CC BY
12UDC: 532.546(045)(575.1) EDN: https://elibrary.ru/fnxcga
GIDROTEXNIK INSHOOTLARDA SUV HISOBINI RAQAMLASHTIRISHDA
INNOVATSION TEXNOLOGIYALAR
Tojiboyev Suhrobxon Ja'far o'g'li1, Jo'raboyev Ismoiljon Ilhomovich2
1texnika fanlari bo'yicha falsafa doktori (PhD), dotsent,
ORCID: 0000-0001-5936-1837,
e-mail: suxrobxon8586@
gmail.com;
2o'qituvchi-stajyor,
ORCID: 0009-0008-5266-995X,
e-mail: ismoiljonjurabayev@
gmail.com
1Qarshi muhandislik-iqtisodiyot instituti 2"Toshkent irrigatsiya va qishloq xo'jaligini mexanizatsiyalash muhandislari instituti" Milliy tadqiqot universiteti
Annotatsiya. Suv resurslarining aniq hisobini amalga oshirish, iste'molchiga kerakli suv miqdorini o'z vaqtidayetkazib berish bugungi kunda eng dolzarb masalalardan biridir. Hozirda gidrotexnika inshootlaridan samarali foydalanishda innovatsion texnologiyalarning zarurati oshib bormoqda. Suv hisobini raqamlashtirishda turli xil qurilmalar mavjud bo'lib, ulardan foydalanishda energiya, iqtisodiy texnologik muammolar qatorida gidravlik jihatlar ham alohida e'tibor talab etadi. Ma'lumki, gidrotexnik inshootlarda suv sarfi hisobini amalga oshirish va boshqarishda turli xil darvoza "zatvor"lardan keng foydalaniladi. Gidravlik nuqtayi nazaridan inshootlardagi darvozalardan suv o'tishi ancha murakkab jarayon. Suv sathini nazorat qilish va o'lchash uchun ko'p funksiyali qurilmalardan foydalanish zarurati tug'iladi. Mazkur maqola gidrotexnik inshootlardan o'tayotgan suv sarfini aniqlashni raqamlashtirishga qaratilgan. Gidrotexnik inshootlar zatvorlari ostidan o'tayotgan suv sarfini aniqlashda ham yuqori b'efdagi, ham pastki b'efdagi jarayonlarni inobatga olib, suv hisobini raqamlashtirishning gidravlik modeli ishlab chiqilgan. Gidrotexnik inshootlar zatvorlariningyuqori va pastki b'eflarida suv sathi o'zgarishini vertikal harakatlanadiganyassigidrotexnik zatvor ko'tarilishiga bog'liq ravishda aniqlashning hisoblash usuli tavsiya etildi. Gidrotexnik inshoot zatvorlarida suv sathi va sarfini nazorat qilish hamda o'lchashni boshqarish tizimining strukturaviy sxemasi ishlab chiqildi.
Kalit so'zlar: gidrotexnik inshoot, zatvor, gidravlik model, suv sarfi, napor, sarf koeffitsiyenti.
ИННОВАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ ПРИ ЦИФРОВИЗАЦИИ УЧЁТА ВОДЫ НА ГИДРОТЕХНИЧЕСКИХ УСТАНОВКАХ
Тожибоев Сухробхон Жафар угли1, Журабоев Исмоилжон Илхомович2
Доктор философии по техническим наукам (PhD), доцент;
2преподаватель-стажёр
гКаршинский инженерно-экономический институт Национальный исследовательский университет «Ташкентский институт инженеров ирригации и механизации сельского хозяйства»
Аннотация. Точный учёт водных ресурсов, доставка нужного количества воды потребителю в нужное время стали сегодня актуальной проблемой. Сейчас возрастает потребность в цифровых инновационных технологиях для эффективного использования гидротехнических объектов. Существуют различные цифровые устройства для учёта воды, и при их использовании требуют внимания не только энергетические, экономические и технологические задачи, но и гидравлические. Известно, что в гидротехнических сооружениях широко применяются различные затворы для осуществления учёта и контроля расхода воды. С гидравлической точки зрения прохождение воды через затворы в сооружениях - довольно сложный процесс. Возникает необходимость использования многофункциональных приборов для контроля и измерения уровня воды. Данная статья направлена на цифровизацию процесса определения расхода воды, проходящей через гидротехнические сооружения. При определении расхода воды, проходящей через затворы гидротехнических сооружений, разработана гидравлическая модель цифровизации процесса учёта воды, принимая во внимание процессы как в верхнем, так и в нижнем бьефе. Предложен расчётный метод определения уровня воды в верхнем и нижнем бьефах затворов гидротехнических сооружений в зависимости от подъёма вертикально движущегося плоского гидротехнического затвора. Разработана конструктивная схема системы контроля уровня и расхода воды, а также контроля измерений в затворах гидротехнических сооружений.
