Бесплатный автореферат и диссертация по сельскому хозяйству на тему

Совершенствование средств автоматизации водораспределения с гибкими рабочими органами в низовом звене рисовых оросительных систем

ВАК РФ 06.01.02, Мелиорация, рекультивация и охрана земель

Автореферат диссертации по теме "Совершенствование средств автоматизации водораспределения с гибкими рабочими органами в низовом звене рисовых оросительных систем"

Министерство народного образования Республики Кыргызстан

Кыргызский ордена„Знак Почета" сельскохозяйственный институт им. К. И. Скрябина

СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ СРЕДСТВ

АВТОМАТИЗАЦИИ ВОДОРАСПРЕДЕЛЕНИЯ С ГИБКИМИ РАБОЧИМИ ОРГАНАМИ В НИЗОВОМ ЗВЕНЕ РИСОВЫХ ОРОСИТЕЛЬНЫХ СИСТЕМ

06.01.02—мелиорация и орошаемое земледелие

На правах рукописи

ДАРКЕНБАЕВ ЕРГЕШБАИ

УДК 627.833 (837)

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Бишкек 1992

МИНИСТЕРСТВО НАРОДНОГО ОБРАЗОВАНИЙ РЕСПУБЛИКИ КЫРГЫЗСТАН

КЫРГЫЗСКИЙ ОРДЕНА "ЗНАК ПОЧЕ'ТА" СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННЫЙ ИНСТИТУТ ШЕНИ К.И.СКРЯБИНА

На правах рукописи

ДАРКЕНЕАЕВ ЕРГЕШБАИ

УДК 627.833 (837)

СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ СРЕДСТВ АВТОМАТИЗАЦИИ ВОДОРАСПРЕДЕЛЕНИБ С ГИБКИШ РАБОЧИ1ЛИ ОРГАНАМ В НИЗОВОМ ЗВЕНЕ РИСОВЫХ ОРОСИТЕЛЬНЫХ СИСТЕМ

06.01.02. - МЕЛИОРАЦИЯ И ОРОШАЕМОЕ ЗЕЖВДЕЛИЕ

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических, наук

БИШКЕК- 1992

Района выполнена в Кыргызском ордена "Знак Почета" сельскохозяйственном институте имени К.И.Скрябина

Научный руководитель - член-корреспондент БАСХНИЛ,

доктор технических наук, профессор й.В.БОЧКАРЕВ

Официальнне оппоненты - доктор технических наук,

профессор А.Г.РАУ

- кандидат технических наук, старший научннй сотрудник Г.Ь.РОГОЗИН

Ведущее предприятие - институт "Союзгнпрорис"

Защита состоится "10" апреля 1592 года в 10 часов на заседании Специализированного Совета К.120.77.07. при Кыргызском ордена "Знак Почета" сельскохозяйственном институте имени К.й. Скрябина по адресу: 720453, ГСП, г.Бшдкек, ул.Коммунистическая, 68.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке института. Автореферат разослан _" марта 1992 г.

Ученый секретарь Специализированного Совета,

кандидат технических наук, доцент Д-^..,-V З.Ф.ТА.ОАЗ

ОБДАЙ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Казахстан является одной из ведущих рисосеющих зон СНГ, занимающей второе место после России по производству риса. За три прошедшие пятилетки посевные площади риса б республике возросли в 3,1 раза и достигли 130 тыс.га, а производство риса превысило 612 тыс. тона.

Рисовые оросительные системы (РОС) Казахстана размещены в основном в низовьях реки Сырдарья, процесс расширения посевов и увеличения производства риса сеязэн с резко ростом капиталловло-женвй в строительство новых крупных инженерных /Кзыл-Ординская, Чимкентская области/ систем и реконструкцию действующих рисовых систем, общая площадь которых к настоящему времени превышает 300 тыс. га, в том числе инженерных более 250 тыс.га.

Одновременно с увеличением посевных площадей РОС, одним из эффективные направлении по достижению намеченных рубежей по валовому сбору риса является повышение его урожайности. За 19901991 гг. урожайность риса в республике Казахстан составила порядка 5,0 т/га, хотя потенциальные возможности на сегодня составляв! 7,0-9,0 т/га.

Одной из главных причин недополучения значительного количества зерна - низкий технический уровень оросительных систем.

На рисовых оросительных системах регулирование процесса осуществляется вручную, что не позволяет обеспечить научно-обоснованный технологический процесс, производительность труда поливальщиков находится на низком уровне. В рисоводческих хозяйствах остро ощущается недостаток рабочей силы. Это ставит в повестку дня задачу дальнейшего упорядочения водораспределения в низовом зЕене и обеспечение оптимальной взаимосвязи работы элементов системы, регулирование технологического процесса в строгом соот-

ветствии с требованиями культуры риса.

