ДРЕНАЖНОЕ УСТРОЙСТВО

Изобретение относится к осушительной мелиорации, в частности к осушению переувлажненных почв.

Известно дренажное устройство, включающее открытый канал и соединенные между собой коллектор и устье коллектора (Авторское свидетельство SU №1146362, E02B 11/00 от 23.03.1985).

Недостатком его является низкая эффективность работы, так как устье коллектора быстро заиливается, и промывку на горизонтальном участке трудно осуществлять путем даже ручной заслонкой, так как она прижимается к пазам, ход ее медлен на открытии, и ее трудно поднять вверх из-за возникающих больших сопротивлений (трений) о стенки трубы. Кром того, трудно осуществить время промывки отложившихся наносов в ручной настройке. В случае кальматации, отложившихся наносов в устье трубы, необходимы длительные переходные режимы промывки, или необходимо создавать большие напоры воды, что не всегда имеет место в практике эксплуатации дренажного устройства. В результате того, что отметки дренажной трубы и устья коллектора расположены в одной плоскости, это уменьшает напор над дреной и замедляет отвод воды из системы, уменьшает вакуумирование в дренажной системе и в почвенном слое. Как отмечено в аналоге, необходимо устраивать смотровые колодцы, что удорожает устройство дренажа.

Наиболее близким к изобретению является дренажное устройство, включающее открытый канал и соединенные между собой коллектор и устье коллектора, коллектор сообщен с устьем посредством V-образного патрубка, установленного коленом вниз, при этом нижняя часть патрубка снабжена расположенным под устьем коллектора и выведенным в открытый канал трубчатым отводом, с запорным органом (Авторское свидетельство SU №1381240, E02B 11/00 от 15.03.1988).

Недостатками известного дренажного устройства являются отсутствие оперативного регулирования в автоматическом режиме работы трубчатого отвода, и несогласованность сброса воды при заиливании V-образного патрубка и трубчатого отвода с наносами на промыв в открытый канал, связанные с ручным управлением запорным органом (задвижкой). Кроме того, отсутствует полное обратное перетекание воды в нижнюю часть изогнутого патрубка для активного смыва наносов, осевших на наклонных стенках изогнутого патрубка. Сброс воды при промывке трубчатого отвода происходит медленно, так как регулирование ручной задвижки не позволяет сделать это быстро, т.е. резко, а значит полная очистка V-образного патрубка за короткий промежуток времени меньшим сбросом воды на промыв наносов не возможна, при этом перетекание из V-образного патрубка в трубчатый отвод - медленное, а значит сброс воды продолжаться будет длительным; теряется чувствительность запорного органа к изменению напора над коллектором и снижает акуумирование в дренажной системе и в почвенном слое.

Таким образом, известное дренажное устройство не может обеспечить автоматическое, резкое и полное открытие запорного органа на трубчатом отводе при достижении определенного напора в коллекторе и происходит заиливание V-образного патрубка.

Известны дренажные системы по авторским свидетельствам SU: №1122779, №1528856, №1629387.

Однако известные устройства имеют малую производительность и требуют больших напоров воды для того, чтобы, например, сифон не разрежался, в противном случае, произойдет поступление воздуха в коленообразный патрубок, что вызовет нарушение его работы. Другой причиной является трудность промывки наносов, так как их отложение и кальматация в сторону заглушки вызовет ее заклинивание, кроме того, отсутствует быстродействие в работе в автоматическом режиме, так как заглушки имеют ручные приводы, трудность в отслеживании накопившихся наносов и своевременного их смыва.

Задача изобретения - повышение эффективности работы дренажа с сохранением вакуумирования и автоматизация работы.

Технический результат направлен на повышение точности регулирования и быстродействия в работе в автоматическом режиме.

Технический результат достигается тем, что дренажное устройство, включающее открытый канал и соединенные между собой коллектор и устье коллектора, коллектор сообщен устьем посредством V-образного патрубка, установленного коленом вниз, при этом нижняя часть патрубка снабжена расположенным под устьем коллектора и выведенным в открытый канал трубчатым отводом с запорным органом, запорный орган выполнен в виде клапанного затвора с горизонтальной осью вращения и неподвижно закреплен к рычагу затвора, прикрепленным к нижнему концу жесткой тяги, которая верхним концом закреплена на одном из рычагов трехзвенного шарнирно-рычажного механизма, одно плечо которого закреплено на вертикальной стойке, соединенной с устьем коллектора, а на другом свободно подвешена управляющая емкость-противовес, в которой соосно размещена поплавковая камера, трубка сообщения выполнена гибкой и сообщена с коллектором перед V-образным патрубком, при этом устье коллектора содержит дополнительно клапанный затвор на горизонтальной оси вращения, закрепленного посредством шарнира со второй жесткой тяги, которая верхним концом соединена с рычагом трехзвенного шарнирно-рычажного механизма со стороны одного рычага, закрепленного к стойке.

