THE POSSIBILITY OF AUTOMATING THE FILING OF THE SPECIFIED RAS-SPEED OF WATER IN OPEN IRRIGATION SYSTEMS

Мелихов К.М.¹, Сорокина Е.И.², Маковкина Л.Н.³

¹ORCID: 0000-0002-1825-0097, кандидат технических наук, Волгоградский государственный аграрный университет г. Волгоград, ²ORCID: 0000-0002-1825-0023, кандидат технических наук, Волгоградский государственный аграрный университет г. Волгоград, ³ORCID: 0000-0002-1825-0023, кандидат сельскохозяйственных наук, Волгоградский государственный аграрный университет г. Волгоград

ВОЗМОЖНОСТЬ АВТОМАТИЗАЦИИ ПОДАЧИ ЗАДАННОГО РАСХОДА ВОДЫ НА ОТКРЫТЫХ ОРОСИТЕЛЬНЫХ СИСТЕМАХ

Аннотация

В данной статье рассмотрены аспекты автоматизации распределения воды на открытых оросительных системах. С помощью предложенного авторегулятора смешанного типа будет обеспечиваться постоянство регулируемых параметров во всем диапазоне колебаний расходов и напоров воды. Принцип действия устройства основан на использовании динамики водного потока, поступающего в водовыпускную трубу. Автоматизация распределения воды в открытых оросительных системах является одной из актуальных тем, в целях повышения КПД этих систем.

Ключевые слова: оросительные системы, расход, напор воды, авторегулятор.

Melikhov K.M.¹, Sorokina E.I.², Makovkina L.N.³

¹ORCID: 0000-0002-1825-0097, PhD in Engineering, Volgograd state agricultural University, Volgograd, ²ORCID: 0000-0002-1825-0023, PhD in Engineering, Volgograd state agricultural University, Volgograd, ³ORCID: 0000-0002-1825-0023, PhD in Agriculture, Volgograd state agricultural University, Volgograd

THE POSSIBILITY OF AUTOMATING THE FILING OF THE SPECIFIED RAS-SPEED OF WATER IN OPEN IRRIGATION SYSTEMS

Abstract

This article describes the aspects of automation of water distribution in open irrigation systems. Using the proposed autoregulator mixed type will be provided by the constancy of the adjustable parameters in the whole range of fluctuation of the costs and pressures of water. The operating principle of the device is based on the use of the dynamics of water flow into the outlet pipe. Automation distribution of water in open irrigation systems is one of the topical issues to enhance the efficiency of these systems.

Keywords: irrigation system, flow rate, water pressure, autoregulator.

Большим резервом в рациональном использовании воды является автоматизация водораспределения на оросительных системах, особенно на внутрихозяйственных каналах. Наиболее полный эффект от автоматизации оросительных систем может быть получен в том случае, если процесс автоматизирован начиная от забора воды из источника орошения и кончая подачей воды на полях непосредственно к растениям. В настоящее время достаточно хорошо разработаны вопросы автоматизации головных водозаборов, межхозяйственной сети, имеются также проработки по автоматизации полива. Наиболее слабым звеном осталась внутрихозяйственная оросительная сеть, хотя именно здесь при нарушении водораспределения теряется значительная  часть оросительной  воды.

Особенность внутрихозяйственной оросительной сети заключается в том, что количество объектов — гидротехнических сооружений, подлежащих автоматизации, велико и исчисляется сотнями. Электроэнергии на мелких каналах и на полях нет, а в большинстве случаев подача электроэнергии к разбросанным по территории мелким потребителям не выгодна и сопряжена с большими трудностями. В то же время на каждом сооружении имеется гидравлическая энергия потока воды в виде перепадов уровней между верхним и нижним бьефами. Наибольшая необходимость в регулировании их работы возникает, как правило, там, где имеются большие перепады уровней воды между бьефами. Следовательно, энергии на объекте автоматизации вполне достаточно и можно применить многочисленные устройства, разработанные к настоящему времени.

Основные производственные процессы, подлежащие автоматизации.

На оросительных системах необходимо автоматизировать следующие производственные процессы:

1) работу головных водозаборных узлов: работу затворов; измерение уровней и расходов воды;

2) работу насосных станций: управление насосными агрегатами;

 учет воды;

3) водораспределение: на межхозяйственной оросительной сети; на внутрихозяйственной оросительной сети;

4) учет воды: на открытой оросительной сети; на закрытой оросительной сети;

5) полив: поверхностный; дождевание; подпочвенный, капельный и др.;

6) дренаж.

Существующие способы автоматизации водораспределения.

На оросительных системах могут быть применены следующие способы автоматизации водораспределения:

1. автоматизация регулированием уровня воды: по верхнему бьефу; по нижнему бьефу; смешанное регулирование;
2. автоматизация водораспределения регулированием перепада уровней воды;
3. автоматизация водораспределения регулированием объема воды: регулирование с перетекающими объемами; регулирование непосредственным отбором расходов.

При средних и малых перепадах уровней между каналами разных порядков, особенно при малых перепадах, необходимо применять авторегуляторы, которые для своего срабатывания требуют минимальных перепадов (1—2 см) и имеют малые гидравлические сопротивления. При предельно малых перепадах уровней между каналами старших и младших порядков, необходимых только для подачи заданного расхода воды, введение каких-то устройств в поток приведет к снижению подаваемого расхода, что недопустимо. В этом случае при проектировании оросительных систем необходимо учитывать требуемый минимальный перепад на срабатывание автоматических устройств и их гидравлические сопротивления. Вполне понятно, что они должны быть как можно меньше, так как повышение уровня воды в наиболее высоких точках оросительной системы приведет к поднятию его в голове магистрального канала системы, что при машинном водозаборе создаст дополнительные затраты той же электроэнергии, только не на полях, а концентрированно, в одном месте. Это тоже положительно, но затраты энергии возрастают и увеличивается высота дамб каналов, поэтому необходимо применять авторегуляторы, требующие для своего срабатывания минимальных перепадов, особенно в равнинных условиях.

