CC BY
209
Водомерные сооружения, приборы и телеизмерительные устройства на водозаборных узлах и каналах оросительных систем
Г.В. Соболин, д.т.н., И.В. Сатункин, к.с.-х.н., Л.Н. Хилько, к.с-х.н., ОренбургскийГАУ
Для правильного распределения поливной воды и в соответствии с заданными нормами полива в процессе эксплуатации оросительных систем необходимо систематически измерять фактические глубины, скорости течений, расходы воды по магистральным каналам и распределителям, а также при выпуске во временные оросители.
В практике орошения для измерения скоростей течения воды на больших каналах с расходом более 5 м3/с применяют гидрометрические вертушки Жестовского и Бахирева, поплавки, батометры и др. приборы и способы измерения, которые рассматриваются в специальных справочниках и курсах гидрометрии[1,3-4].
Малые расходы на хозяйственных участковых распределителях и при выпуске воды во временные оросители измеряют специальными водосливами разного сечения[1].
На сооружениях и каналах оросительных систем применяют различные водомерные устройства и приборы[2-4].
По принципу действия приборы для измерения скорости течения жидкости можно классифицировать в следующих направлениях:
1. Гидротехнические поплавки - основаны на перемещении вместе с водой тела, отличного по своим физическим или химическим свойствам от воды.
2. Гидрометрические вертушки - скорость течения жидкости определяется по числу оборотов в единицу времени винта (рабочего колеса), вращающегося под действием потока жидкости.
3. Гидрометрические трубки - основаны на связи между скоростью потока и гидродинамическим давлением.
4. Гидрометрические флюгеры - скорость течения жидкости определяют по углу поворота пластинки, отклоняемой потоком.
5. Гидрометрические динамометры - принцип основан на зависимости между скоростью и степенью изгиба тензометрической пружины под влиянием динамического давления жидкости.
6. Терморегуляторы - принцип основан на тепловом воздействии потока с телом, температура которого отлична от температуры жидкости.
7. Ультразвуковые измерители скорости - основаны на создании в потоке упругих колебаний
с частотой ультразвука, эти колебания "относятся" в зависимости от скорости течения жидкости.
8. Радиоактивные измерители скорости. В этом случае скорость движения жидкости определяется по времени прохождения известного расстояния раствором радиоактивного изотопа, введенного в поток.
9. Батометры-тахиметры - скорость течения определяют по объему воды, поступающему в баллон прибора за единицу времени.
На линейных и сетевых сооружениях оросительных систем находит широкое применение их тарировка[2-4].
Наиболее целесообразным по организации водоучета является метод использования водомерных свойств различного типа гидротехнических сооружений, которые могут быть разделены на следующие основные группы.
Водомеры-регуляторы - регулирующие гидротехнические сооружения, в состав конструкций которых входят водомерные устройства, соответствующие первичные водоучитывающие приборы (датчики), регулирующие оборудование (затворы), позволяющие при необходимости осуществлять на них автоматизацию и телемеханизацию учета и регулирования воды.
Водомерные сооружения - устройства для учета транзитных расходов воды. К ним относятся водосливы, лотки, пороги, насадки и другие водомерные устройства, расположенные в нижнем бьефе регулирующих сооружений, на транзитных участках каналов, на трубопроводах и т. д. При расположении транзитных водомерных сооружений и устройств в нижнем бьефе они могут быть использованы для авторегуляторов расхода воды[3].
Градуированные сооружения (сопрягающие, сбросные, регулирующие и другие гидротехнические сооружения) - в них соответствующей градуировкой в зависимости от проходящих через них расходов воды устанавливаются (от 1 до 3) переменные параметры (высоты уровня воды или их перепады, открытие затвора и т.д.).
Пропорциональные вододелители (авторегуляторы, т. е. специальные конструкции сооружений для головных водозаборов, водовыпусков и отводов с автоматическим оборудованием, обеспечивающим регулирование пропуска заданных постоянных расходов воды).