HrçTHÔocnHK^HTHpoBaHHe/rïtation: Tojiboev, S. J., & Juraboev, I. I. (2024). Innovative technologies in digitalization of water accounting at hydraulic installations. (In Uzbek). Science and Innovative Development, 7(3), 93-99. 93
Ключевые слова: гидротехническое сооружение, затвор, гидравлическая модель, водопотребление, расход, коэффициент водопотребления.
INNOVATIVE TECHNOLOGIES IN DIGITALIZATION OF WATER ACCOUNTING AT HYDRAULIC INSTALLATIONS
Tojiboev Sukhrobkhon Jafar ugli1, Juraboev Ismoiljon Ilkhomovich2
doctor of Philosophy in Technical Sciences (PhD), Associate Professor; 2Trainee Teacher
^arshi Engineering Economics Institute 2"Tashkent Institute of Irrigation and Agricultural Mechanization Engineers" National Research University
Kelib tushgan/Получено/ Received: 03.05.2024
Qabul qilingan/Принято/ Accepted: 23.05.2024
Nashr etilgan/
Опубликовано/Published:
28.06.2024
Abstract. Accurate calculation of water consumption and timely supply of right amounts of water to consumers have become urgent nowadays. Currently, there is an increasing need for innovative digitalization technologies for effective use of hydraulic facilities. As well as, there are various devices for digitalization of water metering, and when using them, among energy, economic and technological tasks, hydraulic aspects also require attention. It is known that various gate valves are widely used in hydraulic structures to generate and regulate a water flow. From a hydraulic point of view, passage of water through gates in structures is a very complex process, therefore the role of multifunctional devices controlling and measuring water levels is important. The purpose of this article is to discuss digitalization of readings of the water flowing through hydraulic structures. A hydraulic model for digitalization of water metering has been developed, taking into account processes ongoing both - in the upper and lower baffles when determining the flow of water passing under the gates of hydraulic structures. A calculation method is recommended for determining changes in water levels in the upper and lower banks of hydraulic structure gates depending on the elevation of a vertically moving flat hydraulic gate. A block diagram of a control system for monitoring and measuring the levels and flows of water in the gates of hydraulic structures, has been developed. Keywords: hydrotechnical structure, dam, hydraulic model, water consumption, flow rate, consumption coefficient.
Kirish
Bugungi kunda suv resurslaridan samarali foydalanishda suv hisobini raqamlashtirish muhim ahamiyat kasb etib bormoqda. O'lchashning zamonaviy texnik vositalarini yaratish hamda takomillashtirish masalalari suv resurslaridan samarali foydalanishda dolzarb masalaga aylangan. Ochiq sug'orish inshootlarida suv sathi va sarfini o'lchashda texnologik jarayonlar tomonidan qo'yiladigan talablarga javob beruvchi "aqlli" qurilmalar yaratishda muayyan ishlar amalga oshirilgan (Arifjanov & Tojiboyev, 2022; Arifjanov et al., 2022; Dulhoste et al., 2004). Hozirda suv sarfi hisobi tekis va statsionar rejimda ishlaydigan sharoitlarda, jumladan, gidropostlarda raqamlashtirilmoqda (Arifjanov & Tojiboyev, 2021). Gidrotexnik inshootlarda suv sathi va sarfini nazorat qilish hamda o'lchash uchun ko'p funksiyali innovatsion qurilmalar ishlab chiqish lozim.
Sug'orish tizimlarida resurs tejamkor, suv sarfining aniq miqdorini aniqlash uchun keng ko'lamda avtomatik boshqarish va nazorat qilish jarayonlarini joriy qilish masalalari qator adabiyotlardan ma'lum (Arifjanov & Fatxullaev, 2020; Sauida, 2014).
