Результат интеллектуальной деятельности: УСТЬЕ ДРЕНАЖНОГО КОЛЛЕКТОРА

Изобретение относится к мелиорации и может быть использовано для автоматического регулирования грунтовых вод, например, для подпочвенного увлажнения на мелиорируемых землях.

Известен регулятор уровня грунтовых вод с коническим затвором, закрепленным на конце сливной трубки, а сама трубка с водоприемными и водосливными отверстиями вмонтирована в корпус посредством резьбового соединения (авторское свидетельство СССР №562617, кл. E02B 11/00, 1977).

Недостатком известного регулятора является то, что регулирование уровня осуществляется вручную, и невозможность регулирования уровня грунтовых вод в заданных пределах, т.е. отсутствует автоматическое поддержание заданного уровня в различных режимах. Кроме того, отсутствует возможность использования источника вакуума (сопла Вентури) на дрене, и от этого зависит быстродействие устройства, в конечном итоге, в процессе эксплуатации не представляется возможность точного и гибкого регулирования уровня грунтовых вод, т.е. оттока воды из дренажа на подпочвенное увлажнение.

Известен также регулятор дренажного стока, содержащий колодец, запорный орган на оголовке дренажного коллектора, водонаполняемый привод регулятора, связанный кинематически с запорным органом и гидравлически - с датчиком уровня грунтовых вод, выполненным в виде земляного колодца (авторское свидетельство СССР №487981, кл. E02B 11/00, 1975).

Недостатком известного регулятора является то, что герметичная камера дополнительно должна заполняться воздухом и связана с дроссельным клапаном, следовательно, устройство ненадежно в работе при эксплуатации, имеет узкий диапазон регулирования уровня и неприспособлено для автоматизации регулирования грунтовых вод, например для подпочвенного увлажнения из каналов. Кроме того, вес герметичной камеры постоянно меняется, в связи с чем система не сбалансирована таким образом, чтобы при превышении уровня в земляном колодце, а следовательно, и в водонаполняемом приводе выше отметки, по которой производится регулирование уровня грунтовых вод, снижается точность регулирования уровня грунтовых вод. При этом сама работа дроссельного клапана в полости дренажной трубы ненадежна, так как возможно его заклинивание между стенками дрены, в частности, этот недостаток может возникнуть при опускании горизонта воды в колодце, а значит, камера займет неустойчивое положение (висячее в кожухе между стенками). Другим недостатком является невозможность перестройки регулятора на заданное время при сработке водонаполняемой камеры с воздухом.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности является регулятор уровня воды в дренажной сети, включающий запорный орган с поплавковым приводом и штоком, установленным на оголовке дрены, расположенном в колодце (авторское свидетельство СССР №496349, кл. E02B 11/00, 1975).

Недостатком данного регулятора уровня воды является его односторонняя работа, т.е. регулирование уровня воды при ее движении в одном определенном направлении, а также регулирование уровня достигается в ручную за счет перестановки поплавка на штоке с помощью фиксатора. При этом отсутствует автоматическое поддержание заданного уровня в различных режимах, не предоставляется возможность точного и гибкого регулирования грунтовых вод, что влияет на подпочвенное увлажнение и на урожайность сельскохозяйственных культур. Другим недостатком является малая способность быстродействия, а отсутствие возможности использовать источник вакуума в дрене не вызывает увеличение расхода до заданного, как необходимое время опорожнения колодца.

Таким образом, такой регулятор не может обеспечить автоматическое, резкое и полное открытие клапана на дрене при достижении определенного уровня воды в колодце.

Цель изобретения - расширение диапазона регулирования, быстродействие и повышение надежности в работе в переходных процессах.

Поставленная цель достигается тем, что предлагаемое устье дренажного колодца, включающее запорный орган с поплавковым приводом и штоком, установленным на оголовке дрены, расположенном в дренажном колодце, снабжено гидравлическим реле в виде двух герметичных камер с двумя впускными отверстиями и двумя выпускными отверстиями, причем на дне первой камеры выполнено водосливное отверстие, перекрываемое клапаном, который соединен с поплавком шарнирно-рычажным приводом, размещенным в водонаполняемой емкости с калиброванным водовыпускным отверстием, имеющей ограничитель перемещения поплавка, а вторая камера содержит впускной патрубок, оснащенный установленным на его конце клапаном, связанным через шток с клапаном первой камеры с возможностью вертикального перемещения относительно друг друга, и вторая камера сообщена с дреной через обратный клапан и вентилем со сливной трубой, кроме того, сливная труба сообщена с помощью дрены, часть которой выполнена в виде трубки Вентури. При этом калиброванное отверстие водонаполняемой емкости снабжено трубкой с вентилем.

