УСТЬЕ ДРЕНАЖНОГО КОЛЛЕКТОРА
DRAIN MANIFOLD HEAD

Изобретение относится к строительству и к области мелиорации и может быть использовано для автоматического слива жидкости в колодцах в качестве обеспечения бесперебойной работы дренажных систем от замерзания в них воды, колодца и устья дренажного коллектора сельского хозяйства.
Уровень техники по объекту - устье дренажного коллектора.
Известно устье дренажного коллектора, включающее глухой участок трубы, подсоединенной к коллектору, устье снабжено съемным защитным кожухом, в котором с возможностью свободного перемещения установлена глухая труба (авторское свидетельство SU №971998, кл. Е02В 11/00 от 07.11.1982).
Недостатком такого устройства является неспособность устья дренажного коллектора работать в автоматическом режиме; перенаполнение дрен водой в зимний период и возможность замерзания концов труб с кожухом, т.е. освобождение кожуха, происходит только после удаления ледяной пробки вручную съемным устройством, которое необходимо вновь устанавливать в кожух, что достаточно трудоемко. Другим недостатком является то, что необходимо устраивать дополнительное утепление устья утепляющим материалом (опилки, солома и т.п.). Кроме того, низкая надежность работы, так как иногда устье (при больших низких перепадах температуры воздуха) невозможно удалить из-за промерзания кожуха после оттепели, при этом возможны подтопления территории, так как отвод воды не осуществляется в зимний период.
Таким образом, аналог создает условия, при которых невозможно эксплуатировать без нарушения правил эксплуатации устья, что приводит к резкому ухудшению его эксплуатации от замерзания воды в нем.
Известны осушительно-увлажнительные системы, которые относятся преимущественно к осушению земель в сельском хозяйстве по авторским свидетельствам SU №1155688 от 15.05.1985 и №1497350 от 30.07.1989.
Однако наличие автоматического сбросного регулятора в колодце по совокупности гидравлической связи с верхним бьефом каналов, установленных в такой последовательности, дает возможность отключать головной водозабор. Поскольку регулятор находится в колодце, вся вода, поступающая в колодец, находится в одном режиме - сброс через затвор - автоматический регулятор, который никаким образом не связан с работой, например с сифоном, зарядка и сброс воды которого происходят совершенно по другому гидравлическому закону. При закрытии затвором отверстия трубы прямой рычаг с противовесом постоянно размещены в нижнем положении заполняемого водой колодца, в связи с этим на них откладывается большое количество плавающих включений, а наносы затем вызывают завал рычага с грузом. В результате такого действия снижается эксплуатационная надежность работы автоматического регулятора. Но несмотря даже на это вода замерзает в сбросном коллекторе и в трубе в случае снижения расхода воды или ее временной остановки на сброс, опасных для наледообразования, что создает ненадежность работы. Таким образом, известные устройства недостаточно полно учитывают изменения гидрологическогох дренирования, в частности в зимний период, - вот неполный перечень недостатков существующих известных технических решений, которые не учитывают состояние осушаемых земель в зимний период. Другим существенным недостатком известных решений является невозможность учета сброса воды при переходных гидравлических процессах, происходящих в колодце, по сравнению с работой, связанной в предложенном изобретении. Кроме того, условия в природе и возникающие при этом проблемы приводят устье дренажного коллектора к увеличению вероятности отказа таких регуляторов в работе. Необходимо также отметить то, что происходит иногда неуправляемое просачивание воды через оголовок трубы, так как затвор и его элементы в целом по своим действиям конструктивно различны.
Таким образом, предложенное устройство в совокупности работы всех элементов дает новый технический результат: поднятие или опускание отогнутого рычага с клапаном и с грузиком - идет постоянно плавное их высотное изменение без гидравлических ударов; создаются необходимые условия работы устья дренажного коллектора для снижения опасных для наледообразования в автоматическом режиме; исключается переливание воды в колодце при остановке сифона, который производит наибольший сброс воды до минимального; колодец может работать круглый год в автоматическом режиме и поэтому нет необходимости нахождения обслуживающего персонала, увеличивается срок эксплуатации устройства в целом; в несколько раз уменьшаются ремонтные работы.
Таким образом, увеличивается надежность предложенного изобретения, защищаются колодец и сбросной трубопровод от замерзания в них воды и постоянно происходит промывка наносов, так как постоянно идет переменный расход воды на сброс через нисходящую ветвь сифона (примерно этот эффект можно наблюдать в том случае, если в трубе постоянно в зимнее время происходит течение воды на сброс: она не будет замерзать с учетом дополнительного ее утепления).