Mazkur maqola gidrotexnik inshootlardan o'tayotgan suv sarfini aniqlashni raqamlashtirishga qaratilgan bo'lib, o'lchov qurilmalaridan zatvorlar ostidan o'tayotgan suv sarfini aniqlashda inshootning yuqori va pastki b'eflaridagi gidravlik jarayonlar inobatga olingan. Gidrotexnik inshootlar darvozalaridan o'tayotgan suv sarfini aniqlashda faqat suv sarfini baholash yetarli emas. Vertikal zatvor harakati davomida inshoot b'eflarida o'zgarishlar yuzaga keladi.
Material va metodlar
Vertikal tekis gidrotexnik zatvorlardan o'tayotgan suv hajmini baholash uchun zamonaviy raqamlashtirilgan tizimlardan foydalanishda oqim gidravlikasini inobatga olish lozim (Tojiboyev & Ochilov, 2021; Rajaratnam & Subramanaya, 2020). Zatvorlar harakatini tizimli
boshqarishda ularning harakat kinematikasini baholash zarur. Ma'lumki, zatvorlarning ochilib yopilishi hisobiga gidrotexnik inshootlarda suv sarfi boshqariladi. Suv tomonidan yassi zatvorlarga ta'sir etuvchi bosim kuchi statsionar holatda suv sathi va zatvor konstruksiyasiga bog'liq. Zatvor harakatga keltirilganda, bosim kuchi zatvorning ochilishiga ko'ra aniqlanadi. Ayni damda zatvorning ochilishi va uning harakat trayektoriyasi zatvordan o'tayotgan suv miqdorini belgilashga asos bo'ladi (Monem & Hosseinzade, 2011).
Tadqiqot natijalari
Gidrotexnik inshootlardagi zatvorlar ostidan o'tayotgan suv sarfini baholashda ikki xil holat, ya'ni zatvor ostidan suvning erkin va ko'milgan holatda o'tishi alohida ahamiyatga ega.
Yuqorida bayon etilganlarni inobatga olib, gidrotexnik inshootlarda o'rnatilgan zatvorlar ostidan o'tayotgan suv sarfini baholashni raqamlashtirish quyidagi gidravlik model bo'yicha amalga oshiriladi.
To'g'ri to'rtburchakli zatvor ostidan suvning erkin o'tishida suv oqimi miqdoriga pastki b'efdagi oqim sathi ta'sir qilmasa, zatvor ostidan suv erkin holatda o'tadi (1-rasm) va suv sarfi quyidagicha aniqlan adi:
Q = ßab/2д(Но - £а) (1)
Bu yerda: H0 = H + —— - to'la napor;
2 g
H - geometrik napor;
a - zatvorning ochilish balandligi;
b - zatvor eni;
ß0 - zatvor oldidagi oqim tezligi;
£ - siqilish koeffitsiyenti;
/ - sarf koeffitsiyenti;
g - erkin tushish tezlanishi.
Bu jarayonda oqim va inshoot parametrlari ma'lum bo'lganda, asosiy muammo sarf koeffitsiyentini aniqlashdir. Tabiiy dala sharoitida olib borilgan tadqiqotlarda sarf koeffitsiyenti topilgan.
Suv zatvor ostidan ko'milgan holda o'tganda, suv sarfini aniqlash erkin o'tishga nisbatan ancha murakkablashadi, ya'ni ko'proq parametrlarga bog'liq bo'ladi. To'g'ri to'rtburchakli zatvor ostidan o'tayotgan suvning ко 'milganlik holati ikki turga bo'linadi: to'liq ko'milgan va to'liq ko'milmagan (Kubrak et. al., 2020).
To'liq ko'milgan holat (2-rasm) uchun zatvor ostidan o'tayotgan suv sarfi quyidagicha aniqlangan:
Q=ß abJlgZa (2)
Bu holatda ham oqim sarfini baholash uchun sarf koeffitsiyentini aniqlashga xuddi teshiklardan o'tayotgan holat sifatida qarash mumkin va shunday yondashuv orqali aniqlanadi.
Suv to'g'ri to'rtburchakli zatvor ostidan to'liq ko'milmagan (3-rasm) holatda o'tganda, suv sarfini aniqlash gidravlikada qabul qilingan usullardan foydalanib amalga oshirilgan.
Zatvor ostidan suvning to'liq ko'milmagan holatda o'tishiga oid juda kam tadqiqot olib borilgan. Nazariy asosning yo'qligi sababli s siqilish koeffitsiyenti zatvor ostidan suvning erkin o'tishi kabi taxminan bir xil bo'ladi.
