ЛЕКЦІЯ № 16

Автоматизація водорозподілу на закритих зрошувальних системах. Автоматизація водорозподілу на системах з безнапірними і самотічнонапірними трубопроводами. Автоматизація водорозподілу на високонапірних системах.

Закриті зрошувальні системи у порівнянні з відкритими мають наступні переваги: вони порівняно прості і надійні в керуванні, у них немає холостих скидів води, відсутні втрати на фільтрацію і випаровування, вони мають підвищений коефіцієнт використання землі і у ряді випадків скорочену транспортуючу мережу.

При відносно невеликих витратах вартість закритих систем менша, ніж відкритих. При середніх і великих витратах іноді застосовують змішану систему водоводів: відкриті канали і закрита розподільча мережа. У всіх випадках вибір системи водорозподілу повинен базуватися на техніко-економічному порівняння варіантів з врахуванням короткотермінових і довгостроково діючих факторів.

Автоматизація водорозподілу на системах з безнапірними трубопроводами

При невеликих ухилах зрошуваних територій щодо рівня води в джерелі зрошення застосовують системи з безнапірними трубопроводами. Джерелами зрошення можуть бути водосховище, річка або магістральний канал, з яких вода через керований затвор подається у трубопровід (рис. 14.1). У трубопроводі виділяють три ділянки: безнапірна І, перехідна ІІ і напірна ІІІ.

Подача води у зрошувальну мережу здійснюється шляхом створення підпорів на ділянках перед водовипусками. Для цього у водовипускному колодязі 2 установлюють гідравлічний регулятор рівня 3, що стабілізує рівень води в колодязі на заданій відмітці. При підтримці сталого рівня води в колодязі можна забезпечити подачу в зрошувальну мережу заданої витрати.

Для подачі з колодязя через отвір перетином витрати Q з похибкою коливання напору в колодязі не повинне перевищувати . Це зумовлено тим, що і відносна зміна витрати , тобто вона відбувається у два рази повільніше зміни напору. Залежність визначає допустиму похибку стабілізації рівня води в колодязі.

Рис. 14.1. Фрагмент схеми регулювання на системах з безнапірними трубопроводами.

У залежності від допустимої похибки , в якості регуляторів, що стабілізують рівень у колодязі, можна використовувати циліндричні регулятори, мембранні з голчастим затвором, мембранні із соплом-заслінкою. При невеликих підпорах використовують регулятор з клиноподібним затвором.

При виборі типу регулятора і його параметрів необхідно враховувати, що стійкість і якість процесу регулювання залежать від ємності колодязя: з підвищенням ємності стійкість і якісні показники системи автоматичного регулювання поліпшуються. Але збільшення ємності зв'язане з додатковими витратами.

При заданих показниках якості роботи системи регулювання зменшення ємності колодязя можна домогтися за рахунок підвищення швидкодії регулятора і збільшення підпору. Тому вибір параметрів регулятора і ємності колодязя необхідно робити на основі аналізу рівняння замкненої системи автоматичного регулювання.

Автоматизація водорозподілу на системах з самотічнонапірними трубопроводами

При великих (і = 0,01...0,005) ухилах місцевості застосовують системи з самотічнонапірними трубопроводами, на яких автоматизація водорозподілу здійснюється за допомогою проміжних зрівняльних басейнів (рис. 14.2), які, розділяючи трасу магістрального трубопроводу, знижують статичні напори і дозволяють використовувати низьконапірні труби. Одночасно вони є місцями відбору води на зрошення і виконують роль регулюючих ємностей.

Рівні води в басейнах підтримуються сталими за допомогою гідравлічних регуляторів, що здійснюють регулювання за нижнім б'єфом. При збільшенні відбору (наприклад, з басейну 2) рівень починає знижуватися і регулятор 3 збільшує подачу води з трубопроводу 1. В наслідок цього рівень води у вище розташованому

Рис. 14.2. Фрагмент схеми регулювання на системах з самопливнонапірними трубопроводами.