Одним из главных путей решения этой проблемы является автоматизация Еодораспределения в низоеом звене РОС, являющимся основным звеном систем, где непосредственно производится урожай, чему и посвящена работа.

Целью работы являлось разработка и исследование средств автоматизации для низового звена РОС, с гибкими запорно-регулирую-щими органами (ЗРО), работающих на базе гидравлической энергии потока; метода их расчетного обоснования и расчета с целью качественного улучшения работы низового звена РОС путем автоматизации технологических процессов Еозделывания риса.

Для достижения поставленной цели были решены следующее задачи:

- обоснованы необходимость и пути совершенствования регулирования водоподачи на низовом звене РОС на базе гидравлической энергии потока, относящейся к возобновляемой, перспективность и технико-экономическая целесообразность применения гидравлических авторегуляторов;

- разработаны принципиальные схемы гидравлической автоматизации в низовом звене РОС;

- разработаны гидравлические авторегуляторы (с гибкими элементами) для трубчатых Еодовыпусков низоеого звена РОС и дано их гидравлическое обоснование;

- разработаны компоновочные схемы Еодовыпускных сооружений, оснащенных предлагаемыми гидравлическими авторегуляторами;

- выполнены гидравлические исследования, включаяше изучение пропускной способности, гидродинамического взаимодействия запорно-регулируицкх органов авторегуляторов с потоком, влияние дросселирования отверстия водовыпуска запорно-регулирующшш ор-

ганамв авторегуляторов на гидравлические характеристики еодовы-пуска, влияние инерционности водовкпуска на период управления авторегуляторами, определение гидравлических параметров авторегуляторов и др.;

- разработана методика гидравлического расчета, практические рекомендации производству по применению предлагаемых средств автоматизации;

- выполнено исследование процесса и определены показатели - качества регулирования;

- осуществлено внедрение с определение;.! технико-экономических показателей;

- разработана рекомендации по проектированию, ^октану и эксплуатации рекомендуемых авторегуляторов.

Научная новизна. Установлена необходимость и возможность применения гидравлических средств автоматизации на трубчатых во-довыпусках, предложены схемы автоматизации и компоновочные схемы трубчатых Еодовыпусков на низовом звене РОС оснащенных гидравлическими авторегуляторами (с гибкими элементами).

- Дано технологическое обоснование, сформулированы требования к средствам автоматизации.

- Разработаны конструкции авторегуляторов для рисовых систем с запорно-регулируэцими органами (с гибкими элементами) (A.c. JI-II560I9, I24292I, III7594. СССР), дано их гидравлическое обоснование, определена перспективность их применения.

- На основе результатов гидравлических исследований установлена гидравлическая взаимосвязь меяду элементами конструкции и получены зависимости для определения их расчетных параметров

(коэффициента расхода с ЗРО,,с учетом влияния компоновочных схем и реюма истечения).

- Разработана методика гидравлического расчета и даны рекомендация по проектированию, монтажу и эксплуатации предлагаемых гидравлических средств автоматизации.

Практическая ценность. Результаты исследований позволили обосновать оптимальные параметры и настроечные характеристики авторегуляторов с гибкими рабочими органами для низового зьена РОС аридной зоны; разработанные гидравлические средства автоматизации доведенные до конкретных иккенершх решении и расчетов, позволяют автоматизировать зодоподачу из участкового канала в картоЕнц ороситель, из нартового оросителя в чек, тем самым сократив непроизводительные сбросы еоды и эксплуатационные затраты, Солее рационально использовать Еодные ресурсы, повысить показатели качества работы системы, гарантировать надежную и безаварийную работу.

Реализация работы. На основе результатов разработок и исследований составлена научно-обоснованная методика инзенерного расчета и проектирования мягких авторегуляторов уроьня воды на низовом звене РОС (с гибкими рабочими органами), использованная при разработке проекта оросительной системы совхоза Нагорное Мартукского района Актюбинском области Республики Казахстан, рекомендации по проектированию переданы в проектный институт "Союз-гипрорис" г.Чимкент.

Методика расчета авторегуляторов с гибкими рабочими органами Еошла в практику дипломного проектирования на гидромелиоративном факультете Дкамбулского гидромелиоративно-строительного института (1384-1991 г.г.).

Апшбация работы. Основные положения диссертации докладывались в (1980-1991) на научных конференциях гидромелиоративных факультетов Кырг.СХИ им.К.И.Скрябина и Джамбулского гидромелиора-

ГИЕНо-сгроигельного института; на научно-технической конференции молодых ученых и специалистов "Вопросы рационального использования водных ресурсов" (КАЗНИИВХ, Джамбул, 1990 г.); на иауч-но-производсгЕенной конференции к 50-летию гидромелиоративного факультета ДГЖИ "Актуальные Еопросы проектирования, строитель- ■ стеэ и эксплуатации гидромелиоративных систем" (Джамбул, 1931г.).

