УСТРОЙСТВО АВТОМАТИЧЕСКОГО ДЕЙСТВИЯ ДЛЯ ПРОМЫВКИ ДРЕНАЖА НИЗКОНАПОРНЫХ ГРУНТОВЫХ ПЛОТИН
AUTOMATIC ACTION DEVICE FOR FLUSHING DRAINAGE OF LOW-HEAD EARTH DAMS

Изобретение относится к области гидротехнического строительства и может быть использовано для очистки дренажей от отложений.
Известен самопромывной дренаж периодического действия, состоящий из водоприемной аккумулирующей емкости для накапливания промывных фильтрационных вод, оборудованной смотровым колодцем и подключенной автоматическим сливным устройством к смотровому дренажному колодцу промываемого дренажа, предназначенному для гидравлической промывки дренажа накапливающейся фильтрационной водой, расположенной в теле грунтовой плотины в зоне сезонного повышения поверхности депрессии, но вне зоны фильтрации железо- и марганецсодержащих вод, имеющей по своему периметру водоприемные отверстия для сбора фильтрационных вод, защищенные от заиления обратным фильтром и защитно-фильтрующим материалом (Патент ПМ №90806, Е02В 11/00 от 20.01.2010).
Недостатком аналога является то, что такое устройство обладает низкой ремонтопригодностью обратного фильтра аккумулирующей емкости. Кроме того, в случае заиления верхового откоса грунтовой плотины возможно непрогнозируемое снижение уровней поверхности депрессии в теле плотины в зоне размещения аккумулирующей емкости. При этом емкость оказывается в безводной зоне и ее наполнение за счет фильтрационных вод становится невозможным. Необходимо также отметить, что происходит при переходных гидравлических процессах, происходящих в аккумулирующей емкости, по сравнению с работой, связанной с предложенным в изобретении, быстрый сброс накопленных фильтрационных вод, вследствие чего снижается продолжительность промыва тракта промывного дренажа, а также низкая точность регулирования уровня воды в емкости.
Известно устройство автоматического действия для промывки дренажа низконапорных грунтовых плотин, включающее аккумулирующую емкость, оборудованную смотровым колодцем, к последнему с промываемым дренажом подключен самотечный водовод, имеющий противофильтрационные диафрагмы в зоне пересечения противофильтрационного элемента грунтовой плотины и автоматически включающийся поплавковым клапаном, расположенным в аккумулирующей емкости, размещенной в верховом клине низконапорной грунтовой плотине перед противофильтрационным элементом и сопряженной через обратный клапан с верхним бьефом плотины горизонтальной колонной, устроенной в зоне периодической форсировки уровня воды верхнего бьефа, состоящей из гильзы и засыпки с заданными фильтрационными свойствами и обеспечивающей заполнение аккумулирующей емкости водой в период подъема уровней (Патент RU №2465398, Е02В 11/00, Е02В 7/04 от 27.10.2012).
По наибольшему количеству сходных признаков и достигаемому при использовании результату данное техническое решение выбрано в качестве прототипа.
Однако наличие обратного клапана в узле сопряжения горизонтальной водозаборной фильтрационной колонны с аккумулирующей емкостью, установленных в такой последовательности, дает возможность заполнять аккумулирующую емкость водой. Поскольку обратный клапан находится непосредственно в емкости и связан с фильтрационной колонной, забор воды происходит совершенно по другому гидравлическому закону, который никоим образом не раскрыт с возможностью попадания мелких фракций из фильтрационной колонны, ведущих к заклиниванию обратного клапана в работе. В результате такого действия снижается эффективность и надежность работы автоматического обратного клапана и в целом увязки с временем открытия и закрытия запорного органа после заполнения и сработки емкости. Таким образом, известное устройство недостаточно полно учитывает изменение фильтрационного потока через фильтрующую колонну, в частности, чтобы не только увеличить расход камеры чистой фильтрационной водой до заданного, необходимого для промывки дренажа низконапорных грунтовых плотин, - вот неполный перечень недостатков существующего известного технического решения, которое не учитывает состояние суффозиционного эффекта при прохождении фильтрационной колонны в эксплуатационный период. Другим существенным недостатком известного решения является, когда при слабом водопритоке и медленном накоплении воды в расходной водоемкости автоматически включающийся поплавковый клапан, расположенный в аккумулирующей емкости, открывается сразу на сброс воды и быстрым понижением уровня и механически, никоим образом полностью не связан с работой обратного клапана, т.е. действуют каждый с разными гидравлическими силами в отдельности при переходных гидравлических процессах, происходящих в емкости, по сравнению с работой, связанной с предложенным в изобретении. Кроме того, условия в природе возникающие при заполнении грунтовых плотин, приводят к увеличению сложности управления таких регуляторов в работе, при этом в целом по своим действиям конструктивно различны.
