ОСУШИТЕЛЬНО-УВЛАЖНИТЕЛЬНАЯ СИСТЕМА
DOUBLE-ACTING IRRIGATION SYSTEM

Изобретение относится к гидротехнической мелиорации и может быть использовано при осушении участков земли со сложным рельефом, а также в горных и предгорных районах.
Известна осушительно-увлажнительная система, содержащая дрены, закрытые транспортирующие коллекторы, увлажнительный канал и колодцы, оборудованные гидроавтоматами, увлажнительный канал в виде низконапорного трубопровода с регулятором напора на входе, подключенного к каждому колодцу посредством патрубка, снабженного диафрагменным приводом подъема-опускания его конца и сообщенного с колодцем посредством диафрагменного регулятора расхода, имеющего регулируемое сливное отверстие, при этом рабочие полости регулятора и привода сообщены с трубопроводом питающими трубками, а патрубок в концевой части пригружен (авторское свидетельство RU №1063924, кл. Е02В 11/00, 1983).
Недостатком данной системы является ее сложность, заключающаяся в перенасыщенности управляющих и исполнительных элементов, которая связана с действием насосов для подачи воды в водонапорную башню, требующим электроэнергию. Кроме того, уменьшается надежность системы. Отсутствие дополнительной подачи воды ступенчато в сложных условиях рельефа местности, не может использовать местные источники энергии, т.е. использовать транспортирующую воду реки, канала, коллектора для подъема воды за счет гидравлического удара водоподъемным устройством (использовать энергию открытых водных потоков). В таких условиях водоподъемного устройства отсутствует дефицит энергии, получаемой от электронасоса, и кабельная продукция. При этом регулятор расхода сложен по конструкции и ненадежен в работе из-за диафрагменного привода и пригруженности патрубков грузами.
Наиболее близкой к предлагаемой является осушительно-увлажнительная система, включающая транспортирующие каналы с подпорными сооружениями, дрены с регулирующими колодцами, соединенными в нижней части трубопроводом с транспортирующим каналом, регулирующие колодцы расположены на возвышенностях и сообщены в верхней части дополнительным трубопроводом с верхним бьефом транспортирующего канала, при этом дополнительный трубопровод снабжен эжекторным устройством, установленным в подпорном сооружении канала, а дрены сообщены с колодцами через запорные устройства (авторское свидетельство RU №1636512, кл. Е02В 11/00, 1991).
Недостатками данной системы является то, что она требует устройства глубоких глухих колодцев, достигающих отметки дна транспортирующего канала, а это значит, малый диапазон высот использования в сложных горных и предгорных участках в высотном их расположении, т.е. большая разница между вершиной и местом расположения водоисточника. Кроме того, эжекторное устройство в подпорном сооружении требует герметичной части колодца для соединения дополнительно трубопровода достаточно большой длины, которое требует, как правило, больших перепадов верхнего и нижнего бьефов канала на перегораживающем подпорном сооружении, что ограничивает возвышающие участки рельефа в отношении создания разряжения в трубопроводе и соответственно в колодце, в итоге уровень поднятия воды будет недостаточен для поступления воды в дрены.
Задачей данного решения является уменьшение глубины колодца и повышение эффективности ее работы путем использования энергии сжатого воздуха водоподъемника, получаемого автономно за счет естественного перепада высот волнистого рельефа.
Технический результат достигается тем, что осушительно-увлажнительная система, включающая транспортирующие каналы с подпорными сооружениями, дрены с регулирующими колодцами, соединенные в нижней части трубопроводом, регулирующие колодцы расположены на возвышенностях, а дрены сообщены с колодцами через запорные устройства, система снабжена водоподъемником в виде гидравлического тарана, расположенного у источника орошения ниже по рельефу, и содержит накопительную емкость, которая соединена с колодцем посредством наклонной соединенной трубы с регулируемой задвижкой, при этом запорные устройства дрен выполнены в виде двуплечего рычага с запорными органами для патрубков дренажных труб, один из которых жестко закреплен на одном его плече, а другое плечо снабжено дополнительным поплавком большого размера и малым поплавком и жестко соединено с сегментным щитом, установленным на входном патрубке дрены с возможностью примыкания в закрытом положении к ограничителю, закрепленному к дну дренажной трубы, при этом двуплечий рычаг установлен на оси вращения.
Кроме того, большой и малый поплавки соединены с двуплечим рычагом жесткими тягами и расположены в одной горизонтальной плоскости относительно заданной отметки уровня воды в колодце.
При этом тяги двуплечего рычага при контактной связи с поплавками выполнены в виде винтовой пары, шарнирно закрепленной на одном из плеч рычага.