Публикация работы. По теме диссертации опубликовано песть работ, в том числе одно техническое решение признано изобретением.

Структура и объем работы. Диссертационная работа изложена на.145 страницах машинописного текста, состоит из введения, пяти глав и основных выводов, иллюстрируется 75 рисунками, содержит 12 таблиц . 3 приложения. Список использоганной литературы включает 122 на именования отечественных и зарубежных авторов.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении дано обоснование актуальности темы, формулируются основные цели и задачи разработок и исследований, приводятся сведения о научной новизне и практической ценности работы, апробации результатов разработок и исследований.

В первой главе диссертации рассмотрены характеристика и особенности низового звена рисовых оросительных систем (РОС) как объекта автоматизации, и на этой основе сформулированы технические условия и требования к средствам автоматизации, сделан обзор и анализ существующих авторегуляторов уроЕНя (АРУ), предложены пути совершенствования средств автоматизации. Сформулированы цели и задачи разработок и исследований.

Обобщая технические характеристики и режимы работы трубчатых водовыпусков можно отметить следующие их основные осо-

бенности как объектов автоматизации: все трубчатые ьодовыпуски в основном выполнены кз бетонных и железобетонных труб круглого сечения в одноочковом исполнения; диаметр труб колеблется от О,2...1,5 м, при этом больникстЕО (более 80 %) приходится на диаметры 0,2...0,6 м; имеют значительные колебания расходов воды 0,2..Л,5 м3/с (большинство - более 80 % имеют расходы 0,2... 0,4 м3/с), уровней воды нижнего бъефа 0,2...1,2 м, перепадов уровня Еерхнего и нижнего бъефов 0,1...1,5 м, скоростей в трубчатых Еодовыпусках 0,2...О,8 м/с; режим истечения БодоБКпуека в картовые оросители монет быть различным (от свободного до затопленного, преимущественно затопленное), в чеки - затопленное; объекты автоматизации отличаются наличием больших емкостей, что сникает требования к быстродействию регуляторов; преимущественно отсутствие источников электроэнергии Еблизи объектов автоматизации и отсутствие постоянного надзора за.ними; подверженность объектов автоматизации воздействию атмосферных осадков, колебания температур и др.; регулирующим устройством у подавляющего большинства сооружений являются металлический плоский затвор с ручным приводом; нормальная эксплуатация требует большого штата эксплуатационной службы.

Автоматизация работы трубчатых водовыпусков нпзоеого звена РОС как объектов сводится к оснащению их. преимущественно авторегуляторами уровня еодн. Наиболее перспективными из них являются авторегуляторы работающие на гидравлической энергии потока.

Как показал литературный обзор, вопросам разработки, исследования, расчета, повышения эксплуатационной надежности а 'Перспективам применения способов и средств автоматизации водоподачи посвящены работы многих советских и зарубежных ученых и инженеров: М.А.Андрюшина, Я.Е.Еочкарева, В.й.Бочкарева, Ш.С.Еобохидзе,- й.В.

Бутырша, Е.А.Болосух1ша, В.Б.ЗаГщеЕа, П.И.Коваленко, С.В.Кибальникова, М.А.КадыроБоЗ, 3.3.ваковского, Г.Б.Рогозина, В.А.Волкова, Е.Н.Рудожна, Е.К.СергееЕа, Ю.А.Свистукова, Н.Г.ТриТонова, В.Н.Щедрина и др.

Анализ основных характеристик жестких гидравлических авторегуляторов уровня воды, позволяет сделать вывод, что эти конструкции металлоемки, требуют тщательного ухода, подвержены коррозии и др., что создает сложность в их обслуживании.

Поэтому в последнее время.в связи с появлением мягких про-резиноБнх тканей, как ноеого строительного материала шншшшсь мягкие затворы и как результат их совершенствования регуляторы уровня с гибкими запорно-регулирущими органами (ЗРО).

На сегодня предложено множество различных по конструкции, используемому материалу, функциональному назначению средств автоматизации трубчатых водовыпусков низового звена рисовых оросительных систем. Однако доведенных до стадии инженерного расчета, производственного внедрения насчитывается лишь незначительное количество. Достаточно сказать, что на сегодня промышленность не выпускает ни одного серийного регулятора. Это объясняется прежде всего тем, что на сегодня нет еще ни одного регулятора в полной мере отвечающего техническим условия;.! и требованиям, предъявляемым к регуляторам.

Бее это выдвигает в число первостепенных дальнейшее совершенствование средств автоматизации трубчатых водовыпусков РОС, как наиболее массовых соору&ений. Учитывая их массовость, сезонную работу в качестве основных конструкционных материалов, наиболее перспективным является гибкая оболочка, пластмассы.

Поэтому перед нами была поставлена задача разработать такие конструкции гидравлических авторегуляторов уровня, которые

были бы свободны ог вышеперечисленных недостатков и отвечали бы требованиям, предъявляемым к гидравлическим авторегуляторам уровня с гибкими запорно-регулирующкми органами (ЗРО).