Наиболее близким аналогом (прототипом) является устье дренажного коллектора, включающее глухой участок трубы, имеющий защитный кожух, сопряженный с коллектором, глухой участок трубы сопряжен с коллектором через колодец, снабженный устройством для сброса воды, выполненным в виде сифона, нисходящая ветвь которого имеет поплавковый клапан и выведена в глухой участок трубки, при этом колодец в нижней части выполнен герметичным, а выше гребня сифона имеет водовыпускные отверстия (авторское свидетельство SU №1335638, кл. Е02В 11/00 от 07.09.1987).
Недостатком этого устья дренажного коллектора является низкая надежность, так как сифон с зарядным устройством с отрицательной температурой наружного воздуха и с уменьшением расхода воды работают с закрытием заглушки отверстия выше защитного кожуха, что прекращает выход воды в устье коллектора. В результате этого в промежутке пока колодец заполняется водой, устье успевает образовывать наледоопасный участок, особенно при сильно низкой температуре окружающего воздуха, даже имея при этом утеплительный козырек (особенно при ветреной погоде). Одним из основных недостатков также является образование конденсата (это охлаждение металлического конца трубки с одной стороны, с другой - тепло, выделяющееся из воды, вытекающей из колодца. Следующим недостатком является неспособность водовыпускного отверстия с заглушкой в нижней части колодца работать в автоматическом режиме при малом расходе воды, поступающей в колодец, далее в коллектор одновременно, пока необходимо заданное время для накопления воды в колодце с возможностью включения в работу сифона с быстрым сбросом большого расхода воды, достаточной полной промывки конца глухого участка трубки. Следующим недостатком является то, что с изменением времени года необходимо каждый раз спускаться в глубокий колодец и вручную удалять или закрывать заглушку, при этом вода иногда и зимой может просачиваться через заглушку, когда над ней накапливается большой объем воды, но эти утечки недостаточно положительно влияют на работу устройства, Отсюда, сверху трубки возникает наледоопасный участок, так как пространство между кожухом и трубкой остается открытым, куда поступает извне холодный воздух. Это в свою очередь не может обеспечить требование надежной эксплуатации в зимний период.
Задачей является увеличение надежности работы автоматического сливного клапана, срока эксплуатации; решение проблемы вопросов автоматизации всего устройства-устья дренажного коллектора.
Технический результат достигается тем, что в устье дренажного коллектора, включающем глухой участок трубки, имеющий защитный кожух, сопряженный с коллектором, колодец снабжен устройством для сброса воды, выполненным в виде сифона, нисходящая ветвь которого выведена в глухой участок, трубки, водовыпускное отверстие, клапан, поплавок, водовыпускное отверстие выполнено в виде размещенного на боковой поверхности стенки колодца над глухим участком трубки сливной трубки с седлом, а внутри колодца размещен рычаг с запорным элементом в виде клапана с грузиком, один конец рычага шарнирно соединен со стенкой колодца, а второй согнут и соединен шарнирном с поплавком и шарнирно связанн с коромыслом в виде двуплечего рычага, установленным с возможностью перекрытия клапаном разрядного устройства.
Кроме того, седло и контактирующая поверхность запорного элемента с седлом выполнены плоскими и выполнены из пластмассы.
Кроме того, в качестве автоматического сливного клапана использован клапан по п. 1.
Кроме того, в сливной трубке установлена сменная калиброванная диафрагма.
Кроме того, конец сливной трубки, расположенный в грунте, соединен с глухим участком трубки.
На чертеже показана принципиальная схема устья дренажного коллектора.
Устройство содержит размещенные дрены 1, коллектор 2, накопительный колодец 3, защитный кожух 4, заделанный на дневной поверхности в бетонный оголовок 5, к которому прикреплен утеплительный козырек 6. В колодце 3 размещен сифон 7 с разрядным устройством 8, соединенный с ним клапаном 9. Нисходящая ветвь 10 помещена в защитный кожух 4. Выше нисходящей ветви 10 в стенке колодца 3 имеется водовыпускное отверстие 11, снабженное сливной трубкой 12 с седлом (уплотнитель трубки не показан) и на сливной трубке 12 - сменная калиброванная диафрагма 13. Сливная трубка 12 соединена с согнутой трубкой 14, соединенной с нисходящей ветвью со стороны дневной поверхности. Приводной рычаг 15 с запорным элементом 16 в виде клапана размещен внутри колодца 3, один конец которого соединен шарниром со стенкой колодца 3, а другой согнут с возможностью шарнирного соединения с нижним штоком 17 поплавка 18. Приводной рычаг 15 снабжен сверху грузиком 19 с винтом 20 с возможностью изменения его веса по направляющей приводного рычага 15. Поплавок 18 через верхний шток 21 шарниром связан с рычагом 22 с качающим шарниром 23 и рычагом 24 через шарнир - с клапаном 9. Зарядное устройство выполнено на высоте расположения гребня сифона 7, а рычаг 22 с качающим шарниром 23 закреплен выше гребня сифона 7. Верхняя часть колодца оборудована теплоизоляционным материалом 25, например опилками, соломой и др., что создает глубокий вакуум между водой в колодце и поэтому он также не промерзает в случае в самых худших условий имея дополнительное утепление сверху.
