ОБҐРУНТУВАННЯ ПАРАМЕТРІВ ГІДРОАВТОМАТИЧНИХ РЕГУЛЯТОРІВ РІВНІВ З ПОДОВЖЕНИМ ГІДРАВЛІЧНИМ ЗВ’ЯЗКОМ НА ОСУШУВАЛЬНО-ЗВОЛОЖУВАЛЬНИХ СИСТЕМАХ

summary

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

У першому розділі «ГІДРАВЛІКА ГІДРОАВТОМАТИЧНИХ РЕГУЛЯТОРІВ РІВНЯ ТА ЇХ ВИКОРИСТАННЯ В АВТОМАТИЗОВАНИХ ОЗС» наведено аналіз математичних моделей руху води в гідроавтоматичних регуляторах рівня. Розробкою і дослідженням схем автоматизованого водорегулювання, технічними засобами їхньої реалізації, автоматизацією виробничих процесів у гідромеліорації, технологіями регулювання і технологічними засобами на автоматизованих осушувально-зволожувальних системах займалися такі вчені: Коваленко П. І., Тишенко О. І., Чалий Б. І., Рубан А. Ф., Ковальчук Ю. Г., Балан Ю. А., Бочаров С. Ю., Яцик А. В., Баховець Б. А., Гаць П. І., Наголюк С. І., Пастушенко В. Й., Ткачук Я. В., Яцик М. В., Бочкарьов Я. В., Ганкін М. З., Овчаров Е. Е., Натальчук М. Ф., Пужай О. М., Мозоль Н. В., Наумчук О. М. та ін. За кордоном найвідомішою є французька фірма “Нейрпік”, яка має різноманітні розробки з автоматизованого водорегулювання. Гідравлічні процеси в гідроавтоматичних регуляторах досліджували такі вчені, як Сєменов П. К., Рохман О. І., Фінке М. Ф., Тугай А. М., Шаров В. В., Рогозін Г. В., Маковський Е. Е., Мельніков Б. І. Оптимізацією водорегулювання на осушуваних землях займалися Лазарчук М. О., Рокочинський А. М., Черенков А. В.

На основі проведеного аналізу відмічено, що математичні моделі руху води всіх регуляторів гідравлічної дії розроблені за схожим принципом, який ґрунтується на рішенні або рівнянь рівноваги моментів діючих сил, або рівнянь рівноваги проекцій діючих сил, отже, існує чітка методика розробки таких моделей. Коефіцієнти гідравлічної системи датчиків рівня, коефіцієнти витрати, інші параметри регуляторів, які складно виразити аналітично, визначають із допомогою гідравлічного моделювання. Регулятори дренажного стоку або водоподачі, що розроблені в НУВГП, хоча і враховують збурюючі фактори, але такі регулятори необхідно встановлювати в кожному перепадному колодязі, що призводить до збільшення вартості ОЗС. Запропоновано гідроавтоматичний регулятор із подовженим гідравлічним зв’язком, що дозволяє в перепадних колодязях влаштовувати водозливні кромки, які значно простіші від регулятора дренажного стоку чи водоподачі. Але перш ніж пропонувати гідроавтоматичний регулятор рівня для осушувально-зволожувальних систем, необхідно обґрунтувати необхідний рівень ґрунтових вод, що також вплине на вибір гідроавтоматичного регулятора рівня. Крім того, необхідно призначити технологію водорегулювання, яка визначає необхідні конструктивні рішення щодо характеру регулюючої та провідної мережі, гідротехнічних споруд, тим самим, тип і конструкцію гідромеліоративної системи на осушуваних землях.

Необхідно дослідити гідравлічні процеси і закономірності руху води в регуляторі з подовженим гідравлічним зв’язком та в системі, що обладнана таким регулятором. Розробити математичну модель руху води в ньому. Реалізація розробленої математичної моделі потребує наявності чітких гідравлічних і технічних параметрів регулятора, які необхідно дослідити, та визначити їхні раціональні значення. Дослідження необхідно проводити на гідравлічно-подібних моделях.

У другому розділі «ОСНОВНІ МЕТОДИ ТА МЕТОДИКА ДОСЛІДЖЕНЬ ГІДРОАВТОМАТИЧНОГО РЕГУЛЯТОРА З ПОДОВЖЕНИМ ГІДРАВЛІЧНИМ ЗВ’ЯЗКОМ» описано методи дослідження цього регулятора та модульної ОЗС, що обладнана таким регулятором.

Математичну модель руху води розроблено методом аналізу гідравлічних процесів, що проходять в об’єкті регулювання. Цей метод описано Бочкарьовим Я.В. Порядок рівнянь об’єктів залежить від складності процесів, що протікають в них. Для модульної автоматизованої ОЗС процеси, що протікають в цій системі, описано нелінійними диференціальними рівняннями.

Характеристика потоку в модульній автоматизованій ОЗС постійно змінюється, тому модульну автоматизовану ОЗС розглядали як динамічну, яка складається з окремих блоків, в межах яких необхідно керувати рівнями ґрунтових вод. У якості математичної моделі для вирішення задач оперативного керування використано рівняння водного балансу системи в динаміці, тобто з врахуванням перехідних процесів і добігання витрат води, що дозволяє керувати об’ємами поданої на систему води.

Не всі параметри розробленої математичної моделі руху води відомі, для визначення невідомих параметрів проведено додаткові лабораторні дослідження.

 Коефіцієнт витрати  гідроавтоматичного регулятора рівня з подовженим гідравлічним зв’язком знайдено (по аналогії) за методикою визначення коефіцієнта витрати через насадки різної форми.

Заміри глибини води, при якій поплавок-затвор спливає , тоне  та мінімальної глибини води у поплавку-затворі здійснювали п’єзометрами.

Час відкриття поплавка-затвора  та його закриття , час відкриття датчика-прискорювача та його закриття  визначали за допомогою стандартного секундоміра.

Проведення експериментальних досліджень дозволило визначити ті параметри математичної моделі, які аналітично визначити неможливо та перевірити адекватність отриманих теоретичних рівнянь.

Експериментальні дослідження регулятора рівня з подовженим гідравлічним зв'язком виконані в гідротехнічній лабораторії НУВГП на спеціальній експериментальній установці. Схема установки наведена на рис. 1. До її складу входять такі основні елементи: напірний бак, дзеркальний лотік та зливна траншея. До установки вода надходить по трубопроводу з напірного бака насосної станції з постійним напором по замкнутому циклу. Максимальна величина витрати води становить 500 л/с при напорі 3,5 м.

Регулювання подачі води до експериментальної установки виконується за допомогою засувок грубого та точного регулювання. Величину витрати визначено мірним трикутним водозливом, який розміщений в напірному баку. Напір на водозливі контролювали за допомогою п’єзометра. Для гасіння енергії потоку в напірному баку та на вході в дзеркальний лоток влаштовано дерев’яні решітки.