Ьо второй главе, опираясь на сформулированные основные направления совершенствования конструкций существующих авторегуляторов уровня воды и исходя из требований, предъявляемых к ним, нами разработаны 3 типа конструкций авторегуляторов уровня вода с гибкими ззпорно-регулйрующими органами, принципиально отличающиеся конструктивным исполнением ЗРО и обеспечивающие защиту от протечек, описаны конструкции и принципы действия их, даны технологические схемы автоматизации низового зьена РОС и компоновочные схемы автоматизированных ЕодоЕыпускных сооружений, выполнено гидравлическое обоснование параметров, выявлено влияние местоположения на гидравлические характеристики авторегуляторов, обоснованы высотные размеры ЗРО, установлены функциональные связи между гидравлическими и конструктивными характеристиками и даны основа расчета системы регулирования.

Авторегулятор уровня еоды /A.c. № 1156019, 1985 г./, с кольцевым запорко-регулирущим органом (ЗРО) (рисЛ.а), представляет собой профилььнй элемент 1, состоящий из крышки корпуса, жестко соединенный с трубчатыл водовыпуском 2, размещенный над ним и образующий с ним водовыпускную щель 3. К крынке'профильного элемента I крепится запорный орган 4 в виде гибкой оболочки, установленной в водовыпускной щели.-

Полость гибкой оболочки сообщена с верхним бьефом отверстием слива 6 сливного трубопровода, которое перекрывается клапаном 7, приводимым в движение датчиком 8 уровня.

Принцип действия авторегулятора основан на уравновешивании сил, действующих на запорно-регулирующий орган-затЕор 4, это си-

да тяжести оболочки и давление вода на нее со стороны верхнего бъефа и со стороны полости, образованной оболочки затвором 4 и профильным элементом I.

Корреляция осуществляется изменением силы давления на оболочку 4 со стороны полости за счет регулирования слива при нерегулируемом влнве. Регулирование слиеэ осуществляется системой-управления - сливной трубопровод-датчш; „ховня нижнего бьефа.

На базе предлагаемого АРУ разработаны различные модификации, отличающиеся схемой размещения ЗРО (горизонтальные, наклонные), так и местом расположения авторегулятора по отношению к водовыпуску, а. следовательно схемой истечения (со стороны верхнего бьефа с истечением через кольцевую щель в водовыпуск и со стороны нижнего.бъефа с истечением из трубчатого водовыпуска через кольцевую щель). Общим для них- являзтся схема истечения (рис.2, а) из кольцевой щели из верхнего бъефа в водовыпуск и из него в нижний бьеф, Истечение может быть свободное и затопленное. Так как расчет ведется для случая полного открытия, т.е. на максимальный расход ¿¡пах • то расчетная формула расхода истечения (являющаяся основной функциональной зависимостью) связывающей гидравлические и конструктивные параметры регулятора, точнее его ЗРО, за основу принята формула расхода через кольцевую щель, образованную ЗРО и входом в водовыпуск

где^/К - коэффициент расхода; 5 - площадь истечения кольцевой щели

£ - ускорение силы тяжести;

Н - напор истечения, который для свободного истечения будет рарен разности отметок в верхнем бъефе и центра тяжести выходного сечения трубчатого водовыпуска, а для затопленного - раз-

Рис.1. Конструкции авторегуляторов уровня воды.

а) с кольцевым ЗРО; I - профильны:" элемент; 2 - Еодовыпуск; 3 - водовыпускная щель; 4 - ЗРО; 5,6 - вливное и сливное отверстия; 7 - клапан; 8 - датчик;

б) с водонаполняемкм ЗРО; I - затвор; 2 - водовыпуск; 3 - диафрагма; 4-5 - впускной,выпускной патрубок: 6 - сливное отверстие; 7-8 - поплавки в в.б. и н.б.; в) с рукавным ЗРО; I -затвор; 2 - водовыпускная труба; 3,4 - наливной и сливной канал; 5 - поплавок; 6 - сливное

отверстие; 7 - гофр; 8 - тросик,

Я

не.

Клод

'«А

|5*_

1 ¿Ча-Ь»

Ш М/ " ш м у» /я

и

о

б

Рис.2. Расчетные схемы.

г

ности отметок уровней еоды в бьефах сооружения Z .

Коэффициент расхода<_/< в общем виде равенуК . где: £ - коэффициент сжатия, величина которого зависит от схемы истечения £ =1.

Тогда коэффициент= ^y^ff • т,е* яш1яется функцией местного сопротивления ЗРО, учитывая, что водовыпуск работает полным сечением, тоу(£=-^ .