Измерительные приборы для учета и распределения воды подразделяются на[2-3]:
СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННЫЕ НАУКИ
1 - группу для получения информации (приборы местной индикации, датчики). Они бывают показывающие и интегрирующие.
Показывающие приборы (индикаторы) фиксируют измеряемую величину на отсчетных приспособлениях. Они наиболее распространены и включают приборы с визуальным отсчетом и самопишущие (индикаторные уровнемеры, расхо-доуказатели и т.д.).
Интегрирующие приборы дают суммарную величину измеряемого параметра за некоторый промежуток времени (с непрерывным интегрированием их значений). К ним относятся водяные счетчики, гидрометрические роторные сто-комеры, электромагнитные расходомеры и т.д.
2 - группу для использования информации и воздействия на процесс. Это регулирующие приборы, предназначенные для автоматического измерения и поддержания постоянного параметра на заданной величине (гидравлические, пневмо-гидравлические, электрические и другие авторегуляторы).
Приборы учета оросительной воды предназначаются для измерения основных параметров потока: уровня воды (различные уровнемеры и др.), перепадов уровней давления воды (перепадоме-ры, расходоуказатели т.п.), локальных (точечных) или средних скоростей потока (гидрометрические вертушки, роторные счетчики и т.п.), расхода и стока воды, положения регулирующих поток устройств (затворов, клапанов и т.д.).
Кроме всего вышеперечисленного могут применяться телеизмерительные устройства на водозаборных узлах и сооружениях каналов оросительных систем. Средства телеизмерения, телеконтроля применяются на водозаборных узлах и сооружениях каналов для получения сведений о расходах, уровнях воды в реках и каналах оросительных систем, с их помощью фиксируется положение затворов гидротехнических сооружений на пульте управления или диспетчерском пункте.
При автоматизации производственных процессов на оросительных системах в настоящее время получили распространение частотные и кодоимпульсные системы телемеханики. Причем продолжается все более глубокая их доработка и конструктивное усовершенствование. Это связано с дальнейшим развитием автоматизации технологических операций, получения обработки и хранения достаточной информации, необходимостью увеличения блочности и агрегатности телемеханических устройств, а также широкого внедрения электровычислительной техники.
Разработка систем сопровождается резким повышением требований к техническим характеристикам и режимам работы телемеханических устройств, значительным расширением и универсальностью функций, выполняемых ими, даль-
нейшим учетом специфических условий ирригации, увеличением объема автоматизации и количества различного вида передаваемой информации: телеизмерение (ТИ), телесигнализация (ТС), телеконтроль (КТК), телерегулирование (ТР), а также возможность их совместной работы с электронными и управляющими машинами.
В телемеханике различают устройства телеуправления (ТУ), телесигнализации (ТС) и телеизмерения (ТИ). Устройства ТУ и ТС классифицируются по назначению, методу использования каналов связи, принятым качественным признакам импульсов тока и методам избирания.
Устройства телеуправления (ТУ) применяют для управления на расстоянии производственными установками (как правило, одновременно управляют только одним объектом), передачи сигналов служебного назначения, вызова датчиков телеизмерения, воздействия на перестройку автоматических регуляторов. Устройства телесигнализации (ТС) служат для передачи на расстояние сигналов о состоянии контролируемых объектов (типа "Включено", "Отключено"), а также аварийных и служебных сигналов. По методу использования каналов связи различают ТУ и ТС с частотным, временным и частотно-временным разделением импульсов.
По принятым качественным признакам импульсов тока различают устройство ТУ или ТС с амплитудными, полярными, временными, частотными или фазовыми качественными признаками.
По принятым методам избирания различают устройство ТУ или ТС с частотным, распределительным, частотно-комбинированным, распределительно-комбинированным, частотно-распределительным.