басейні також починає знижуватися і регулятор стабілізує його за рахунок збільшення припливу. Таким чином, збільшення витрати в кожнім з басейнів призводить до перебудови роботи регуляторів у всіх вище розташованих басейнах і в головній водозабірній споруді.

При зменшенні водоспоживання також відбувається послідовна знизу вгору перебудова регуляторів і в систему надходить зменшена витрата. Отже, зворотний зв'язок між басейнами реалізується через напір у трубопроводах. Тому система із самотічнонапірними трубопроводами, як і система регулювання за нижнім б'єфом у відкритих каналах, забезпечує водою споживачів за запитом.

Як регулятори рівня при децентралізованому керуванні і невеликих напорах доцільно застосовувати циліндричні регулятори прямої дії, а при великих напорах – регулятори мембрані. При централізованому керуванні можна використовувати циліндричні регулятори непрямої дії, а також мембранні регулятори, доповнені дистанційно керованими пристроями зміни уставок.

Об’єм басейну, що складається з об’єму регулювання 4 і мертвого об’єму 5, орієнтовно можна визначити за формулою

/14.1/

де – забір води споживачами, що одночасно підключаються; – час, протягом якого регулятор збільшить витрату на ; – мертвий об’єм води в басейні.

Остаточно об’єм басейну визначають на основі розрахунку перехідних процесів у системі автоматичного регулювання рівня за методикою, викладеною в розділі 3. Для запобігання переповнення, що можливо при аварії з регулятором, кожен басейн обладнується пристроєм аварійного скидання.

При неспокійному рельєфі місцевості більше економічними у ряді випадків виявляються комбіновані системи водорозподілу, які складаються з відкритих каналів, лотків і самотічно-напірних трубопроводів (рис. 14.3). З відкритого магістрального каналу МК у розподільчий трубопровід 1 вода поступає самопливом за рахунок напору, створюваного ухилом місцевості. Автоматична стабілізація рівнів у місцях з’єднання трубопроводів з каналом забезпечується регуляторами 3, у якості яких можна використовувати гідравлічні або електромеханічні регулятори. На входах у розподільчі трубопроводи встановлюють автоматизовані дискові затвори або засувки 2. З трубопроводів 1 вода надходить у поливні трубопроводи 5 або у відкриті лотки 6, на входах яких установлюють регулюючі пристрої 4, що забезпечують подачу необхідної витрати на зрошення самопливом або за допомогою дощувальних машин.

Рис. 14.3. Фрагмент схеми водорозподілу на комбінованій системі.

Автоматизацію комбінованих систем найпростіше здійснювати за допомогою гідравлічних і електричних засобів. Як регулятори рівня в нижніх б'єфах можна вибрати секторні регулятори з дистанційним керуванням, а в якості водовипускних пристроїв – електрифіковані поворотні дискові затвори, керовані за сигналом давачів, що контролюють вологість ґрунту або роботу дощувальних машин.

Автоматизація водорозподілу на високонапірних системах

Високонапірні системи (напір більше 0,5 МПа) складаються з автоматизованих помпових станцій і мережі трубопроводів: магістральних, розподільчих і поливних. Автоматизація водорозподілу на таких системах зводиться до автоматичного керування водовипусками з трубопровідної мережі з ув'язкою з запитами на воду і продуктивністю помпових станцій. До водовипусків безпосередньо підключаються дощувальні машини або стаціонарні дощувальні установки.

У якості водовипускної апаратури найбільше широко використовують дискові затвори з електричними виконавчими механізмами, засувки з гідроприводом і електрогідравлічні клапани. Ці водовипускні пристрої працюють у режимі двопозиційного керування (відкрито – закрито). Якщо для нормальної роботи дощувальних установок необхідно підтримувати тиск сталим, то замість двохпозиційних водовипускних пристроїв використовують гідравлічні регулятори тиску з дистанційним керуванням.