Коэффициент сопротивления ЗРО - fj/ю зэеисит от типа ЗРО, учитывая чтоуК^0 ^/(/^öi; можем записать

Ispa-i/^U <2>

Для расчета регулятора необходимо также знать гидравлические нагрузки на ЗРО, по. которым можно подобрать материал ЗРО. Так для кольцеього ЗРО гидравлическая нагрузка равна

p.SJ^ss-ч(£>г-с(г), О)

где: Н - максимальный напор верхнего бъефа,^ - удельный вес воды, %) - диаметр водовыпуска, - диаметр трубчатой вставки.

Конструктивные параметры - диаметра крышки корпуса, СС - открытие ЗРО, d. - диаметр трубчатой естэеки с целью герметичного перекрытия водовыпуска исследованы ниже.

Авторегулятор уровня воды /A.c. й III754, 1984/ с ЗРО в виде водонаполняемой оболочки (рис. 1,6) представляет собой затвор из гибкой оболочки с закреплением по периметру минимального рабочего сечения водовыпуска диафрагмовой вставкой, впускныи и выпускным патрубками и сливным отверстием. С целью обеспечения герметичного перекрытия водовыпуска и устранения нерегулируемой протечки введена диафрагиовая вставка в концевой части ЗРО.Принцип действия авторегулятора основан на перекрытии сечения трубча-

того водовыпуска■гибкой оболочкой в зависимости- от величины расходов входного и выходного патрубков, соединенных с соответствующими поплавковыми клапанами.

Авторегулятор уровня еодн /A.c. .'я I24292I, 1S86 г./, с рукавным БРО, (рис.1, в) представляет собой затвор из гибкой оболочки, прикрепленной к стенкам Еодовыдускиой трубы. Регулятор поддерживает уровень воды в нижнем бьефе, как и многие аналогичные, за счет наполнения-опорокнения полости затьора через наливной и слиеной каналы. Для обеспечения герметичности перекрытия ЗРО, последний снабжен герметичным трубчатым элементом с гофрированной поверхностью, который из-за плотного' примыкания'к нему полости затьора обеспечивает герметичное перекрытие водовыпускной трубы.

Так как ЗРО устанавливаются на трубчатых водоЕНпусках то расход выразится формулой расхода короткого .трубопровода, с учетом реыгша истечения (рис.2,б,в). Так для режима затопленного истечения как преобладающего будем иметь

-Q^sep. • <«

где: О - площадь поперечного сечения Еодовыпуска о = 4, "''

2 - перепад напоров.

Коэффициент расхода системы ЗРО - трубчатый водовыпуск определяется по известной формуле л • , / ----.

где:^.^- суша коэффициентов сопротивления, складывающаяся из коэффициента сопротивления ЗРО - 3r)Q

и коэффициентов местных сопротивлений и сопротивлений по длине трубчатого водовыпуска. Коэффициенты' сопротивления трубчатого водовыпуска определяются по справочным данным.

Согласно теорий диафрагм ход se h в функции находитöä

в пределах ^ 6 ^ , в нашей случае h = &/Z /£) - диаметр водовыпуска) длина ЗРО будет равна:

(6)

Для рукавного максимальная нагрузка будет на низовую часть ЗРО, и равняется весу тела давления в расчете на единицу ширины (принимаем с запасом).

где: - длина; о - ширина ЗРО /в = I/.

Для водонаполяяемого ЗРО

P-f'Hmax-¿S (8)

По гидравлической нагрузка, определяется расчет на единицу длины, подбирается материал соответствующему ГОСТу.

В третьей главе рассмотрены состав, методика, точность и аппаратура экспериментальных исследований, дано описание экспериментальной установки и моделей; изложены результаты гидравлических исследований. Исследования проведены с целью подтверждения теоретических а конструктивных разработок, выбора рациональных гидравлических параметров, а также оценки влияния различных факторов яа гидравлические а конструктивные параметры устройств. Исследования проводились на экспериментальной установке в масштабе 1:1.

В процессе исследований изучалась: влияние высотного положения корпуса регулятора с кольцевым запорно-регулирующим органом (ЗРО) и его параметров на истечение через еодоеыпуск с целью установления aro высотного (относительно входа в водовыпуск) положения, кинематика истечения через кольцевую щель с целью определения оптимальных размеров запорно-регуларующего органа и диаметра трубчатой вставки, обеспечивающих практаческоа обезличивание влияния ЗРО на явление истечения и герметизацию перекрытия,

пропускная способность различных ЗРО и их статические характеристики - коэффициенты расхода и гидравлических сопротивлений, влияния ЗРО на пропускную способность водовыпуска.

В результате проведенных исследований установлено, что расход истечения Iрис.1.а) из-под ЗРО, для различных схем расположения кольцевого ЗРО по отношению.к водовыпуску (на входе или на выходе) при Н^ до 6,0 (£> - диаметр водовыпуска) имеющих место в натуре принят диаметр крышки корпуса кольцевого ЗРО 5йс = 1,52) , относительное расчетное открытие*^ = 0,4.

