РЕГУЛЯТОР УРОВНЯ ГРУНТОВЫХ ВОД
ADJUSTER OF GROUNDWATER LEVEL

Изобретение относится к мелиорации, в частности к гидротехническим сооружениям на осушительно-увлажнительных системах, и предназначено для автоматического регулирования уровня воды в открытой и закрытой сети.
Известен регулятор уровня грунтовых вод, содержащий колодец, установленный в нем на оголовке дрены запорный орган в виде клапана, связанного с рычагом шарнирного механизма, и поплавок, размещенный в колодце. Такое устройство позволяет стабилизировать уровни воды в колодце и открывать дренажный коллектор независимо от этого уровня при повышении грунтовых вод (Авторское свидетельство SU №763519, кл. E02B 11/00 от 15.09.1980).
Однако такое устройство требует подачи воды по дренажному коллектору от истоков к устью и характеризуется невысокой точностью стабилизации уровня. Кроме того, устройство сложно в изготовлении, в процессе эксплуатации из-за заиления и заохрирования датчика трубчатого фильтра, не обеспечивается с достаточной точностью поддержание заданных напоров, трудоемкость перестройки регулятора на другой уровень грунтовых вод. Другим недостатком является то, что при одновременном повышении сверх заданного уровней грунтовых вод в верхнем и нижнем бьефах, например, от атмосферных осадков, поплавки действуют на привод запорного органа в двух взаимно противоположных направлениях, что влечет за собой случайность выбора его положения, при этом определяет жесткие требования к конструкции рычагов шарнирного механизма.
Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является регулятор уровня грунтовых вод, содержащий колодец, установленный в нем на оголовке дрены запорный орган в виде клапана, связанного с рычагами шарнирного механизма, и поплавок, рычажный механизм выполнен с возможностью контактирования с плавающим поплавком, размещенным в дополнительной камере, а рычаги установлены на горизонтальной оси, причем ось рычажного механизма делит его на две неравные части, верховая из которых больше низовой, причем на верховой части плеча шарнирно закреплена емкость-противовес, центр тяжести которой размещен выше горизонтальной оси вращения, а на низовой части плеча шарнирно закреплен механизм изменения положения соответственно над поплавком на отметках максимального и минимального уровня воды в поплавковой камере (Патент RU №2490394, E02B 11/00, G05D 9/02 от 19.03.2012).
Недостатком известного регулятора является сложность в изготовлении громоздкого колодца для размещения в нем с рычагами шарнирного механизма, колодца с камерой - противовеса и плавающего поплавка в дополнительной камере, и, как следствие, большая материалоемкость.
Технический результат от использования заявленного изобретения заключается в упрощении конструкции, уменьшении материалоемкости и снижении инерционности действия в работе.
Технический результат достигается тем, что регулятор уровня грунтовых вод содержит колодец, установленный в нем на оголовке дрены запорный орган в виде клапана, связанного с рычагом шарнирного механизма, и поплавок, рычаги установлены на горизонтальной оси, причем ось рычажного механизма делит его на две неравные части плеч, причем на верховой части плеча закреплен противовес, центр тяжести которой размещен выше горизонтальной оси вращения, верховая часть плеча имеет в средней части запорный орган, выполненный в виде перевернутой тарелки со штоком с возможностью перекрытия впускного отверстия патрубка, соединенного под углом с оголовком подводящей дрены, а низовая часть плеча имеет в средней части запорный орган с возможностью перекрытия выпускного отверстия патрубка, соединенного с отводящей дреной, при этом на конце низовой части плеча рычага с возможностью осевого перемещения смонтирован поплавок, при этом отклонение от вертикального направления верховой части плеча рычага с регулируемым грузом-противовесом ограничено неподвижными упорами.