Кроме того, емкость-противовес выполнена выпускным патрубком, который выполнен в днище корпуса управляющей емкости, перекрываемого клапаном поплавковой камеры с внутренней стороны выпускного отверстия патрубка, причем в днище управляющей емкости выполнено сливное отверстие.

При этом клапанные затворы вращаются в противоположных направлениях, один из которых зафиксирован сверху трубчатого отвода, а другой снизу устья коллектора.

Предлагаемое изобретение направлено на устранение указанных недостатков за счет конструкции, которая позволяет в результате создавать гидравлический подпор попеременно как в V-образном патрубке с трубчатым отводом, так и в устье коллектора в автоматическом режиме работы запорных органов. Расположение конструкции трехзвенного шарнирно-рычажного механизма, связанного с верхним и нижним затворами, и емкостью-противовесом, сохраняет требуемый момент, необходимый для поочередного закрытия или открытия одновременно каждым затвором на выведенном в открытый канал трубчатого отвода, а также на конечном участке устья коллектора, за счет удлинения плеча рычага (коромысла), т.е. соединение элементов улучшают условия подпора воды попеременно в трубчатом отводе или в устье коллектора. Это повышает оперативность смыва наносов, накопившихся в V-образном патрубке, в частности, на наклонном, особенно на суженном участках, за счет гидравлического удара, вызванного резким закрытием выпускного отверстия устья коллектора. В этом положении происходит максимальный смыв наносов с максимальным отводом воды через выведенный в открытый канал трубчатым отводом. Дополнительный клапанный затвор на устье коллектора, в данном случае, в закрытом положении, не пропускает воздух из атмосферы в коллектор.

При промывке отложившихся наносов в устройстве происходит прекращение поступления воды в поплавковую камеру, одновременно идет ее опорожнение через сбросную трубку в открытый канал, так как напор в коллекторе падает. В то же время поплавок не может удерживать клапан для открытия водовыпускного отверстия патрубка в днище управляющей емкости, так как подъемная сила поплавка рассчитана на преодоление силы, действующей на запорные затворы трубчатого отвода и устья коллектора от давления столба воды при их сообщении с напором воды из коллектора. Количество поступающей воды в управляющей емкости в этот момент затем вновь увеличивается, вызывая, и момент силы от веса ее относительно оси вращения на вертикальной стойке, закрепленной на устье коллектора, и становится больше момента от силы гидростатического давления из трубчатого отвода, затвор автоматически закрывает отверстие. Это создает гидравлический подпор в концевой части трубчатого отвода и заполнение V-образного патрубка, исключает попадание воздуха и при открытии дополнительно затвора на концевом участке устья коллектора происходит срыв вакуума и поступление воды через устье коллектора.

На чертеже представлено дренажное устройство, разрез.

Дренажное устройство содержит коллектор 1 и устье 2 коллектора, соединенные между собой посредством V-образного патрубка 3, установленного коленом вниз. К нижней части патрубка 3 присоединен трубчатый отвод 4, на конце которого установлен клапанный затвор 5 с рычагом 6, прикрепленный к трубчатому отводу 4 посредством шарнира 7 сверху отвода 4. Устье 2 коллектора содержит дополнительно клапанный затвор 8, прикрепленный к нижней части устья 2 посредством шарнира 9. Выше устья 2 коллектора с внешней стороны трубы, которого закреплена вертикальная стойка 10, к которой посредством шарнира 11 закреплен трехзвенный шарнирно-рычажный механизм, включающий поворотный рычаг 12 и рычаг 6 клапанного затвора 5, которые связаны между собой при помощи тяги 13 и шарниров 14 и 15, при этом поворотный рычаг 12 и дополнительный клапан 8 связаны между собой тяги 16 и шарниров 17 и 18. Емкость-противовес 19 подвешена через шарнир 20 к консольной части рычага 12.

Управляющее устройство выполнено в виде регулирующей емкости-противовес 19 и закрепленной внутри цилиндрической камеры 21, в которой поплавок 22 закреплен на штоке 23 с клапаном 24 с возможностью взаимодействия его со сбросным выпускным патрубком 25 управляющей емкости-противовес 19.

Поплавковая камера 21 снабжена в нижней части дна сливным патрубком 26 с вентилем 27, а емкость-противовес патрубком 28 с вентилем 29. Кроме того, поплавковая камера 21 в своей верхней части имеет направляющие 30, а в нижней части имеет направляющие 31 и сильфон 32 для изолирования полости поплавковой камеры 21 от полости емкости-противовес 19 и для свободного поступательного движения штока 23.

Емкость-противовес 19 сообщена с концом трубчатого отвода 4 через отверстие 33 с гибкой трубкой 34, подсоединенной к впускному патрубку 35 - датчика уровня наносов, с вентилем 36.

