ДРЕНАЖНАЯ СИСТЕМА
DRAINAGE SYSTEM

Изобретение относится к области мелиорации и может быть использовано при промывке от наносов в закрытых дренажных системах.
Известна мелиоративная система, снабженная промывно-вакуумирующими патрубками, установленными в узлах сопряжения дрен с напорными распределительными трубопроводами - непосредственно за обратными клапанами, при этом нижний конец каждого патрубка сообщен с помощью распределительного трубопровода и дрены, а верхний выведен на поверхность земли и снабжен герметичной крышкой (Патент RU 2022098, кл. E02B 11/00, 1994).
Недостатком данной системы является то, что после окончания каждого полива вода бесполезно сбрасывается за пределы мелиорируемого массива, процесс промывки идет медленно, так как скорость течения из трубопровода недостаточна для интенсивного размыва наносов. Кроме того, система требует по длине трубопровода многочисленных карманов-ловушек для осаждения крупных наносов, что удорожает строительство такой системы, при этом это вызывает большие местные сопротивления движению воды по длине трубопровода и в конце скорости течения воды могут быть снижены ниже расчетных, в результате чего транспортирующая способность дренажного стока из дрен резко снижается. Другим недостатком является то, что зона применения, например, под напором из гибкого шланга ограничена точечным способом на коротком участке трубы, не оказывая влияния по всей длине трубы до устья, где призма отложений наносов значительно возрастает.
Известна также дренажная система, включающая коллектор, соединенный с впадающими в него дренами, и наблюдательные колодцы, в местах соединения дрен с коллекторами и в истоках дрен установлены патрубки с феромагнитными заглушками и прикрепленными к ним гибкими нитями, расположенными в полости дрен и коллектора, при этом дрены соединены с коллектором через патрубки (Патент BY 8089, кл. E02B 11/00, 2004).
Недостатки указанной системы - невысокая надежность и долговечность гибкой нити, так как, хотя они и должны обладать достаточной прочностью в грунтовых водах с агрессивной средой, однако, их частое протягивание требует особых навыков и ручных усилий с двух сторон, больших тяговых нагрузок на нити, истирание ее при работе с наносами. Кроме того, это требует частого визуального наблюдения или применения дополнительных затрат на определение места закупорки дрен, что также вызывает удорожание системы в целом, особенно, когда имеет место большая длина и количество дрен и достаточно большое их количество на массиве. При этом срок службы также снижается за счет увеличивающихся растягивающих напряжений в материале нитей путем их каждого ручного протягивания в уплотнениях наносов из-за многократного протаскивания нити. Кроме того, имеются сложность и трудоемкость исполнения и требуются большие напоры воды, что приводит к нарушению стыков дренажных труб.
Другим недостатком является то, что со временем пропускная способность дрен может резко уменьшаться. Причиной является образование на внутренней поверхности труб различных отложений, образование которых происходит из-за продолжительного отсутствия очистки дрен. Все это увеличивает гидравлические сопротивления в 2 раза и более (эксплуатация при длительных сроках) и вызывает излишние потери напора.
Задачей изобретения является повышение эффективности промывки и увеличения срока дренажа путем воздействия воздуха на отложения.
Поставленная цель достигается тем, что дренажная система, включающая коллектор, соединенный с впадающими в него дренами, патрубки и устройство для промывки от наносов, устройство для промывки выполнено перфорированными трубками в виде воздуховыпускных отверстий, размещенных внутри дрен, закрепленных к верхней части труб выше дна, имеющих начальный участок отвода в виде металлического ствола, размещенного в патрубке и подсоединенного к источнику сжатого воздуха, подаваемого кратковременно компрессором, соединенного с реле временем, при этом воздуховод сопряжен с ресивером посредством напорного шланга.
Кроме того, перфорированные трубки по всей длине дрен выполнены меньшего диаметра относительно внутреннего диаметра дрен.