При исследовании кинематики истечения через кольцевую щель установлен оптимальный диаметр трубчатой вставки с( = 0,3-®.

Получены зависимости для определения коэффициентов расхода^, и сопротивления $ истечения через кольцевую щель в водовыпуск образуемой водовыпускным отверстием и затвором для данного расчетного = 0,4.

= 0,333 (*/£>) + 0,33 (9) $ = -6,15 +7,133 (10)

Графики зависимостии ^ приведены на рис.3.

/< Об . 0.5 04 0.5 02 0.< 0.0

--

Ы/ Ст

? 6

5 4 з 2 1

ч N

N

ч» ч. ч

ж Щ

0.1 0.2 0.3 0.4 05 0.6 ^О/д

Рис.3. Графики зависимости ус ^)

16

Так но получены зависимости для определения коэффициента расхода^ук. и коэффициента сопротивления для рукавного с гоф-ровой вставкой ЗРО и ЗРО в виде водонаполняемой оболочки с диа-фрагмоЕой вставкой, по отношения к площади сечения трубчатого водовыпуска (4).

Так как эти ЗРО размещаются непосредственно в водовыпуске то с цель» исключения влияния водовыпуска на гидравлические характеристики ЗРО, на модели принимался фрагмент водовыпуска в пределах длины БРО. При этом ЗРО изготавливался из оболочки, используемой в практике.

На основе обработки экспериментальных данных получены функциональные зависимости ук и (при2/!© = 0,5...6,0) в виде:

а) для рукавного ЗРО с гофровой Еставкой (рис.4)

^ = 0,0088 {*/&) + 0,527 (II)

$ = -0,104 + 3,547 (12)

б) для ЗРО в виде Еодонаполняемой оболочки с диафрагмовой вставкой (рис.5)

^ = - 0,006 (5^)2 + 0,1174 (%>) + 0,457 (13)

/= 0,0645 <*/ю)2 -0,738;'.(%> Г + 4,211 (14)

Исследованиями датчика уровня с запорным органом в виде цилиндрического затЕора установлен максимальный ход цилиндрического клапана затвора-датчика СС> 0,5 • я'сл;/^ - диаметр сливной трубки/, (рис.2,г) и получена зависимость по определению диаметра датчика.

^^Лоег 4

где: Сц и 0„ - сила тяжести цилиндрического затвора и поплав-

f

6 . ? ■

6 .

3 .

4 . з. 2 1

08 а? ов 05 0.4 аз аг 0.1

Результаты исследований '

£

-о—л.

—41--ЙД-

-X

1 2 3 4, 5 6

Рис.4. Графики зависшлости^-у^г^^/^г/^/г^

Цо) - трубчатый водовыпуск без регулятора типа РУР 2\й) - регулятор типа РУР без госвра полное открытие 3(о) - регулятор типа РУР с гофром полное открытие

Г/

1' 1

6 -5 . 4 . з .

2 1 \

2 3 4

Рис. 5. ТъФ^ 'ЖШътъсШ^У (*/$))">

- регуля!ор без ЗРО с диафрагмой (гибкий корпус) «) - регулятор о" ЗРО с диафрагмой (гибкий корпус) «) - регулятор-без ЗРО с диафрагмой (кесткий корпус)

2'(°) - регулятор с • -ЗРО с диафрагмой (жесткий корпус) 2*С«»)- регулятор с натурным ЗРО с диафрагмой.

ка с учетом сил тякести их тяг; -г^ и - плечз сил , ; д/7/з?г - допустимая ошибка регулирования.

На основании теоретических я конструктивных разработок, а такге экспериментальных исследований, предложенных устройств разработана методика расчета рассматриваемых средств автоматизации, позволяющая устанавливать гидравлические и конструктивные параметры, подбор материала ткани и параметры датчика уровня.

В четвертой главе приведены исследования функциональной способности и регулирования процесса и на этой основе дана оценка качества регулирования АР7.

Функциональная способность регулятора оценивалась по таким технологически!* параметрам как пропускная способность, стабильность водоподачи во Бремени; оценка качества регулирования осуществлялась на основе исследования переходного процесса (рис.6).

К исследования был намечен регулятор с кольцевым ЗРО и датчиком уровня в вида цилиндрического затвора с поплавковым приводом, так как регуляторы с другими ЗРО с точки зрения динамики регулирования аналогично известным. Отличием в них является устройство защиты от протечек, что на динамику регулирования не . влияет.

В результате исследования стабилизации водоподачи установлено:

- регулятор обеспечивает высокую точность стабилизации водоподачи, гак ошибка в расходе, независимо ог перепада 2 для калздой установки уровня нижнего бъефа А не превышала 5 %.

- подтверждена достоверность определения гидравлических характеристик ЗРО, отклонение в которых расход в ЗРО полнопропускном режиме зе превышало 1*3%.