Таким образом, предложенное устройство в совокупности работы всех элементов дает новый технический результат: поднятие или опускание двуплечего рычага с клапаном в напорной камере - идет постоянно плавное их высотное изменение без гидравлических ударов; создаются необходимые условия работы регулируемого затвора, выполненного из верхней и нижней секций на выпускном отверстии из емкости в автоматическом режиме, связанного с работой двуплечего рычага с клапаном в напорной камере; увеличивается срок службы устройства в целом; в несколько раз уменьшаются ремонтные работы.
Таким образом, увеличивается эффективность и надежность работы, а также точность регулирования сбросной воды на промывной дренаж.
Технический результат, на достижение которого направлено заявляемое изобретение, состоит в повышении эффективности работы, точности регулирования и срока службы в условиях работы аккумулирующей емкости для накопления дренируемой воды без опасения образования в ней накопления илистых, а также нерастворимых соединений железа и марганца.
Технический результат достигается тем, что устройство автоматического действия для промывки дренажа низконапорных грунтовых плотин, включающее аккумулирующую емкость, оборудованную смотровым колодцем, к смотровому колодцу промываемого дренажа подключен самотечный водовод, имеющий противофильтрационные элементы грунтовой плотины и автоматически включающийся поплавковым клапаном, расположенным в аккумулирующей емкости, фильтрующая колонна устроена в зоне периодической форсировки уровня верхнего бьефа, состоящая из гильзы и засыпки с заданными фильтрационными свойствами и обеспечивающая заполнение аккумулирующей емкости водой в период подъема уровней верхнего бьефа, аккумулирующая емкость внутри снабжена напорной камерой с запорным элементом в виде клапана, соединенным поплавковым рычажным приводом, выполненным в виде двуплечего рычага, один конец рычага осью соединен со стенкой емкости, а второй соединен со штоком поплавка, размещенным в аккумулирующей емкости, при этом выпускное отверстие снабжено регулируемым затвором, выполненным из верхней и нижней секций, причем на последней под углом 90° закреплен рычаг, один конец которого связан с поплавком посредством упомянутого штока, и рычаг имеет упор для открытия верхней секции, при этом гильза перед заполнением напорной камеры водой снабжена впускным патрубком, конец которой связан с напорной камерой.
На фиг. 1 изображено устройство автоматического действия для промывки дренажа низконапорных грунтовых плотин, продольный разрез; на фиг. 2 изображено устройство аккумулирующей емкости, вертикальный разрез.
Устройство автоматического действия для промывки дренажа содержит горизонтальную водозаборную фильтрационную колонну 1, размещенную в зоне периодической форсировки уровня верхнего бьефа 2, состоящую из гильзы 3 и фильтрующей насыпи 4, подающую воду из верхнего бьефа 2 низконапорной грунтовой плотины 5 через впускной патрубок 6 со вставкой, состоящей из фильтрующего перфорированного материала геотекстиля 7 с защитной сеткой 8. Впускной патрубок 6 крепится к напорной камере 9, а в аккумулирующей емкости, оборудованной смотровым колодцем 10, на дне камеры 9 имеется отверстие 11. Для регулирования площади отверстия 11 служит клапан 12 в напорной камере 9, который с помощью рычага 13 и рычага 14 связан с поплавком 15 через шток 16. Рычаг 14 крепится к оси 17. Поплавок 15 размещен в аккумулирующей емкости 18. Поплавок 15 через шток 16 шарниром связан с рычагом 19 жестко закрепленного с ним регулируемого затвора, выполненного из верхней секции 20 и нижней секции 21, соединенных между собой при помощи шарнира 22 и двух петель 23. По всей площади управляемого затвора с секциями 20 и 21 расположено резиновое уплотнение 24, прикрепленное к ним заклепками 25. К нижней секции 21 затвора жестко крепится рычаг 19 под углом 90° с упором 26. Регулируемый затвор крепится к оголовку трубы 27 хомутом 28.