Предлагаемая осушительно-увлажнительная система направлена на устранение указанных недостатков за счет согласованности работы включения водоподъемника и осуществляется установкой времени работы узла колодца с запорными устройствами, а также задвижки на соединительной трубе, что позволяет создавать наполнение колодца, и, соответственно, уровень воды выше верха увлажнительных дрен позволяет через поплавковые запорные устройства, соединенные с двуплечим рычагом, открывать вход воды в дрены. Расположение конструкции двуплечего рычага, клапана, сегментного щита, ограничителя его перемещения, закрепленного на впускном конце дрены, и работа двух поплавков в паре сохраняют практически повышенную точность поддержания уровня в колодце с помощью расположения на одной высоте двух поплавков, разных по объему, т.е. диаметры которых могут быть различными, соответственно увеличивается устойчивость двуплечего рычага с запорными устройствами при внешнем воздействии изменения уровня воды в колодце. Кроме того, так как верх увлажнителей может меняться, то и высотное расположение двух поплавков в работе может быть изменено винтовой штангой в месте крепления основания поплавка, соответственно, это обеспечивает заданную пропускную способность увлажнительных дрен. Система учитывает различие волнистого рельефа (пересеченного) местности, горных, предгорных и равнинных областей, создания оптимального водно-воздушного режима почв в сложных рельефных условиях, причем это производится в режиме подачи воды за счет сжатого воздуха, создаваемого гидравлическим тараном, вырабатывающегося за счет использования воды на местности волнистого рельефа. Система позволяет полностью автоматизировать процесс поддержания уровня воды в колодце на отметке, соответствующей критической, обеспечивает подачу заданного количества воды в дрены, что обеспечивает экономию водных ресурсов. Кроме того, конструкция двуплечего рычага с сегментным щитом позволяет уменьшить величину гидростатического давления на его обшивку при открытии щита за счет конструкции поплавковой системы и уравновесить в целом двуплечий рычаг с запорными устройствами, а также прижатия их, упирающихся в оголовки дрен, один из которых снабжен ограничителем, что улучшает качество и точность регулирования уровня воды в дренажной системе. В дождливые периоды водоподъемник отключают из работы, и тогда осуществляется самотечное осушение этих земель.
Сопоставительный анализ заявляемого технического решения и прототипа показывает, что в заявляемой совокупности признаков часть существенных признаков является новой, следовательно, заявляемое решение соответствует критерию «новизна».
На фиг. 1 представлена схема осушительно-увлажнительной системы; на фиг. 2 - соединение колодца с дренажной сетью и соединительной трубой с емкостью накопления, связанной с водоподъемником, размещенным на подпорном сооружении на водоисточнике; на фиг. 3 - принципиальная схема водоподъемника в виде гидравлического тарана; на фиг. 4 - поплавковое запорное устройство.
Осушительно-увлажнительная система состоит из источника орошения (например, речка, канал, коллектор), в котором устанавливается водоподъемник в виде гидравлического тарана 1 для поднятия воды на возвышенные участки земель, т.е. использует энергию открытых водных потоков. Поднявшаяся вода поступает в подающий трубопровод 2 расчетного расхода воды на возвышенные участки, накопительную емкость 3, соединенную с колодцем 4, с наклонной соединительной трубой 5 с задвижкой 6. К средней части колодца 4 присоединена осушительно-увлажнительная сеть (дрены 7).
Гидравлический таран 1 установлен в водоисточнике с перегороженной перемычкой 8 с коротким трубчатым патрубком 9, подсоединенным к камере 10 накопления. В камере накопления воды установлен криволинейный затвор 11 (сектор), рычаг 12 которого крепится выше трубчатого патрубка 9 в устоях 13 посредством оси 14 вращения, к которой закреплен рычажный механизм, включающий поворотный рычаг 15 с поплавком 16, который также связан с криволинейным затвором 11 в виде запорного органа. В обшивке нижней части затвора 11, со стороны патрубка 9, выполнено отверстие 17, перекрытое обратным клапаном 18. Поплавок 16 расположен в камере 10 накопления, соединенной с питающим трубопроводом 19 с отверстием 20. Криволинейный затвор 11 установлен с возможностью перекрытия патрубка 9 и соответствующего попеременного перекрытия входного отверстия 20 в начале питающего трубопровода 19. Благодаря наличию ограничителей 21 и 22 криволинейный затвор 11 не может подняться выше патрубка 9 и нижнего трубопровода 19, расходные отверстия, которых перекрываются попеременно затвором 11, а поплавок 16, соответственно, опускается вниз или поднимается вверх и зависит от уровня воды в камере 10 накопления. В концевой части питающего трубопровода 19 расположена круглого сечения ударная камера 23, внутри которой на выходе установлен ударный клапан 24 в виде дроссельного клапана, имеющего поплавковый привод 25, который через рычажный механизм поворачивает клапан 24 на горизонтальной оси 26. Тяга 27 поплавка 25 шарнирно соединена через направляющий рычаг 28, пропущенной через кулису 29, а направляющая 30 закреплена на вертикальной стенке 31 регулирующей камеры 32, сообщающейся с отводящей трубой 33 с впускным отверстием 34, с подпорным устройством в виде щита 35 в направляющих 36, с подъемником 37. Плоский щит 35 установлен с возможностью вертикального перемещения относительно выпускного отверстия 34.