Устройство телеизмерения классифицируют по дальности и принципу действия, по параметру, передаваемому в канал связи. По дальности действия системы ТИ можно разделить на две группы: системы ближнего действия и системы дальнего действия. К первым относятся системы, обеспечивающие дальность передачи контролируемого параметра от нескольких сотен метров до нескольких десятков километров и работающие на переменном или постоянном токе с проводными линиями связи. К системам дальнего действия относятся системы, обеспечивающие дальность передачи контролируемого параметра от десятков до тысячи километров по выделенным проводным и высокочастотным линиям связи и радиоканалам. Чтобы обеспечить такую дальность, применяют электронные и используют импульсные и частотные признаки тока в качестве вспомогательной величины, передаваемой по каналам связи.
По принципу действия устройства ТИ можно разделить на аналоговые и дискретные. По па-
раметру, передаваемому в канал связи, различают следующие системы ТИ: токовые, числоимпульсные, времяимпульсные, кодоимпульсные, частотные, фазоимпульсные. Выпускаемые промышленностью системы телемеханики, как правило, объединяют функции устройства ТУ, ТС и ТИ и называются комплексными системами телемеханики.
Системы телемеханики на оросительных системах должны выполнять следующие функции: телеизмерение технологических параметров (уровней, напоров, расходов, подачи и стока воды, положения затворов, установок автоматических регуляторов); телесигнализацию состояния контролируемых объектов (неисправность оборудования, положение двухпозиционных объектов, состояние насосных агрегатов); аварийную сигнализацию предельных уровней оросительных каналов, коллекторов и дрен, несрабатывание сброса; телеуправление двухпозиционными объектами (включать или отключать); телерегулирование положения исполнительных органов, механизмов отработки задания и установок автоматических регуляторов.
Отечественной промышленностью выпускаются телемеханические устройства частотных систем типа ТЧР-61, ТЧР-61м, ТМ-200, ТМ-201, "Гулистан", а также кодоимпульсные системы телерейка, Темир-2м, ТИМ-72, БКТ-62, КТРС, получившие применение на оросительных системах[2-4].
В настоящее время выпускаются более совершенные, компактные и экономичные телемеханические устройства, которые рекомендуются для широкого их внедрения на сооружениях оросительных систем: Искра-226, Искра-505, Нева-505 и др.
Среди устройств дистанционного контроля управления наиболее распространены устройства с использованием сельсинных пар ДСУ-1м, УПС-1м. Автоматические регуляторы электри-
ческого действия могут быть легко сочленены с устройствами телемеханики и дистанционного управления. Что касается автоматических регуляторов гидравлического действия, то здесь возникает много трудностей, связанных как с отсутствием электроэнергии на сооружении, так и с чисто конструктивными особенностями регуляторов.
Известно, что регуляторы прямого действия, как правило, не могут быть приспособлены для централизованного управления, в связи с этим выполнены разработки и исследования возможностей управления регуляторами непрямого действия. Управление регуляторами прежде всего сводится к возможностям изменения установки регулируемого параметра. Выполнены также разработки управления автоматическими регуляторами секторного типа непрямого действия и регуляторами цилиндрического типа[3].
Гидрометрические посты и водомерные устройства на оросительных системах должны постоянно совершенствоваться и улучшаться. Основное требование, которому должен отвечать усовершенствованный гидрометрический пост, -автоматизация учета расходов и стока воды. Проведение правильного водораспределения по оросительной системе на основе составленных хозяйственных и системных планов требует, чтобы все каналы, гидрометрические сооружения, гидрометрические посты и средства связи находились в полной исправности и работали безотказно [2].
Литература
1. Киселев Н.Г. Гидравлический справочник. - М., 1978.
2. Соболин Г.В. Эксплуатационная оценка и пути совершенствования водозаборных узлов оросительных систем Киргизии. -Фрунзе, 1990.
3. Выширев Э.В., Овчаров Е.Э. Основы автоматизации производственных процессов в гидромелиорации. - М., 1982.
4. Хамадов Э.Б., Бутырин М.В. Эксплуатационная гидрометрия в ирригации. - М., 1975.
5. Маслов Б.С., Колганов А.В. и др. История мелиорации России. Т.1-3. - М., 2002.