Применение регулятора уровня грунтовых вод позволяет упростить конструкцию за счет исключения дополнительной поплавковой камеры, винтового толкателя с фиксаторами и решетки. Следовательно, расход также стабилизируется при наполнении колодца, открывая запорный орган на выпускном патрубке отводящей дренажной трубы. Происходит сброс воды из коллекторно-дренажной сети, что в конечном итоге приводит к снижению уровня грунтовых вод на массиве, а, следовательно, и уровня воды в колодце. Данная связь, которая связана с переходными процессами в режиме срабатывания запорного оголовка выпускного патрубка дрены с поплавковым приводом и перемещением па противоположное по отношению к запорному органу на оголовке впускного патрубка дренажной трубы в диапазоне различных уровней и давлений в колодце, не предъявляет высоких требований к качеству дренажной воды. Кроме того, данная связь с двуплечим рычагом, когда верхнее и нижнее плечи снабжены в средней части запорными органами со штоками, может характеризовать уменьшения усилий на открытие выпускного отверстия на оголовке патрубка дренажной трубы с меньшим усилием при получении ускорения с регулируемым грузом-противовесом вертикального направления верховой части плеса рычага, при котором рычаг, опираясь в средней части низового плеча рычага, моментально поднимает запорный клапан на выпускном оголовке патрубке и отводит воду из колодца. Степень подъема низового плеча ограничивается упорами со стороны впускного патрубка при падении груза-противовеса от исходного своего положения при свободной подвижности поплавка между кольцами на изогнутом конце низовой части плеча рычага, и, наоборот, при снижении уровня воды в колодце, поплавок опирается на нижнее кольцо рычага и, постепенно опускаясь за уровнем воды в колодце своим весом и весом запорного органа, передвигает рычаг груза-противовеса вправо, при котором закрывается клапан на выпускном патрубке, в исходное положение. Это охватывает весь диапазон уровней, по которым производится регулирование, и не допускает перенаполнения перед колодцем.
Практическая работоспособность предлагаемого устройства регулятора уровня грунтовых вод очевидна, и он вписывается в технологию конструирования для дренажных систем.
Следует обратить внимание на угол соединения впускного патрубка с подводящей дреной и форму запорного органа, выполненного в виде перевернутой тарелки, что улучшает герметичность и делает его надежным для применения во всех условиях регулирования уровня воды в колодце. При этом вес груза уменьшен по сравнению с аналогом - это смягчает удары о края впускного отверстия патрубка при контакте, который также снабжен резиновым уплотнением и тем самым увеличивает силу прижатия запорного органа к впускному отверстию патрубка, а также обеспечивает увеличение напора воды во впускном патрубке на внутреннюю плоскость перевернутой тарелки, происходит открытие запорного органа с меньшими усилиями передающего на шток и связанного со средней частью верхового плеча.
На чертеже схематично изображен регулятор уровня грунтовых вод.
Регулятор уровня грунтовых вод включает дренажный колодец 1 с впускным патрубком 2, присоединенным под углом к подводящей дрене 3 и выпускному патрубку 4 на отводящей дрене 5. Впускной патрубок 2 перекрыт запорным клапаном 6 с подпорным диском 7 в виде перевернутой тарелки, закрепленным к двуплечему шарнирному рычагу штоком 8, расположенному в высотном отношении выше поплавкового привода, размещенного внутри колодца. Двуплечий рычаг состоит из верховой части 9 и низовой части 10 плеч рычагов. Шток 8 соединен со средней частью верхового рычага 9, на конце которого смонтирован регулируемый груз-противовес 11, отклонение которого от вертикального направления ограничивается неподвижными упорами 12 и 13. Конец штока 8 может быть выполнен, например, в виде винт-гайки 14. Шток 15 соединен со средней частью низового плеча рычага 10, с запорным клапаном 16, и содержит изогнутый конец рычага с поплавком 17.
Движение поплавка 17 на рычаге 10 ограничивается в высотном положении кольцами 18 и 19. Соединение штока 15 со средней частью низового плеча рычага 10 обеспечивает холостой ход за счет петли 20.
Впускной патрубок 2 содержит резиновое кольцо 21, закрепленное на оголовке патрубка 2. Рычажный двуплечий механизм выполнен из двух частей 9 и 10 плеч, расположенных под прямым углом, которые прикреплены выпуклой стороной к шарниру 22. Шарнир 22 смещен в сторону впускного патрубка 2.
Регулятор работает следующим образом.