Б результате исследования переходного процесса установлено:

Графски переходного процесса регулятора с кольцевым зр0.2) = 100 мм, при изменении^ = 0,5...6,0.

/колебания уровня верхнего бьефа/

б Т.чос

К а

—Г 1 г

22 2.1

/колебания уровня нижнего бьефа при = 13.0 см/

Рис. 6.

О

3

- регулятор обеспечивает высок-.*7 точность регулирования уровня еоды в нижнем бъефе, так ошибка в уровне в установившемся режиме при изменении перепада от 1,5...6,0 не превышала £ I см от заданного уровня воды в нижнем бъефе или 2,5 %;

- переходной процесс носит монотонный характер при скачкообразном изменении уровня еодн в нижнем бъефе, за счет изменения УРоеня еоды в верхнем бъефе, монотонно восстанавливается до заданного значения с ошибкой - 1...2 мм;

- максимальное отклонение уровня еоды в нижнем бъефе при изменении уровня еоды в верхнем бъефе= 1,5...6,0 не превышало - I см;

- время переходного процесса не превышало 6...10 мяк

- нечувствительность регулятора составляет - I мм и может регулироваться соотношением плеч рычага, связывающего поплавок с цилиндрическим затвором и датчиком;

- е полнопропускном режиме работы регулятора изменение уровня еоды ео временя в нижнем бъефе носит экспояцЕоналышй характер, это обуславливается большой емкостью нижнего бьефа лотка.

Таким образом, как показали исследования процесса регулирования, регулятор полностью отвечает сформулированным требованиям и предъявляемым к средствам автоматизации.

В пятой главе изложена методика проектирования автоматизации Еодорзспределевия низового звена РОС, включающая исходные данные для проектирования, выбор технологических схем автоматизации и компоновок сооружений Еодораспределеяия, порядок проектирования; освещены особенности эксплуатации средств автоматизации низового звена РОС; приводятся результаты внедрения и технико-экономические показатели.

На основе результатов разработок и исследований составлена

научно-обоснованная методика инженерного расчета и проектирова- ~ яия мягких авторегуляторов уровня еоды в низоеом звене РОС /с гибкими рабочими органами/, использованная при разработке проекта оросительной системы соьхоза Нагорное Мартукского района Актюбинском области Республики Казахстан, рекомендации по проектированию переданы в проектный институт "Союзгипрорис" гЛимкеят.

о&ций годовой экономический эффект определялся как экономия приведенных совокупных затрат базового и предлагаемых вариантов.

Экономическая эффективность достигалась за счет:

- экономии оросительной воды при эксплуатации средств автоматизации водораспределения с ЗРО в течение вегетации .(за счет устранения протечек);

- экономии фонда заработной платы в связи с сокращением об-слукиьающего персонала /поливальщиков/;

- экономии кагериаллоемкости /металлоемкости/ в изготовлении предлагаемых средств автоматизации водораспределения с ЗРО по сравнению с базовым.

Годовой экономический эффект в расчете на один регулятор с кольцевым ЗРО составил 3476,82 руб., а для регулятора с рукавным ЗРО и ЗРО в виде водонаполняемой оболочки диаметром 400-600 мм по сравнению с базовым и составил 77,0 руб. на один регулятор.

осноешб швода

I. На основе обобщения опыта проектирования, строительства и эксплуатации рисовых оросительных систем /низовое звено/ РОС, на примере системы Республики Казахстан, выявлены объекты и процессы подлежащие автоматизации; §Т(У регулирование Еодоподачи из распределительного канала в картовнй ороситель, регулирование уровней воды, в картовсм оросителе и регулирование водоподачи из

картового оросителя в чек.

Регулирование процессов в картоЕом оросителе и водоподачи в чеки учитывая малый уклон и наличие обратной связи по потоку между объектами, наиболее рационально осуществлять по нижнему бъефу.

Сформулированы технические условия г требования к средствам автоматизации, обоснована технико-экономическая целесообразность применения гидравлических средств автоматизации с гибкими запорно-регулируацизга органами (ЗРО), защищенные от протечек, позволявшие менять режим работы (изменение уровня воды в нижнем бъефе) и не зависеть в работе от перепада уровней.

2. Разработаны технологические схемы автоматизации для различных типов карт РОС, и компоновочные схемы автоматизированных сооружений низоеого звена РОС, с обоснованием типа а конструкций регуляторов для различных сооружений низового звена РОС.

Разработаны принципиально новые регуляторы /три типа/ признание изобретениями для автоматизации низового звена РОС. Выполнены гидравлические обоснования и получена функциональные зависимости мезду гидравлическими и конструктивными параметрами.

3. На основе исследований установлено влияние местоположения ЗРО, по отношению к водоЕьшускуи даны рекомендация по зыбо-ру рациональной схемы размещения ЗРО.