Дискові затвори, описані в розділі 2, прості за будовою, надійні в роботі, їх широко використовують при наявності електричних джерел живлення напругою 220 В. Недолік – виникнення гідравлічних ударів, що призводить до ушкодження трубопроводів. Для захисту трубопроводів застосовують пристрої гасіння гідравлічних ударів або пристрої, що запобігають або послабляють їх розвиток.

В. А. Гурін запропонував спосіб запобігання гідравлічного удару, заснований на переривчастому закритті запірної арматури, що складається з чергування циклів закриття і пауз, рівних часу пробігу ударної хвилі у водоводі. При такому часі циклу переривчастого закриття відбувається інтерференція ударних хвиль підвищеного і зниженого тисків, що різко знижує ударний тиск у водоводі. Спосіб легко реалізувати за допомогою електричного виконавчого механізму засувки за рахунок введення в схему керування електродвигуном електронного переривача, який забезпечить імпульсний режим роботи двигуна з циклом закриття – пауза, рівним часу розповсюдження ударної хвилі у водоводі. При цьому з'являється можливість контролювати час розповсюдження ударної хвилі за допомогою реле тиску й автоматичного коректування часу циклу.

Засувки з електроприводом досить складні за будовою через перетворення обертового руху електродвигуна в поступальний рух запірного органа. Цього недоліку не мають засувки з гідроприводом, шток якого робить поступальний рух і безпосередньо з’єднується з запірним органом. Найбільше часто використовують засувку «Лудло» з гідроприводом (рис. 14.4) у якості дистанційно керованого водовипуску при тиску до 1 МПа. Гідропривод засувки складається з гідроциліндра 1, поршня 2, штока 3, з'єднаного з запірним органом засувки, і електрогідравлічного реле, яке керує подачею води в гідроциліндр. При подачі електричної напруги на обмотку електромагніту 4 сердечник втягується і важіль 5 впливає на штоки 6 і 9, які перекривають канали гідророзподільника 7 таким чином, що вода з трубопроводу надходить у нижню порожнину циліндра, а верхня порожнина з'єднується зі зливом. У результаті поршень переміщається вверх і засувка відкривається. Коли електромагніт відключений, то під впливом пружини 8 важіль 5 повертається у вихідне положення і гідророзподільник з'єднує верхню порожнину циліндра з трубопроводом, а нижню – зі зливом. Поршень рухається вниз і засувка закривається.

Електрогідрореле надійно працює при тиску більшому за 0,3 МПа. Для зменшення витрати електроенергії електромагніт 4 можна замінити електромагнітним проводом. У цьому випадку додатний імпульс відкриває засувку, а від’ємний – закриває. При цьому шляхові вимикачі електромагнітного привода з зачіпкою можна використовувати для дистанційного контролю положенням засувки.

Перевага такої засувки – вибірковість керування напругою 24 В, можливість організації зворотного зв'язку і висока надійність.

Рис. 14.4. Засувка «Лудло» з гідроприводом.

Недоліки – необхідність прокладки провідних ліній зв'язку, що вимагає додаткових витрат, і виникнення гідравлічного удару при швидкому закритті.

Для підвищення ефективності гасіння гідравлічного удару при закритті засувки застосовують додатково пульсатор, який встановлюють на зливній лінії гідроприводу (рис. 14.5).

Рис. 14.5. Гідропривід засувки з пристроєм гасіння гідравлічного удару.

Гідропривод із пристроєм гасіння гідравлічного удару працює у такий спосіб. При включенні гідравлічного реле 16 на закриття засувки вода з трубопроводу через трубку 17, реле 16 і трубку 15 надходить у верхню порожнину циліндра 1. Вода з нижньої порожнини через трубку 18, реле 16, трубку 15 і гідророзподільник 12 йде на злив. У результаті поршень 2 переміщається вниз і засувка закривається. Рух поршня при цьому рівномірний.