Учитывая общность технологических задач, выполняемых объектами, можно сформулировать основные общие требования к техническим средствам автоматизации, несмотря на их конструктивные различия и назначение.

Технические средства автоматизации должны:

1. обеспечивать требуемое качество регулирования и позво­лять изменять в случае необходимости программу или режим работы в соответствии с заданием с отклонением не более ±5%. Точность регулирования определяется технологией работы объекта;
2. сохранять постоянство регулируемых параметров во всем диапазоне колебаний расходов и напоров;
3. предотвращать в закрытом положении потери воды, если авторегулятор выполняет функции затвора;
4. обеспечивать на открытых водоводах автоматический пропуск паводков и других транзитных расходов;
5. не нарушать режима работы из-за наносов, плавника и т. п.;
6. совмещать по возможности функции регулирования и учета воды;
7. быть простыми по конструкции и в эксплуатации, долговечными и надежными, не зависеть от климатических условий;
8. иметь возможность введения обратной связи между объектами и телеуправления;
9. обеспечивать требуемый закон регулирования (пропорциональный, интегральный, дифференциальный, пропорционально-интегральный и др.) в зависимости от характера переходного процесса в объекте.

Так, например, для регулировки воды в бьефах нами предлагается следующие устройство.

Авторегулятор смешанного типа регулирования по верхнему и нижнему бьефу.

Схема автоматизированного трубчатого водовыпуска представлена на рисунке 1.

Автоматизированный трубчатый водовыпуск содержит трубу 1, мембранный привод 2, полость которого сообщена каналом 3 с верхним бьефом и каналом 4 с нижним бьефом. На расходном отверстии 5 водовыпускной трубы 1 установлен затвор 6, закрепленный на штоке 7, связанный с мембраной 8 мембранного привода 2. Устройство содержит поплавковый датчик уровня 9 (первый), связанный штоком 19 и рычагом 20 с клапаном 10, установленном на выходном патрубке канала 4. Поплавковый датчик 9 установлен в колодце 21 связанным отверстием 22 с камерой 25 перед водосливом 18. В колодце 16 установлен второй поплавковый датчик 12, связанный штоком 14 и рычагом 23 с клапаном 13. Клапан 13 установлен в камере 15. Колодец 16 связан с каналом – оросителем трубой 17. Перед расходным отверстием 5 установлен на штоке 7 диск 11 начального тягового усилия для закрытия затвора.

Принцип действия устройства основан на использовании динамики водного потока, поступающего в водовыпускную трубу 1.

Автоматизация распределения воды в открытых оросительных системах является одной из актуальных тем, в целях повышения КПД этих систем.

Рис. 1. Схема автоматизированного трубчатого водовыпуска.

Или для автоматизации подачи заданного расхода из командного   канала в подкомандный нами предлагается использовать авторегулятор с подвижным в процессе работы водосливом. Заданный расход подается за счет поддержания постоянного слоя воды, переливающегося через водослив.

Рис.2. Схема авторегулятора с подвижным водосливом: 1 – подвижный водослив (поплавок), 2 – гибкий шланг, 3- трубчатый водослив.

Поплавок имеет полую сердцевину в виде ковша прямоугольной или радиальной форы. При подборе определенной нагрузки, которую необходимо приложить в центре поплавка, можно задать постоянный расход, путем поддержания уровня воды над порогом водослива.

Однако перед выбором конкретных средств автоматизации необходимо провести тщательное обследование оросительных систем в следующих направлениях: гидрометрия, гидрология, гидрогеология.

Литература

1. Агроскин И.И., Дмитриев Г.Т., Пикалов Ф.И. Гидравлика – М. – Л.: Энергия, 1964. – 352 с.
2. Автоматический регулятор уровня воды гидравлического действия для трубчатых водовыпусков. Разработчик: ВНПО «Союзводавтоматика», Фрунзе, 1977 – 4 с.
3. А.С. 684090 СССР, М.Кл². Е02В9/06 Устройство для поддержания уровня воды в бьефе гидротехнического сооружения / Я.В. Бочкарев. №2524768/29 – 15; Заявл. 22.09.77; Опубл. 05.09.79, Бюл.№33.
4. А.С. 941947 СССР, М.Кл³. G05D/02 Устройство для автоматического регулирования воды в нижнем бьефе / Я.В. Бочкарев, Е.Н. Рудомин. №3216660/18 – 21; Заявл. 08.12.80; Опубл. 07.07.82, Бюл. №25.

References

1. Agroskin I. I., Dmitriev G. T., F. I. Pikalov Hydraulics – M. – L.: Energy, 1964. – 352 p.
2. Automatic level control of water hydraulic action for tubular outlets. Developer: vnpo "Autocatalytic", Frunze, 1977 – 4.
3. 684090 A. S. of the USSR, M. Кл2. Е02В9/06 Device for maintaining the water level in the downstream hydraulic structures / Y. V. Bochkarev. No. 2524768/29 – 15; Appl. 22.09.77; Publ. 05.09.79, bul.№33.
4. A. S. 941947 of the USSR, M. Кл3. G05D/02 device for the automatic regulation of water in downstream / Y. V. Bochkarev, E. N. Rudomin. No. 3216660/18 – 21; Appl. 08.12.80; Publ. 07.07.82, bull. No. 25.