Предлагаемое изобретение направлено на устранение указанных недостатков за счет конструкции, которая позволяет в результате наполнения в коллектор повысить гидравлический напор в полости дренажного коллектора на величину скоростного напора, а следовательно, увеличится отток воды из дренажа на подпочвенное увлажнение; использование гидравлического реле и других элементов конструкции, так же как и дополнительного повышения вакуума (разрежения) на участке дрены, позволяет начать отсос воды и воздуха из камер. Процесс нарастания расхода в дрене идет быстрее, чем в известном устройстве, причем элементы подобраны таким образом, чтобы охватывать весь диапазон уровней, по которым производится регулировка, а количество поступающей воды из камеры и емкости регулируется вентилями. Предлагаемое устье дренажного коллектора просто, современно, прогрессивно в конструктивных элементах и материалов (клапан, гидравлическое реле, сужающая труба).

На чертеже схематически дана принципиальная схема устья дренажного коллектора при высоких уровнях воды в канале, общий вид.

Устье дренажного коллектора содержит глухую трубу 1, соединенную с входным корпусом 2, и трубу 3 дренажного коллектора. Труба 3 дренажного коллектора имеет сужение, выполненное в виде трубки Вентури 4. Угол сужения конфузора трубки Вентури 4 α=40-45°, а угол расширения диффузора β=6-8°. Трубка Вентури 4 при помощи сбросной трубки 5 с вентилем-регулятором 6 и с обратным клапаном 7 присоединена к отверстию 8 выпускного патрубка 9 нижней камеры 10. Камера 10 присоединена к верхней камере 11, которые посредством впускных отверстий 12 и 13 с трубами 14 и 15 соединены через боковую стенку колодца 16 в виде устья, установленного в канале 17. Выпускное отверстие 18 на дне камеры 11 снабжено плоским клапанным затвором 19, а труба 14 - клапанным затвором 20, последний через шарниры со штоком 21 соединен с клапанным затвором 19, который соединен шарнирно-рычажным приводом через шарнир 22 с поплавком 23 фиксаторов 24 уровней. Другое водовыпускное отверстие 25 расположено в стенке камеры 1 с трубой 26 и предназначено для подачи воды в водонаполняемую емкость 27 с поплавком 23. Поплавок в нижней части дна емкости 27 через направляющие 28 и направляющие 29 крышки 30 корпуса 2 соединен жестко через шток 31 с запорным органом 32. В дне емкости 27 выполнено калиброванное отверстие 33, соединенное с трубой 35 с вентилем-регулятором 34.

Таким образом, камеры 10 и 11 с двумя впускными 12, 13 и двумя выпускными 14, 15 отверстиями представляют собой гидравлическое реле, в котором уровни воды фиксируются клапанными затворами 19, 20, т.е. наступает стабилизация поступающего и сбрасываемого расхода, поплавок 23 при этом занимает верхнее или нижнее положение соответственно, и запорный орган 32 поднят вверх или поджат к седлу корпуса 2. Причем конструктивные параметры всех элементов устья могут быть различными в исполнении.

Устье дренажного коллектора работает следующим образом.

В начальный период вегетации и в последождевые периоды устье работает в режиме задержания воды в канале 17. Уровень воды в канале при этом ниже отметок уставок впускных отверстий 14 и 15 камер 10 и 11. Клапан 19 закрыт в камере 11, соответственно, клапан 20 на трубе 14 в камере 10 открыт, при этом запорный орган 32 закрыт, т.к. он под действием своего веса и веса поплавка 23 перекрывает водовыпускное отверстие седла корпуса 2. При этом благодаря нижнему ограничителю 24 поплавок не может опуститься ниже на дно емкости 27, и выпускное отверстие 33 остается открытым, соответственно, вентиль 34 открыт.

По мере повышения уровня в канале 17, обусловленного подъемом грунтовых вод, вода поступает в камеру 10, одновременно через обратный клапан 7 и открытый вентиль 6 по сливной трубе 5 в трубку Вентури 4, т.е. в дрену 3, так как этот расход определяется только столбом воды H₁ между осями труб 14 и 15, которые присоединены к камерам 10 и 11.