Поплавковая камера 21 через отверстие 37 с патрубком 38 подсоединена через гибкую трубку 39 к патрубку 40 с вентилем 41. Патрубок 40 закреплен к коллектору 1 на заданном рабочем напоре в верхней его части. Площадь поперечных сечений патрубков 35 и 40, соответственно к сливным патрубкам 26 и 28 различны, и могут регулироваться вентилями 27, 29, 36, 41.

Дренажное устройство работает следующим образом.

Вода коллектором 1 отводится через устье 2 коллектора, заполняя патрубок 3. Образовавшаяся в патрубке 3 водяная пробка обеспечивает герметизацию коллектора, что исключает доступ воздуха в дренажную систему. Вода заполняет трубчатый отвод 4 при закрытом затворе 5 и открытом затворе 8 устья 2 коллектора. После того как вода поступает в устье 2 коллектора и при закрытом затворе 5, при достижении своего заданного уровня в патрубке 3, происходит заполнение водой емкости-противовес 19 через гибкую трубку 34 (датчик наполнения водой). Вес емкости 19 увеличивается, и через трехзвенный шарнирно-рычажный механизм, автоматический затвор 5 закрывает выходное отверстие в трубчатом отводе 4, т.е. момент от веса воды емкости-противовес 19 и веса воды, находящейся в ней, больше момента силы гидростатического давления воды на клапанный затвор 5. Затвор находится в закрытом положении. Одновременно в поплавковой камере 21 вода отсутствует, а сам поплавок 22 расположен в нижнем положении.

При заполнении трубчатого отвода 4 наносами поступление воды в емкость-противовес 19 прекращается, вода из емкости постепенно через трубку 28 с регулятором 29 сливается в открытый канал. В то же время в коллекторе 1 создается статический подпор воды, причем напор в коллекторе 1 становится выше, чем в первоначальной стадии работы, и вода проходит через патрубок 40, гибкую трубку 39 и трубку 38, через отверстие 37, поступает в поплавковую камеру 21. Поплавковая камера 21 заполняется водой, которая достигнув поплавка 22, начинает его поднимать, в результате чего шток 23 поднимается, и клапан 24 открывает водовыпускное (сливное) отверстие патрубка 25. Вода, таким образом, из полости емкости-противовес 19 ускоряет отток в открытый канал. Одновременно идет отток воды из поплавковой камеры 21. В связи с тем, что поступающий расход больше оттока воды, поплавковая камера 21 быстро наполняется водой. Момент сил от веса емкости-противовес 19 и части воды в ней относительно оси вращения 7 становится меньше, оголовок трубчатого отвода 4 открывается. Благодаря наличию напора в коллекторе 1 наносы из патрубка 3 и трубчатого отвода 4 удаляются в открытый канал. Одновременно, при сбросе наносов, дополнительный клапанный затвор 8 относительно оси 17 вращения, поднимается вверх под действием поднятия тяги 16, рычага 12, затвор 8 закрывает отверстие устья 2 коллектора. Происходит гидроудар, и отраженная волна воды дополнительно усиливает напор в патрубке 3, что ускоряет смыв наносов в трубчатом отводе 4, сохраняя определенный максимальный подпор статического давления воды в коллекторе 1, до тех пор, пока отвод 4 освободится от наносов. Емкость-противовес 19 затем вновь заполняется водой, при прекращении поступления воды в поплавковую камеру 21, так как одновременно идет ее опорожнение через трубку 26 и под действием веса поплавка 22, штока 23 закрывается водовыпускное отверстие патрубка 25 клапаном 24, емкость-противовес 19 заполняется водой, и клапанный затвор 5 вновь закрывается, а дополнительный клапанный затвор 8 открывается (работа их основана на противофазе).

При регулировании имеющихся вентилей в устройстве задают время наполнения и выпуск воды, соответственно регулируется и время смыва наносов в патрубке 3 и трубчатом отводе 4. В связи с небольшой разностью объемов поплавковой камеры 21 и самого поплавка 22 наполнение камеры 21, необходимое для всплытия поплавка 22, требует незначительного времени, что связано с максимальным напором в коллекторе 1 на момент промывки наносов в трубчатом отводе 4.

Расположение конструкции трехзвенного шарнирно-рычажного механизма, связанного с затворами 5 и 8 и емкости-противовес 19, сохраняет требуемый для закрытия или открытия каждого затвора 5 и 8, одновременно за счет удлинения плеча коромысла 12, уменьшая размеры емкости-противовеса, т.е. снижает материалоемкость. Сильфон 32 изолирует герметично полость камеры 21 от внутренней полости емкости 19 и не допускает отложения взвешенных частиц на нижней направляющей 31.

Такое устройство создает статический напор в концевой части коллектора 1, исключает попадание в него воздуха при смыве накопившихся наносов и срыв вакуума в устье 2 коллектора при открытии клапанного затвора 8, следовательно, упрощает эксплуатацию устройства, повышает точность регулирования и быстродействие в работе в автоматическом режиме. Кроме того, устройство характеризуется надежностью обеспечения момента закрывания и отсутствия заиления камер.