4. Разработаны и исследованы системы управления с датчиком уровня еодн в виде цилиндрического затвора с поплавковым приводом. На основе исследовании предлагаемого датчика уровня установлено влияние цилиндрического затвора на истечение из сливного устройства ЗРО и расчетный ход цилиндрического затвора, что позволило получить зависимость положения поплавка по отношению к цилиндрическому затвору, обеспечивающую заданную точность регулиро-

вания уровня водн в нижнем бъефе.

5. На основе исследования кинематики истечения из-под ЗРО кольцевого типа, установлены рациональные параметры элементов конструкции регулятора.

6. Разработаны и исследованы элементы по защите от протечек в закрытом положении ЗРО, рукавного типа /гофровая вставка/ и в виде водонаполняемой оболочки /диафрагмовая вставка/.

7. На основе гидравлических исследований, предлагаемых регуляторов получены расчетные зависимости по определению основных гидравлических коэффициентов и рациональных соотношений геометрических элементов ЗРО.

8. Разработаны методика расчета предлагаемых регуляторов и даны рекомендации по проектированию автоматизированных объектов низового звена РОС.

9. На основе исследования процесса регулирования определены показатели качества регулирования - точность стабилизации водо-подачи и регулирования уровня воды в нижнем бьефе,, максимальная амплитуда колебания во времени и характер переходного процесса. Установлено, что регулятор обеспечивает насокую точность регулирования, устойчивую работу, в закрытом положении исключает потери. и др.

10. Результаты разработок и исследований внедрены на оросительной системе совхоза Нагорное Мартукского района Актюбинском области Республики Казахстан, рекомендации по проектированию РОС с применением предлагаемых регуляторов переданы проектному ин-. ституту "Союзгипрорис".

II- Технико-экономическими расчетами установлено, что годовой экономический эффект в расчете на один регулятор с кольцевым ЗРО составляет 3476,82 рублей, а для регуляторов с рукавннм ЗРО

я ЗРО в виде наполняемой оболочки диаметром 400-600 дм составляет 77,0 рублей. Это дает основание утверждать о высокой эффективности предлагаемых регуляторов в производстве.

Применение регуляторов исключает необходимость в постороннем источнике энергии, снижает материалоемкость /металлоемкость/, позволяет автоматизировать сооружения без их значительной реконструкции; снижает трудоемкость в процессе водораспределения и эксплуатации (эксплуатация сводится к периодической ревизии и изменению уставки уровня); позволяет осуществлять консервации регуляторов вне вегетационный период, а также применять их как при поливе риса, так и сопутствующих культур.

По теме диссертации опубликованы следующие работы:

1. A.c. Ä II17594 (СССР)Л?05 $ 9/00. Устройство для регулирования уровней воды в ирригационных системах /й.З.Бочкарев, Е.Даркенбаев. - Опубл. 01.10.84.- Бвд. Я 37.

2. Даркенбаев Е.д. Обоснование, выбор и совершенствование регуляторов уровня воды для трубчатых водовыпусков рисоеых оросительных систем. // Гидравлическая автоматизация оросительных систем. - (Сб.научя.тр. Кирг.СХЙ им.Х. J4. Скрябина). - Фрунзе, 1990. - 99-110 с.

3. Козыкеева А.Т., Даркенбаев Е.Д. Мягкие регуляторы уровня воды для трубчатых водовыпусков рисовых оросительных систем. //Тезисы докладов конференции молодых ученых и специалистов "Вопросы рационального использования водных ресурсов", - КАЗНИИВХ, Джамбул, 1990. - 46 с.

4. Еочкарев Я.Б., Даркенбаев Е.Д. Обоснование и.выбор рациональных параметров гибких регуляторов с зодонаполяяемыми запорно-регуликующими органами для яизоеого звена рисоеых оросительных систем. //Тезисы докладов научно-производственной конференции

"Актуальные вопросы проектирования, строительства и эксплуатации гидромелиоративных систем", - ДИСК, Джамбул, 1991. - 10-12 с.

5. Даркенбаев Е.Д. Исследование и расчет мягких авторегуляторов с кольцевым Еодонаполняеыым запорно-регулирующим органом для визового звена рисовых оросительных систем. //Тезисы докладов научно-производственной конференции "Актуальные вопросы проектирования, строительства и эксплуатации гидромелиоративных систем". - ДГХИ, Джамбул, 1921. - 65-6? с.

6. Даркеябаеь Е.Д. Гидравлические исследования и расчет гибких запорао-регулирущих органов авторегуляторов уровня с зашитой от протечки для трубчатых водовыпусков рисовых оросительных систем. //Тезисы докладов научно-производственной конференции. Актуальные вопросы проектирования, строительства е эксплуатации гидромелиоративных систем*. - ДГМСИ, Джамбул, - 1991. - 67-69 с.