Устройство работает следующим образом.
Соответственно определенному времени работы устройство заполняется определенным количеством воды в колодце 3, уровень воды повышается, следовательно, внутри колодца 3 приводной рычаг 15 с запорным элементом 16, грузиком 19 за счет поплавкового привода, состоящего из нижнего штока 17, поплавка 18, поднимается вверх, поворачивает рычаг 15. Запорный элемент 16 поворачивается относительно шарнира приводного рычага 15, закрепленного к стенке колодца 3, закрывая постепенно седло сливной трубки 12. Таким образом, закрытие седла и, следовательно, слив воды прекращается. Одновременно, верхний шток 21 поплавка 18 поворачивает через качающий шарнир 23 рычаг 22 вверх, и шток 24 шарнирно связанный с рычагом 22 перемещает через шток 24 клапан 9 с иглой вниз, с возможностью перекрытия отверстия зарядного устройства 8, в котором накапливается атмосферный воздух. Уровень воды достигает гребня сифона 7, и он включается в работу в напорном режиме, происходит отсос воздуха из зарядного устройства 8, и клапан плотно примыкает к торцу разрядного устройства 8. Происходит полная зарядка сифона со сбросом воды в нисходящую ветвь 10 с повышенным расходом. Период работы сифона 7 непосредственно определяется вместимостью напорного коллектора 2 и колодца 3, а также расположением высоты разрядного устройства 8.
Соответственно определенному времени работы сифона 7 уровень воды в колодце 3 опускается, вслед за ним опускается поплавок 18. Под действием веса поплавка 18, рычага 15 с грузиком 19 запорный элемент 16 открывает седло сливной трубки 12, а шток 24 освобождает иглу клапана 9 для новой подачи порции воздуха в сифон 7, и он разряжается. Так как сифон 7 включен в действие с повышенным расхода воды на сброс, а уровень снижается в колодце 3, часть оттока воды начинает поступать через сливную трубку 12 с калиброванной диафрагмой 13 в трубку 14, далее поступает в нисходящую ветвь 10.
При достижении уровня ниже входной ветви сифона 7 поплавок 18 с приводным рычагом 15 с запорным элементом 16 опускаются вниз, вода продолжает небольшим количеством выходит через сливной патрубок 12.
Калиброванная диафрагма 13 позволяет медленно стекать воде в трубку 14 и далее заполняет нисходящую ветвь 10. Так как сброс воды происходит медленнее через калиброванную диафрагму 13, чем поступление воды из коллектора 2, то колодец 3 вновь наполняется. Затем цикл повторяется, вызывая поднятие поплавка 18, соответственно, согнутого конца рычага 15 с грузиком 19 и запорным элементом 16, следовательно, через рычаг 22 с помощью штока 24 клапан 9 с иглой вновь закрывает отверстие зарядного устройства 8, и клапан 9 полностью утапливает свою иглу, и воздух запирается в разрядном устройстве 8.
Таким образом, с момента начала заполнения колодца 3 водой до максимального происходит постоянно незначительный сброс воды через сливную трубку 12 и согнутую трубку 14 в нисходящую ветвь 10, что устраняет преждевременное закрытие клапана 16.
Сила поднятия приводного рычага 15 с согнутым концом поплавком 18 тем самым увеличивает силу прижатия запорного элемента 16 к седлу, улучшает герметичность автоматического сливного клапана и делает его надежным во всех условиях эксплуатации устройства. При этом вес грузика может изменяться.
Установка автоматического сливного клапана в колодце для части слива воды исключает применение ручного труда и позволяет существенно предотвратить наледообразование и закупорку выхода нисходящей ветви сифона, не зависит от продолжительности времени накопления в зимний период расхода воды в колодце. Поэтому устройство становится универсальным, может быть настроено как установкой сливной трубки с седлом, так и приводного согнутого рычага с грузиком сверху и клапаном, что продлит срок службы устройства в целом.
Таким образом, устье дренажного коллектора может работать круглый год в автоматическом режиме, расширяет его применение и сводит к минимальному вмешательство человека у устья коллектора. Увеличивается надежность устройства, защищается нисходящая ветвь сифона и емкость колодца от замерзания в них воды. При этом сокращаются расходы на эксплуатацию, на ремонт, решаются проблемные вопросы автоматизации устья дренажного коллектора в сельском хозяйстве по сравнению с прототипом.