                                       /4/

Діаметр циліндра приймають  . 

Висота циліндра повинна бути такою, щоби максимальний рівень води у верхньому б’єфі не спричиняв піднімання циліндра. Тому його висота

 ,                             /5/

де   розрахункова глибина нижнього б’єфу;  м - висота конфузора,  м - запас по висоті.

Маса сталевого циліндра з діафрагмою

 ,                              /6/

де  кг/м-3 - густина сталі;  м - товщина сталевого листа, з якого виготовляють  циліндр і діафрагму.

При розрахунках приймають, що у статичному режимі піднімальна сила поплавка  . Тоді із умови рівності моментів   знаходимо масу поплавка

 .                                          /7/

Момент інерції при обертанні системи приймають 

 ,  .                         /8/

Із конструктивних міркувань приймають  . Площу поперечного перерізу поплавка приймають  .

Поплавок виготовляють у вигляді кубу із сталевого листа товщиною 3мм. Його маса дорівнюватиме  . Вона буде меншою розрахункової маси  . Різницю мас   створюють загрузкою каміння в поплавок.

Динаміка системи автоматичного регулювання. Система автоматичного регулювання рівня води у нижньому б’єфі каналу повинна бути не тільки стійкою, але і мати певні показники якості роботи в динамічних режимах. Бажано, щоби перехідний процес в системі був аперіодичним (без затухаючих коливань) і мінімальним за часом. Виходячи із цих умов, необхідно вибрати такі параметри регулятора, які в найбільшій мірі впливають на характер перехідного процесу. А це можна зробити лише на підставі рівняння, яким описується перехідний процес, зумовлений зміною витрати води з нижнього б’єфу. Знайдемо це рівняння.

Нехай до зміни рівня води у нижньому б’єфі   витрата води з нижнього б’єфа   була рівна витраті регулятора   і рівні води в б’єфах були сталими і відповідно дорівнювали   і  . Крім того, приймемо, що рівні води у нижньому б’єфі і в колодязі завжди рівні, тобто будемо нехтувати деяким запізненням, зв’язаним з перетіканням води через з’єднувальну трубу 12.

За цих умов при збільшенні витрати на   рівень води зменшиться на

 ,                                                 /9/

де   - миттєве значення рівня води у нижньому б’єфі.

Якщо прийняти, що важіль абсолютно жорсткий, то положення поплавка

 ,                             /10/

де   - переміщення циліндра;  .

В динаміці (перехідний процес)   і   не відповідають усталеному режиму із-за інерційності системи і тому виникає динамічна сила на поплавку, яка згідно закону Архімеда дорівнює

 ,                        /11/

де   - об’ємна густина рідини;   - площа поплавка;  .

Підставивши в рівняння /11/   і  одержимо

 .                                       /12/

Сили тертя в шарнірах і поплавка у воді дуже малі і ними можна знехтувати. Рівень води в циліндрі і у верхньому б’єфі в усталеному режимі однакові, як в сполучених посудинах. При переміщенні циліндра вода перетікає через отвір в діафрагмі і це створює в’язке тертя. Внаслідок цього виникає в динаміці сила

 ,                                   /13/

де   - коефіцієнт в’язкого тертя, який залежить від форми і площі отвору в діафрагмі;   - швидкість руху циліндра (діафрагми).

Рух поплавка і циліндра відносно шарніра є обертовим і він описується рівністю моментів

 ,              /14/

де   - момент інерції системи;   - кутова швидкість;   - швидкість поплавка.

Так як   і  , то

 

або                                      ,                                   /15/

де  ;  .

Швидкість циліндра

 .                                          /16/

Витрата регулятора   залежить від діючого напору  , площі перерізу конфузора   і коефіцієнта витрати  . Втратами напору у підвідному трубопроводі і конфузорі можна знехтувати, так як вони незначні у порівнянні з