При поступлении воды в дрену регулятор находится в положении, когда к корпусу впускного патрубка 2 поджат запорный клапан 6 с подпорным диском 7 в виде перевернутой тарелки. Вода в колодце отсутствует. Поступающая вода поступает в подводящую дрену 3, и происходит повышение напора воды на клапан 6 с подпорным диском 7. Однако в это время еще в колодце вода отсутствует, поплавок 17 находится в воздухе, соответственно, клапан 16 открыт, верховая часть 9 плеча рычага опускается влево до упора 12 под тяжестью груза-противовеса 11, удерживая запорный клапан 6 с подпорным диском 7 в закрытом положении. Далее запорный орган под действием выталкивающей силы поднимается вверх, шток 8 давит на верховую часть 9 плеча рычага и передвигает его с грузом-противовесом 11 вправо в сторону поплавкового привода, впускает воду в дренажный колодец 1, а в дальнейшем низовая часть 10 плеча рычага опускается вниз, соответственно, груз-противовес 11 получает ускорение, вправо достигая упора 13, при котором низовая часть 10 плеча рычага, опираясь на верхнюю границу петли 20 на шарнире 22 и штока 15, моментально закрывает клапаном 16 отверстие на выпускном патрубке 4 и полностью открывает клапан 6 с подпорным диском 7. Степень открытия клапана 6 в крайнем правом положении груза - противовеса 11 ограничивается упором 13. Действие на низовую часть 10 плеча рычага одновременно оказывает тяжесть запорного клапана 15 и вес поплавка 17 со свободной подвижностью поплавка 17 между кольцами 18 и 19. Заполнение водой дренажного колодца 1 происходит по мере повышения уровня в колодце 1, поплавок 17 постепенно свободно перемещается вверх до кольца 18 рычага 10 и, постепенно поднимаясь над водой своим весом, перемещает груз-противовес 11 в положение влево, при котором открывается клапан 16 со штоком 15 и, наоборот, закрывается клапан 6 с подпорным диском 7 со штоком 8, и фиксируется ограничителем упора 12. При опорожнении колодца 1, вода постепенно вытекает через выпускной патрубок 4 в дрену 5. При этом поплавок 17 свободно опускается на нижнее кольцо 19. Под действием общего веса клапана 16 со штоком 15, поплавка 17 вновь срабатывает на открытие клапан 6 с диском 7, и верховая часть 9 плеча рычага с грузом-противовесом 11 поднимаются вверх, а низовая часть 10 плеча рычага опускается вниз. В дальнейшем процесс повторяется. Период повторения зависит от регулировки свободы перемещения поплавка 17 между кольцами 18 и 19. Груз-противовес 11 может быть выполнен по высоте рычага 9 регулируемым относительно шарнира 22, и момент этой силы становится меньшим или большим моментов клапанов со штоками и подвижного поплавка, степень перемещения верховой части плеча рычага, которого ограничивается упорами 12 и 13. При этом свою роль играет и свобода подвижности поплавка 17 между кольцами 18 и 19, связанного с изменением уровня воды в колодце 1. Это значит, что регулятор обладает значительными эксплуатационными возможностями и более автономен за счет сработки одного клапана на открытие, а другого на закрытие, работающих в противофазе друг с другом.
Ход движения поплавка на низовой части плеча рычага между фиксирующими кольцами определяется для двух положений уровня воды в колодце (минимального и максимального) из условия, чтобы разница уровней воды в фиксаторе обеспечивала необходимый ход поплавка для открытия впускного патрубка во времени запорным органом со штоком, а другой выпускной патрубок - закрытием запорным клапаном. Удержание их происходит за счет противодавления при закрытии или открытии их в потоке, что и обеспечивает ход клапанов со штоками, закрепленных на двуплечем рычаге с регулируемым грузом-противовесом на одном из них при связи с поплавковым приводом. Таким образом, автоматически поддерживается соответствие между притоком дренажной воды в подводящей дрене и расходом в отводящую дрену, как на сброс, так и возможность подпочвенного орошения. Эффективность предлагаемого регулятора упрощает конструкцию и эксплуатацию, уменьшает материалоемкость и снижает инерционность действия в работе.