Сбрасываемая вода проходит по самотечному водоводу 29 в зоне пересечения противофильтрационного элемента плотины 30 с противофильтрационными диафрагмами 31, в смотровой колодец промываемого дренажа 32.
Устройство автоматического действия для промывки дренажа низконапорных грунтовых плотин работает следующим образом.
При превышении уровня верхнего бьефа 2 вода по горизонтальной водозаборной фильтрующее колонне 1, соответственно, через впускной патрубок 6, вставку из фильтрующего перфорированного материала геотекстиля 7, сетку 8 поступает в напорную камеру 9, открывающего отверстие 11 клапаном 12 далее в аккумулирующую емкость 18, где при достижении заданного уровня сработки за счет подъемной силы поплавка 15 передается на шток 16, жестко соединенный с рычагами 13 и 14. Нижняя секция 21 затвора открывается на некоторый угол, далее при значительном наполнении емкости 18 при полностью открытой нижней секции 21 усилие передаются через рычаг 14 и упор 26 верхней секции 20 затвора, что приводит к его полному открытию. Одновременно с этим, следовательно, в напорной камере 9 вызывает обратный процесс, то есть поднятие клапана 12 вверх и уменьшение площади отверстия 11 ведет к уменьшению потребности воды в емкость 18, сбрасываемая вода от минимального до максимального потока проходит по самотечному водоводу 29 в смотровой колодец промывного дренажа 32, обеспечивая его гидравлическую промывку с удалением накопившихся отложений по трактам промывного дренажа 30. Фильтрационная прочность противофильтрационных элементов 30 низконапорной грунтовой плотины 5 обеспечивается противофильтрационными диафрагмами 31.
Следовательно, при поднятии поплавка 15 при достижении максимального срабатывания уровня сработки в емкости 18 на соответствующей отметке происходит сброс воды от минимально до максимального потока из аккумулирующей емкости 18, что приводит затем к закрытию клапана 12 отверстия 11 кратковременно до сработки вновь на открытие клапана 12 отверстия 11 и накопление воды в аккумулирующей емкости 18 до тех пор, пока уровень верхнего бьефа 2 не опустится ниже отметки гильзы 2 с фильтрующей насыпи 4.
Таким образом, закрытие клапана 12 обеспечивается срабатывающим устройством только при превышении критического уровня воды в емкости 18, что позволит обеспечить поэтапно накопление воды в аккумулирующей емкости 18 для промывного дренажа 32. При этом при понижении уровня в емкости 18 верхняя секция 20 затвора закрывается под действием собственного веса, а дальнейшее снижение приводит к закрытию нижней секции 21 затвора. Петли 23 соединяют разделенные части секций 20 и 21 затвора и воспринимают усилия от открытия нижней части 21, разгружая при этом резиновое уплотнение 24.
Таким образом, работа устройства автоматического действия для промывки дренажа низконапорных грунтовых плотин, увеличение или уменьшение потребности воды благодаря обратной гидравлической связи автоматически передается расположенным выше уровню верхнего бьефа по горизонтальной фильтрующей колонне через фильтрующий перфорированный материал геотекстиль, учитывая работу напорной камеры.
В предлагаемом устройстве аккумулирующую емкость принимают в зависимости от эксплуатационных условий, принятой системой регулирования подачи воды в смотровой колодец промываемого дренажа. При этом исключает закупорку выхода воды из напорной камеры, не зависит от продолжительности времени сработки уровня верхнего бьефа низконапорных грунтовых плотин.
Устройство позволяет осуществить регулирование работы в автоматическом режиме промывки дренажа; повысить точного расхода в аккумулирующей емкости и увеличить быстродействие регулируемого затвора; автоматический непрерывный контроль над уровнем в емкости исключает аварийную ситуацию.
Таким образом, обеспечить эффективность работы, сократить расходы на эксплуатацию, на ремонт, решаются проблемные вопросы автоматизации на промыв смотрового колодца промывного дренажа.