Zatvor ostidan o'tayotgan suv sarfini aniqlashda (3-rasm) 1-1 va 2-2 kesimlar uchun D. Bernulli tenglamasi yozilgan va quyidagi ifoda keltirilgan:
Q = ßab^2g(H0 - hz)
(3)
Keltirilgan ifoda dan to'liq foyd alanishda ma'lum murakkabliklar mavjud bo'lib, bu pastki b'efdagi hz ni aniqlash bilan bog'liq.
B'eflarni tutashtirish nazariyasiga asoslanib, 2-2 va 3-3 kesimlar uchun harakat miqdorining o'zgarishi haqidagi teorema qo'llangan va hz ni aniqlashda quyidagi analitik ifoda keltirilgan:
hz =
-A+
2 л 4 hr,
h r
(4)
Bu yerda: A = 4ф2
ea\ ea
hp - pastki b'ef suv sathi;
Ф - tezlik koeffitsiyenti.
Yuqorida bayon etilgan gidravlik model asosida shuni xulosa qilish mumkinki, gidrotexnik inshootlardagi zatvorlar ostidan o'tayotgan suv miqdori monitoringini raqamlashtirish asosida amalga oshirish uchun tavsiya etilgan formulalardan sarf koeffitsiyentini tajribada baholash lozim (Bonilla et al., 2023; Tojiboyev, 2018).
Tadqiqot natijalari tahlili
Gidrotexnik inshootlardan o'tayotgan suv miqdori monitoringini raqamli texnologiyalar asosida amalga oshirishda yuqorida keltirilgan hisoblash formulalariga (1), (2), (3) asoslanib, yagona tizim ishlab chiqilgan. Jarayonni belgilovchi asosiy o'zgaruvchan omillar sifatida inshootning yuqori va pastki b'efidagi suv sathining qiymati hamda darvoza ochilishi balandligi qabul qilingan. Shu parametrlar miqdorining o'zgarishini aniqlashni raqamlashtirish asosida innovatsion ultratovushli va induksion qurilmalar o'rnatish sxemasi hamda ishlash tamoyili ishlab chiqilgan (4-rasm). Gidrotexnik inshoot zatvorlarida suv sathi va sarfini nazorat qilish hamda o'lchashning boshqarish tizimi strukturaviy sxemasi ishlab chiqilgan.
M
NO
I USB I
T
Mikrokoiilroller
BSO' in ЛИ
ТЕ ARO' IKM RAO1
BBE
4 5
DISPLAY
1 - vertikal harakatlanadigan yassi zatvor; 2 - zatvor ochilishi balandligini qayd qiluvchi moslama; 3 - nazorat qurilmasi; 4 - boshqaruv elementi; 5 - natijalarni qayd qiluvchi ekran; 6 - sath datchigi.
4-rasm. Gidrotexnik inshoot zatvorlari ostidan o'tayotgan suv miqdorini boshqarish tizimining
strukturaviy sxemasi
Gidrotexnik inshootlardagi zatvorlar ostidan o'tayotgan suv sarfini aniqlashni raqamlashtirish uchun yuqorida keltirilgan gidravlik model va innovatsion texnologiyalarga asoslangan suv miqdorini boshqarish tizimining strukturaviy sxemasini qo'llash tavsiya etilgan.
Xulosalar
Gidrotexnik inshootlar zatvorlarining yuqori va pastki b'eflarida suv sathi hamda sarfining vertikal harakatlanadigan yassi gidrotexnik zatvor ko'tarilishiga bog'liq ravishda aniqlash formulasi tavsiya etildi. Natijada innovatsion o'lchash qurilmasining o'lchash diapazonini kengaytirish va sodda konstruksiyaga ega o'lchash qurilmalarini ishlab chiqish, gidrotexnik inshoot zatvorlarining ish rejimlarini raqamlashtirish imkoniyati yaratildi. Gidrotexnik inshoot zatvorlarida suv sathi va sarfini nazorat qilish hamda o'lchashning boshqarish tizimi strukturaviy sxemasi ishlab chiqildi.
REFERENCES
1. Arifjanov, A.M., & Tojiboyev, S.J. (2021). Qarshi magistral kanalidagi PK-792 to'suvchi inshootning suvni chiqarish qismida sathni avtomatik rostlab suv isrofini kamaytirish [Reducing water wastage by automatically adjusting the level in the water discharge part of the PK-792 barrier structure in the opposite main channel]. (In Uzbek). Problems and solutions of effective use of water resources in Uzbekistan: Proceedings of the republic-wide scientific-practical conference, 247-252. Karshi.
