一种稳定长明渠前端调节池水位的自动调控装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术提供一种稳定长明渠前端调节池水位的自动调控装置及方法，所述自动调控装置包括：PI控制器以及分别与PI控制器信号连接的调流阀上游压力传感器、调流阀、阀门开度传感器、调流阀下游压力传感器、第一流量计、第二流量计以及阀门机械驱动机构；所述调流阀设置在上游压力引水道内，所述调流阀上设有阀门开度传感器，所述上游压力引水道在调流阀的上游以及下游侧分别设有调流阀上游压力传感器以及调流阀下游压力传感器。本发明专利技术克服了上游压力引水道和长明渠混连的输水系统中明渠水位长时间波动对下游端供水造成不利影响的问题，避免长明渠和下游进水口处出现拉空进气现象，为引输水工程流量的快速调配提供安全保障。输水工程流量的快速调配提供安全保障。输水工程流量的快速调配提供安全保障。

【技术实现步骤摘要】
一种稳定长明渠前端调节池水位的自动调控装置及方法


[0001]本专利技术涉及一种稳定长明渠前端调节池水位的自动调控装置及方法，适用于水利水电工程，尤其是适用于上游压力引水道、调节池和长明渠混连的输水系统。

技术介绍

[0002]目前国内外的一些长距离输水工程，受地形条件或工程投资的限制，经常采用压力引水道和长明渠相结合的输水形式，在上游压力引水道和长明渠的衔接处，往往设置调节池以起到稳定水位、调节流量的作用。
[0003]明渠供水系统在下游流量变化时水位会产生较大波动，可能对运行安全产生不利影响，具体表现为，当下游实际供水量减小时，明渠末端的水位首先升高，并逐渐传至上游调节池，使得整个明渠水深增加，导致水位上升，甚至可能超过结构高程，造成溢流或者明渠边坡失稳的结构破坏；当下游实际供水量增加时，明渠末端压力前池水位首先降低，并传播至上游调节池，由于调节池一般容积较小，水位也随之降低，导致调节池无法反射足够的增压波使明渠水位抬升，导致明渠水位进一步下降，直至水位被拉空。并且由于明渠的滞后效应，当供水量发生变化时，水位波动往往持续很久，造成系本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种稳定长明渠前端调节池水位的自动调控装置，其特征在于：所述稳定长明渠前端调节池水位的自动调控装置包括：PI控制器以及分别与PI控制器信号连接的调流阀上游压力传感器、调流阀、阀门开度传感器、调流阀下游压力传感器、第一流量计、第二流量计以及阀门机械驱动机构；所述调流阀设置在上游压力引水道内，所述调流阀上设有阀门开度传感器，所述上游压力引水道在调流阀的上游以及下游侧分别设有调流阀上游压力传感器以及调流阀下游压力传感器；所述调流阀上还设有阀门机械驱动机构，所述阀门机械驱动机构用于在PI控制器的控制下调节调流阀开度的大小；所述第一流量计设置在上游压力引水道内，所述第二流量计设置在长明渠内；所述长明渠的上游端具有调节池，所述长明渠的下游端具有压力前池；所述PI控制器通过如下步骤进行调控：S1、当长明渠下游端实际供水量发生变化时，开始调节调流阀开度；S2、利用调流阀上游压力传感器、阀门开度传感器、调流阀下游压力传感器、第一流量计以及第二流量计按照时间步长Δt分别对调流阀上游压力H
ui
、调流阀开度τ
i
、调流阀下游压力H
di
和明渠流量Q
ci
进行测量；S3、计算调节池的净入流量，净入流量为通过调流阀的流量Q
i
与长明渠流出流量的差值；S4、计算当前调节池水位与调节池控制水位的水位偏差；S5、PI控制器将水位偏差转换为调流阀开度信号；S6、依据步骤S5的调流阀开度信号，阀门机械驱动机构自动地将调流阀调整到与之所对应的开度；S7、调流阀到达指定开度后，控制第一流量计和第二流量计测量本次时间步长Δt末的通过调流阀的流量Q
i+1
，将其反馈到PI控制器中，作为下一次调节池水位计算的边界条件；S8、返回步骤S2，直至将调节池的水位维持在控制水位附近，调节池水位维持在控制水位附近的判断原则为调节池水位在控制水位上下波动的允许范围内，其允许范围根据工程实际要求指定；过阀流量Q
i
通过如下方式得到：式中：Q
i
为过阀流量；τ
i
为调流阀开度；Q0为上一个时间步长Δt末的过阀流量，由第一流量计测得，初始时刻的Q0为调节前的恒定流状态下过阀流量；H0为上一个时间步长Δt末的阀门前后压力，由调流阀上游压力传感器以及调流阀下游压力传感器测得，初始时刻的H0为调节前的恒定流状态下阀门前后压差；当前时刻的调节池水位通过如下方式得到：
式中：L(t)为调节池水位时间函数；L0为调节池的初始水位；A
s
为调节池的断面面积；q(t)为调节池的净入流量时间函数，方向以流入调节池为正；Q
i
为过阀流量；Q
ci
为明渠流量，方向以流入调节池为正；调节池水位偏差的可通过公式ΔL
i
＝H
控
‑
L
i
进行计算，式中：H
控
为调节池的控制水位；L
i
为当前时刻的调节池水位；PI控制器的控制方程是由对调流阀阀门开度τ
i
和调节池水位偏差ΔL
i
的微积分方程式进行拉普拉斯变换，以调节池水位偏差ΔL
i
为系统输入量，调流阀阀门开度τ
i+1
为系统输出量，得到下一个时间步长Δt内的阀门开度τ
i+1
，其中PI控制器的代数方程如下：y＝G(s)x式中：s为拉普拉斯算子；x为调节池水位差的拉氏函数；y为调流阀开度的拉氏函数；G(s)为输入x与输出y之间的传递函数；PI控制器中PI调节部分分为比例调节和积分调节，积分调节对水位偏差进行不断地积分累加，自动地对调流阀开度进行调节，直至水位偏差调整至零，比例调节改善积分环节对于水位调节的滞后性，增加PI控制器的速动性和稳定性，PI调节部分与阀门机械驱动机构构成阀门调节器，控制调流阀开度的变化。2.根据权利要求1所述的稳定长明渠前端调节池水位的自动调控装置，其特征在于：所述调流阀的最大开度对应流量与下游的设计流量一致，阀门开度调整均为一段直线变化规律，其调整时间均为一个时间步长Δt，调流阀数目与下游进水端口数目一致，即调流阀与下游进水口实行一对一调控，当下游某一处进水端口流量发生变化时，PI控制器只改变其对应的调流阀开度。3.一种稳定长明渠前端调节池水位的自动调控方法...

【专利技术属性】
技术研发人员：崔伟杰，李高会，薛阳，薛鑫鑫，仇为鑫，
申请(专利权)人：中国电建集团华东勘测设计研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：