Такое выполнение дренажной системы позволяет по сравнению с прототипом автоматизировать процесс защиты дренажных трубопроводов по промывке полости от наносов и других примесей, осаждающихся на стенках трубопроводов, размывая по всей длине и поперечному сечению потоком сжатого воздуха, выходящего через перфорированные отверстия трубок, соединенных с компрессором через заданный интервал времени. Этот интервал задается по условиям эксплуатации. Разрушение отложений, выраженных по длине труб, по команде реле времени производится кратковременно включением компрессора, накапливаемого сжатый воздух в ресивере для поступления воздуха по всей длине перфорированной трубки и поступления его в дрены, где воздух смешивается с водой, вызывая волновые явления по длине дрены, увеличивая и скорости движения взвешенных частиц, а также ввиду того, что эти отложения еще довольно рыхлые, непрочные и сцепление их со стенками дренажных труб незначительно. Сокращается время промывки наносов и разных примесей. Внутренние стенки трубопровода омываются и заполняются упругой средой - воздухом, который смешивается с водой. Струи воздуха выходят из отверстий перфорированной трубки с большим давлением (скоростью) и размывают как отложения, так и омывают внутренние стенки труб дрены, отложения удаляются путем существенного увеличения скорости движения воды по всей длине дрены в коллектор, далее в открытый канал. Способность сжатого воздуха не позволяет частицам оседать на дно и по длине трубопровода на большой их протяженности. Подача сжатого воздуха от компрессора осуществляется от воздуховода и далее к перфорированным трубкам, закрепленным к верхней части полости трубы (свод трубы дрены), т.е. выше дна, что и позволяет не только омывать поперечное сечение внутренних стенок трубопровода, но и делает возможным смыв со дна наносов, происходит активное взмучивание, подъем наносов.
Свободное пространство по сечению трубы позволяет беспрепятственно всплывать смываемым частицам во взвешенное состояние и вместе с потоком, насыщенным воздухом, они поступают в коллектор и далее в открытый канал. Здесь отсутствует какое-либо тяговое усилие устройства для промывки наносов, отсутствуют открытые смотровые колодцы, что позволяет промывной воде с растворенным воздухом выходить непосредственно через коллектор в открытый канал, при этом пропускная способность дрен остается заданной первоначальным расчетом.
Предлагаемое устройство позволяет без больших затрат одновременно при строительстве дрен на массиве осушения проводить закрепление перфорированных трубок внутри полости дрен и крепить их выше дна труб. Поэтому сразу же после строительства дает возможность во многих случаях исключить из технологии работ по устройству дренажа трудоемкую и малоэффективную операцию по укладке гибкой нити и ее закреплению концов в патрубках.
Кроме того, повышенная надежность трубок из полиэтилена и других гибких трубок, применяемых в современной технологии их изготовления в промышленности, позволяет делать широкий выбор таких гибких по длине трубок. Они могут изготавливаться в заводских мастерских по конвейеру для протяжки в специальных станках. Это в свою очередь обеспечивает массовое изготовление таких перфорированных трубок с наконечниками крепления соединений между собой при строительстве. Срок службы не менее 50 лет. Сокращаются потери воды на промыв и повышается производительность труда персонала на дренажной системе. Таким образом, импульс на промывку подается не от прибора, контролирующего перепад уровней воды в устройстве, а от реле времени, включающего компрессор на промыв дрены сжатым воздухом кратковременно с последующим действием смешения с водой.
Возможности такой системы не ограничены, так как устройство по длине перфорированных трубок, закрепленных выше дна в полости дрен, не оказывает практически никаких гидравлических сопротивлений потоку и не снижает пропускную способность потока, насыщенного взвесями при движении воды в сторону коллектора, далее в открытый канал.
Экономическая эффективность предлагаемой дренажной системы заключается в объединении в одном технологическом цикле задач оптимального расхода воды на промыв дрен и самого коллектора под напором, дополнительно транспортирующего наносы под давлением сжатого воздуха, растворенного в воде, так как по длине коллектора отсутствуют открытые многочисленные материалоемкие смотровые колодцы, которые мешают механизированной обработке почвы во время сельскохозяйственных работ.
Сопоставительный анализ заявляемого технического решения и прототипа показывает, что в заявленной совокупности признаков часть существенных признаков является новой, следовательно, заявленное решение отличается от прототипа и соответствует критерию «существенные отличия».
На фиг.1 представлена схема дренажной системы в плане; на фиг.2 - разрез А-А на фиг.1, сечение дрены, коллектора и патрубка.
На всех фигурах направление движение воды и воздуха показано стрелками.
Дренажная система включает коллектор-собиратель 1, соединенный с дренами 2. Вертикальными патрубками 3 оснащают все истоки дрен 2 при строительстве коллекторно-дренажной сети. Одновременно внутри полости дрен 2 фиксируют (закрепляют) перфорированные трубки 4 малого поперечного сечения, которые могут быть выполненными различными способами изготовления.