2. Arifjanov, A.M., & Tojiboyev, S.J. (2022). Gidrotexnika inshootlaridagi zatvorlar uchun elektr yuritmasini tanlash [Selection of electric control for valves in hydraulic facilities]. (In Uzbek). Uzbek Hydropower, 14, 47-49. Tashkent.
3. Arifjanov, A.M., Fatxulloyev, A.M., Rakhimov, K.T., Otakhonov, M.Y., & Allayorov, D. S. (2022). Changes in hydraulic parameters in canals with sides lining. IOP Conference Series: Earth and Environmental Science, 1112(1). https://doi.org/10.1088/1755-1315/1112/1/012129
4. Arifjanov, A., & Fatxullaev, A. (2020). Natural Studies for Forming Stable Channel Sections. Journal of Physics: Conference Series, 1425(1). https://doi.org/10.1088/1742-6596/1425/V012025
5. Bonilla, C., Brentan, B., Montalvo, I., & Izquierdo, J. (2023). Digitalization of Water Distribution Systems in Small Cities, a Tool for Verification and Hydraulic Analysis: A Case Study of Pamplona, Colombia. Water, 15(21), 3824. https://doi.org/10.3390/w15213824
6. Dulhoste, J. F., Georges, D., & Besancon, G. (2004). Nonlinear control of openchannel water flow based on collocation control model. Journal of Hydraulic Engineering, 254-266.
7. Erbisti, P. C. F. (2014). Design of hydraulic gates. CRCPress, 231-234.
8. HC-SR04 ultrasonic rangefinder. (2024). Amperca Ltd. https://amperka.ru/product/hc-sr04-ultrasonic-sensor-distance-module
9. Kubrak, E., Kubrak, J., Kiczko, A., & Kubrak, M. (2020). Flow Measurments Using a Sluice Gate. Analysis of Applicability. Water, 12 (3), 819. https://doi.org/10.3390/w12030819
10. Monem, M.J., & Hosseinzade, Z. (2011, October 15-23). Construction and Evaluation of Automatic pivot weir control system. ICID 21st International Congress on Irrigation and Drainage, 450. Tehran, Iran.
11. NM-R Magnetostrictive float level gauge KOBOLD Germany. (2024). Research and Production Association RIZUR. https://rizur.ru/catalog/poplavkovye-urovnemery-kobold/poplavkovyy-datchik-urovnya-nm/.
12. Rajaratnam, N., & Subramanaya, K. (1967.) Flow equations for the sluice gate. Irrig. Drain. Eng. ASCE, 93, 167-186.
13. Rao, R.V., & Zhmud, V.A. (2010). The review of the Indo-Russian Joint Workshop on Computional Intelligence and Modern Heuristics in Automation and Robotics. Scientific Bulletin of NSTU, 4(41), 179-182.
14. Sauida, M.F. (2014). Calibration of submerged multi-sluice gates. Alexandria Engineering Journal, 53 (3), 663-668.
15. Serikbaev, B. S., Barayev, F.A., Sherov, A. G., Serikbaeva, E. B., Omarova, G. E., & Djumanazarova, A.T. (2014). Gidromeliorativ tizimlardan foydalanish [Use of hydromelioration systems]. Tashkent: TIMI.
16. Silva, C. O., & Rijo, M. (2017). Flow rate measurements under sluice gates. Irrig. Drain. Eng., 143.
17. Suntaranont, B., et al. (2015). Energy aware flash flood monitoring stations using a ga-fuzzy logic control mechanism. 2015 IEEE Tenth International Conference on Intelligent Sensors, Sensor Networks and Information Processing (ISSNIP), 1-6. IEEE.
18. Tojiboyev, S. (2018). Modeling of the process of protection of hydrotechnical structures from pumps. Scientific Knowledge of the Present, 6, 70-74. Kazan.
19. Tojiboyev, S.J, & Ochilov, M.A. (2021). Gidrotexnika inshootida zatvorlar xolatini raqamlashtirishda qo'llanuvchi sath datchigi tanlash [Selection of a level sensor used in the digitalization of the status of valves in a hydraulic facility]. Problems and solutions of effective use of water resources in Uzbekistan: Proceedings of the republic-wide scientific-practical conference, 273-276. Karshi.