Коли конічна насадка 10 торкається роликів штовхачів 9 і 11, включаються в роботу розподільник 12 і пульсатор 5. При переміщенні штовхача 11 вправо золотник 13 перекриває зливальну трубку і відкриває трубку 7, по якій вода надходить у пульсатор. У цей час поршень 6 під впливом пружини 8 знаходиться в крайньому лівому положенні і зливальна трубка перекривається. Вода з нижньої порожнини циліндра 1 на злив не йде і переміщення поршня припиняється. Одночасно вода по трубці 4 надходить у ліву порожнину пульсатора і поршень 6 починає переміщуватися вправо, стискуючи пружину 8, і поступово відкриває зливну трубку, що призводить до викиду води на злив, і поршень 2 переміщується. При викиді тиск на поршень 6 зменшується і під впливом пружини 8 він знову переміщується у вихідне положення. Після цього цикл повторюється.

У міру руху штока 3 вниз стиснення пружини 8 насадкою 10 збільшується і переміщення поршня 6 з кожним новим циклом зменшується, а частота пульсацій зростає. Переміщення поршня 2 за кожен наступний цикл зменшується. Так продовжується доти, доки засувка не закриється.

Отже, за рахунок пульсації викидів води створюється імпульсний режим руху запірного органа засувки, що зумовлює гасіння гідравлічного удару. Аналогічно відбувається процес відкривання засувки. При цьому гідрореле переводиться в положення відкривання і вода під тиском надходить у нижню порожнину циліндра.

Крім засувок, досить перспективними водовипускними пристроями є клапани з дистанційним керуванням. Принцип роботи одного з таких клапанів (рис. 14.6) полягає у наступному. В нормальному стані запірний клапан 2 напором води притиснутий до сідла і закритий. У положенні гідрореле 7 «Відкрито» вода з напірного трубопроводу 1 по обвідній трубці 6 надходить у силову камеру 4, тиск у якій встановлюється рівним тиску у напірному трубопроводі. Тому що площа поршня 5 більша площі запірного клапана, то сила тиску на поршень більша сили тиску на клапан і поршень переміщується вниз, відкриваючи клапан. Вода надходить у трубопровід 3.

Рис. 14.6. Гідравлічний клапан з дистанційним керуванням.

При переведені гідрореле в положення «Закрито» вода з камери надходить на злив, тиск у ній падає і під дією напору клапан закривається. Швидкість закриття клапана регулюють у широких межах за рахунок зміни діаметра зливного отвору і цим впливають на величину гідравлічного удару. Керувати гідравлічним реле можна за допомогою електричних або гідравлічних засобів.

У закритих системах при підключенні до розподільчого трубопроводу поливних трубопроводів або дощувальних машин тиск змінюється у всіх водовипусків. Коли ці зміни перевищують допустимі за умовами роботи дощувальних установок, то замість водовипускних пристроїв застосовують регулятори тиску.

З багатьох конструкцій регуляторів тиску досить надійним у роботі є регулятор тиску РТ-1. Для дистанційного керування кран, установлений на його імпульсній трубці, необхідно замінити електрогідравлічним реле. У цьому випадку регулятор можна використовувати і для аварійного відключення дощувальних установок за сигналами електричних давачів.

Тому що регулятори тиску стабілізують тиск на виході за рахунок зміни перепаду тиску на регулюючому органі, то для їх нормальної роботи коливання тиску на вході не повинні перевищувати визначених значень. Домогтися цього можна регулюванням тиску в системі за допомогою помпової станції. Методи стабілізації тиску в закритих системах шляхом зміни продуктивності помпових станцій розглянуті в розділі 9.

Таким чином, ефективність водорозподілу забезпечується при погодженій роботі всіх керованих елементів: високонапірної системи помпової станції, регуляторів тиску і водовипускних пристроїв, що можливо тільки в АСУ ТП водорозподілом, побудованим на базі комп’ютерів.

ТЕМА: „АВТОМАТИЗАЦІЯ МЕЛІОРАТИВНИХ ПОМПОВИХ СТАНЦІЙ. ”

Дата добавления: 2014-01-07