Герметичность отверстий вертикальных патрубков 3 ниже пахотного слоя обеспечивается крышкой 5, в которой установлен металлический ствол 6. Нижним концом металлический ствол 6 жестко соединен с перфорированной трубкой 4, которая имеет воздуховыпускные отверстия 7 по периметру в шахматном порядке, а верхним концом посредством гибкого шланга 8, входное отверстие которого подключено к нагнетательному патрубку 9 с вентилем 10 с ресивером 11, с источником сжатого воздуха, компрессора (К) 12, соединенного с реле времени (Р) 13 (устройство реле не показано). Напорный шланг 8 составной конструкции, состоящий из отдельных звеньев заданной длины между дренами, снабжен вентилями 14, 15. Соединения шланга, металлического ствола и трубки выполнено герметично разъемной соединительной арматурой 16, например, хомутами. В конце дрены (устье) выполнено водовыпускное отверстие 17, которое служит для подачи воды в коллектор-собиратель 1. Оголовки металлического ствола 6 закрываются пробкой 18 и их оголовки не выводят на поверхность земли, так как при этом они повреждаются или разрушаются в процессе механизированной обработки почвы при рыхлении и вспашке. Они открываются только при необходимости промывки дренажа с коллектором и выхода потока с наносами в открытый канал 17.
Количество одновременно промываемых дрен 2 определяют исходя из накопленного объема сжатого воздуха в ресивере 11, связанного с работой компрессора 12 при автоматическом включение реле времени 13. На самом ресивере 11 устанавливаются измерительные приборы давления (на чертеже не показано). Кроме того, расход сжатого воздуха зависит от конструкции перфорированной трубки 4, ее диаметра, рабочей длины, размера воздуховыпускных отверстий 7, их частоты размещения по длине трубки 4. Таким образом, все размеры определяются расчетом в процессе проектирования дренажной системы.
Промывка дренажной системы осуществляется следующим образом.
Устанавливают компрессорную установку 12 с ресивером 11, имеющим в своем комплекте гибкий напорный шланг 8 необходимой длины и укладывают его вдоль ряда вертикальных патрубков 3, зная их местонахождения в истоках дрен 2. Начало шланга 8 присоединяют к патрубку 9 с вентилем 10 ресивера 11, а конец или разветвление его соединяют с металлическим стволом 6 над крышкой 5 патрубка 3 и герметично фиксируют затяжкой соединенной арматуры 16.
После выполнения указанных операций подают сжатый воздух из ресивера 11 и с помощью вентилей 10, 14, 15 устанавливают количество одновременно работающих дрен на промывку в зависимости от накопленного объема воздуха в ресивере 11, которые одновременно могут заполняться компрессором 12 по команде реле времени 13 в автоматическом режиме работы от сигнала, поступающего от приборов, установленных на ресивере 11 (на чертеже не показано для упрощения). При этом выпускаемый воздух из отверстий 7 перфорированной трубки 4 оказывает возмущающее воздействие на поток воды в дрене 2, наносы активно взмучиваются и приходят во взвешенное свое состояние, далее они уносятся потоком воды. В результате этого улучшается транспортировка взмученных частиц, и ранее осевшие железистые соединения на внутренней поверхности трубы также смываются со значительным увеличением скорости движения воды в закрытый коллектор 1, по которому далее транспортируются в открытый канал 17.
После промывки первой группы дрен производят промывку второй, третьей и т.д. групп до тех пор, пока не будут промыты все дрены, подключенные к данному коллектору. В результате такого воздействия происходит интенсивное перемешивание и транспортирование наносов, а также создается поступательное движение их по дрене 1, что позволяет обеспечить самопромывку всех дрен и узлов соединения с увеличенной скоростью воды на всей длине дрены, т.е. от истока ее до устья.
После выполнения указанных операций выключают ресивер 11, компрессор 12 и перемещают на новую позицию в случае ограниченности длины напорного шланга 8, составленного из отдельных секций по длине.
Система позволяет также производить комбинированный способ, т.е. заполнять, например, сжатым воздухом поры почвы и создавать тем самым аэрацию в почве.
Дренажная система позволяет без больших затрат труда и средств осуществлять регулярную промывку закрытого дренажа несколько раз в году на больших площадях сразу после строительства и при длительной его эксплуатации, что позволяет во многих случаях сократить из технологии работ количество смотровых колодцев и соединительных элементов, улучшить условия потока воды в дренах. Исключает трудоемкую работу при эксплуатации гибких нитей для протаскивания в коллекторе и в дренах с патрубками, что малоэффективно в практике, при этом стоимость промывки дрен при использовании предлагаемого изобретения уменьшится как минимум не менее чем в 2 раза. При этом также позволит повысить оперативность регулирования промывки дрен осушаемых земель через заданный интервал времени путем существенного увеличения скорости движения воды, гидросмесь выносится в коллектор, далее в открытый канал.