При высоких уровнях воды в канале 17, обусловленных также подъемом грунтовых вод, вода поступает в верхнюю камеру 11 и через трубу 26 поступает в емкость 27, уровень в последней повышается, при этом поплавок 23 в фиксаторе 24 всплывает, приподнимает запорный орган 32 и тем самым открывает водопропускное отверстие в корпусе 2. В емкости 27 с фиксатором 24 уровней наступает стабилизация поступающего расхода воды, т.е. поплавок 23 занимает верхнее положение, клапан 19 в камере 11 (гидравлическое реле) открыт, и вода из нее сливается в камеру 10, последняя через привод 21 клапаном 20 закрывает водопропускное отверстие трубы 14, происходит отток воды из камеры 10 через сливную трубу 5 в зауженную часть трубы Вентури 4, а следовательно, происходит опорожнение из водоналивной емкости 27 через калиброванное отверстие 33, расположенное в ее нижней части, постепенно вытекая по трубе 35, и наступает момент, когда поплавок 23 опустится на нижний упор 24, в результате чего шарнирно-рычажный привод плечом управляющего коромысла воздействует на два клапана 19, 20 и одновременно на запорный орган 32 и цикл повторяется.

При высоком уровне воды в канале 17, открытии отверстия 18 клапаном 19 в камере 11, происходит снижение уровня воды и, одновременно, поступление воды через сливную трубу 5, соответственно трубу 1, прохождение через трубку Вентури 4, к которой присоединена трубка 5.

При прохождении оттока воды из дренажа на подпочвенное увлажнение, то есть по трубке Вентури 4, в ее зауженной части образуется напор, который при соответствующем выборе диаметров дрены и зауженной части трубки Вентури 4 оказывается меньше давления в трубке 5. В результате разности давлений происходит поступление воды из емкостей 10 и 11 через обратный клапан 7, вентиль 6 по трубке 5 в зауженную часть трубки Вентури 4, что зависит в т.ч. и от гидравлических потерь напора в обратном клапане 7, вентиле 6 и трубке 5. Вода вытекает с большой скоростью из камеры 10 за счет того, что в суженной части трубки Вентури 4 создается разрежение. После этого кинетическая энергия преобразуется в потенциональную, а вода смешивается и поступает в диффузор дрены 3. Обратный клапан 7 препятствует попаданию воздуха и воды в камеру 10 при сработке максимального уровня в канале 17 и при напорном режиме в дрене 3 после закрытия запорного органа 32.

При истечении воды из камер 10 и 11 поступление атмосферного воздуха вместе с водой одновременно выходит в зауженную часть трубки Вентури 4, происходит засасывание воды из сливной трубки 5, что исключает возможность гидравлического удара, обусловленную выходом воздушных скоплений в камерах 10 и 11, что при значительном повышении напора воды в канале 17 позволяет отток воды резко повысить и снижает уровень в канале 17, а дрена быстро заполняется водой на подпочвенное увлажнение. Когда уровень воды в канале 17 снижается, вместе с ним из водоналивной емкости 27 выливается через калиброванное отверстие 33 за время, необходимое для закрытия запорного органа 32 и открытия клапана 20 на трубе 14, и цикл повторяется. Таким образом, обеспечивается поддержание заданного уровня в канале в режиме увлажнения.

Для регулировки расходов воды посредством вентилей 6 и 34 и в паре с работой клапанов 10 и 11 сохраняют практически повышенную точность и синхронизацию поддержания уровня в емкости 27 с помощью расположения на разной высоте впускных и выпускных отверстий в камерах 10 и 11, диаметры которых могут быть различными, соответственно различна их пропускная способность, и быстродействие работы устья. Это обеспечивается благодаря гидравлическому реле, выполненному в виде двух камер с элементами их взаимодействия, и кинематической связи привода поплавка и запорного органа и связи трубки Вентури.

Таким образом, устье с автоматическим поддержанием гидравлического напора в полости дренажного коллектора увеличивается на величину скоростного напора, а соответственно, увеличивается отток воды из дренажа на подпочвенное увлажнение.

Ход движения поплавка в фиксаторе уровней определяется для двух положений уровня воды в водоналивной емкости (минимального и максимального) из условия, чтобы разница уровней воды в фиксаторе обеспечивала необходимый ход поплавка для открытия водосливного отверстия в камере 11 и запорного органа 32. При этом клапаны 19 и 20, один из них опускаясь, а другой закрывая отверстие, удерживаются от быстрого и опасного их гидроудара о стенки трубы и дна камеры за счет выполненных клапанов, создающих определенное противодавление при закрытии или открытии их в потоке, что и обеспечивает плавность вращения клапанов при связи с поплавковым приводом. Таким образом, автоматически поддерживается соответствие между притоком дренажной воды в канале и расходом в дрену на подпочвенное увлажнение.