Hidrológiai Közlöny 1974 (54. évfolyam)

7. szám - Rajkai Vilmos: Nyiltfelszínű csatornák és tározók vízszinttartásának automatizálása

310 Hidrológiai Közlöny 1974. 7. sz. Rajkai V.: Vízszintlartás automatizálása függvénye egyrészt az érkező, másrészt az alvízi oldalról elfolyó vízhozamnak. Ezért úgy alakítjuk ki az egyes szerkezeti részeket, hogy az erők nagy része a működést már ne befolyásolja, tehát a záróelem körhenger felület és a forgástengelye egybeesik a henger tengelyével. Ebben az esetben a nyomáseloszlás a 3. ábrán látható alakú és a nyomásvektorok iránya pedig minden pontban merőleges a felületre. Ennek következtében a nyomásvektorok a henger tengelyén mennek át, eredőjük — tehát a nyomaték — zérus lesz. A táblasúly (GJ, valamint az ellensúly hatásaként jelentkező 0

2 és G

3 erők hatását szárazon történő kiegyensúlyozással lehet kiküszöbölni, így a két erő egyensúlyi nyomatékrendszert képez a 0 forgáspontra nézve (4. ábra). a tartani kívánt vízszint értékénél a felhajtóerőből származó nyomaték meghaladja a G

2 okozta nyomatékot és a berendezés nyitni kezd. A nyitás következtében csökken az a szög, következésképpen csökken az M

z = G

3 • c • sin a (8) nyomaték és ugyanilyen értékkel csökkenhet az F felhajtóerő. A zárólap tehát nyitott állapotban marad. A további vízszintemelkedés hatására újból csökken az a szög, ennek következtében az M

z nyomaték kisebb a felhajtóerő szükségleténél, a zárólap jobban kiemelkedik a vízből, és a vízszintemelkedés hatására több vizet enged át a berendezés. Teljesen nyitott állapotban a = 0-val, további felhajtóerőre nincs szükség, de viszont az az erő is hiányzik, amely ebből a labilis állapotból kiemeli, tehát a felvízszint csökkenéskor a zárólap nem zár. Ennek elkerülésére a G

3 súlyt kb. l°-kal előrebillentve helyezzük fel, miáltal egy M

Z = G

3 sin 1° (9) 4. ábra. Kiegyensúlyozó erők vizsgálata Abb. 4. Untersuchung der Ausgleichkräfte A berendezés működését most már csak két erő szabályozza. Az egyik a zárólapon levő úszóra ható F felhajtóerő, valamint a finombeállításhoz szükséges G

3 erő. Az F felhajtóerő a berendezést nyitni, a G

3 pedig zárni akarja. Ennek alapján az egyensúlyi egyenletek a következők lesznek: M

0= F(a + zla)cos a — G

3c sin a~G

xa cos a + + G

2b cos a = 0 (5) i^a+Zlű^cos a — G

3C sin a = 0 (6) Részletesen vizsgálva a berendezés vízszinttartó működését, a következőket állapíthatjuk meg: a működés közbeni egyensúlyi állapotot a (6) egyenlet fejezi ki. Az egyenlet első tagjában az „a" értéke lényegében állandó, csak igen kis a intervallumokban változik. Értéke 2 R

3—r

3 sinß Aa=-m J 7 3 B

2 — r

2 arc sin ß ahol 0°<a<20°. Az érzékenység szempontjából az a kedvező, ha minél nagyobb az úszó, tehát kis vízszintemelkedés hatására minél nagyobb felhajtóerő keletkezzen. Ez azonban azt eredményezi, hogy a túl érzékeny reagálás miatt a zsiliptábla lengésbe jön, aminek csillapítása nehéz feladat. Az előbbiekben leírtak alapján a berendezés a vízszintet a következőképpen tartja: a csukott állapotban levő zárólapon elhelyezett úszó a vízszintemelkedés hatására jobban víz alá kerül, majd nagyságú billenőnyomaték keletkezik, tehát a zárólap vízszintes helyzetben is működik. A (8) összefüggésben szereplő zárónyomaték értékét úgy kell megválasztani, hogy a nyitáskor a mozgás és a nyugvás határhelyzete az úszó teljes bemerülésekor álljon elő. A nyitást — a vízszintnek egy kis értékkel való növekedése következtében — az úszó feletti peremre ható felhajtóerő idézi elő, amit akár a G

3 súly, akár a c értékének változtatásával lehet szabályozni. Ilyen határt szab elsősorban az a tény, hogy a szerkezet beépítési méretei egyértelműen determinálják a szabályozást, miszerint már a tervezés folyamán el kell dönteni, hogy mekkora hf felvíz— illetve h

a alvízszint — lesz az az érték, melyre a későbbiek során szabályozni kell. Minthogy a szerkezet tengelyének — statikai és hidrodinamikai okokból kifolyólag — a felvízszinttel egy síkba kell esnie, ez eleve kizárja annak lehetőségét, hogy az előre tervezett vízszintből — pl. az évszak adottságaitól függően — más vezérelt vízszintre lehessen áttérni. ' Ennek a kritériumnak szükségessége nyilvánvaló lehet adott esetben, de csak úgy hajtható végre, ha a műtárgy stabil szerkezeti részeit megbontják, ami nagy többletköltséggel jár. A szabályzó automatika csak egy bizonyos előre meghatározott vízszinttartományban képes szabályozni, sőt még a működési tartományok megfelelő új vízhozam határok között is csak a tábla és az úszó méreteitől, csapágyazásától, tehetetlenségétől, valamint lengési viszonyaitól függő, és nem módosítható Ah hibával biztosítja csak a kívánt vízszintet. Mivel a rendszer a szintkülönbségek- által létrehozott erővel — mint felhajtóerővel — működik, ez az erő egy esetleges kis vízszintkülönbség esetén kicsiny lehet, ami erősen korlátozza a tábla mozgatását.