В верхней части камеры 23 имеется патрубок 38, который жестко заделан в плоское седло 39 с отверстием, перекрываемым сверху, например, армированным нагнетательным клапаном 40, расположенным внутри воздушного колпака 41, имеющего нагнетательный трубопровод 2 с накопительной емкостью 3, соединенной с колодцем 4, к которому подсоединена осушительно-увлажнительные дрены 7, оборудованной поплавковыми запорными устройствами для включения участков дрен 7.
Поплавковое запорное устройство состоит из горизонтального двуплечего рычага 42 с тягой 43 с большим поплавком 44 и тяги 45 с малым поплавком 46 и опоры 47. Одно плечо двуплечего рычага 42 имеет клапан 48 для перекрытия входного конца патрубка дрены 7, а другое плечо двуплечего рычага 42 с поплавками 44 и 46, жестко соединено с сегментным щитом 49 для перекрытия другого входного патрубка дрены 7 с ограничителем 50. К плечу двуплечего рычага 42 закреплены шарнирно тяги 43 и 45 и выполнены в виде винтовой пары, связанной с поплавками 44 и 46
Осушительно-увлажнительная система работает следующим образом. При необходимости работы возвышенных участков рельефа в осушительном режиме необходимо подпитывание дрен 7. При включение в работу гидравлического тарана 1 поступившая вода в воздушный колпак 41 за счет сжатого в нем воздуха, накопленного в колпаке 41, под напором из колпака 41 вода поступает далее в нагнетательный трубопровод 2, который подает воду в накопительную емкость 3. (Принцип работы гидравлического тарана не показан, так как в общем случае можно сказать следующее, что принцип действия его основан на движении воды в реке, канале и т.д. за счет перепада статического уровня Z или скоростного напора. Вода может подниматься на высоту до 50 м, тогда как в прототипе этот подъем ограничен самой конструкцией устройства, т.е. конструктивного решения). Таким образом, гидравлический таран работает от воды, движущей в источнике орошения. В горную и предгорную зону системы вода подается под напором при помощи водоподъемника в виде гидравлического тарана 1.
Длительность заполнения водой накопительной емкости 3 определяется временем работы самих увлажнительных дрен 7, водачерез стыки труб или с помощью других устройств фильтруется в почву.
Согласованность работы накопительной емкости 3 осуществляется временем работы колодца 4, наполнение которого регулируется посредством соединительной трубы 5 с задвижкой 6 и поплавкового запорного привода в колодце 4. Тяги 43 и 45 с поплавками 44 и 46 закрепляют в заданном вертикальном положении при помощи установки винтовой пары тяг с поплавками. Уровень воды в колодце 4 начнет подниматься при поступлении воды из накопительной емкости 3 в колодец 4, в результате заполнения водой колодца поплавки 44 и 46 запорных устройств 48 и 49 всплывут и автоматически откроют входные патрубки дрен 7, обеспечивая тем самым равномерное поступление воды в увлажнительные дрены 7 для увлажнения почвы. Расположение конструкции рычажного механизма с сегментным щитом 49 и с клапаном 48, сохраняют практически повышенную точность поддержания уровня в колодце 4 с помощью расположения поплавков большого 44 и малого 46, соответственно обеспечивается пропускная способность дрен 7. Конструкция переменного по весу плеча на рычаге 42 допускает устойчивость его вследствие того, что одно из плеч рычага 42 выполнено изломанно, с двумя поплавками разного размера, учитывается вес сегментного щита.
Для работы системы в режиме дренирования во время весеннего половодья, осенью и в дождливые периоды гидравлический таран отключают, и тогда осуществляется самотечное осушение этих земель по склонам.
В предлагаемой осушительно-увлажнительной системе не требуется выработки дефицитной энергии для больших высотных отметок, как для горных и предгорных участков земли, так и в долинной зоне, так как водоподъемник в виде гидравлического тарана 1 поднимет воду на высоту до 50 м, отсутствует кабельная продукция, работа основана только от источника воды, поступающей в гидравлический таран. Система может охватывать большие площади земли, расположенные в указанных рельефных условиях. Все это позволяет экономить воду и увеличить ресурс работы колодцев с поплавковыми запорными устройствами и с увлажнительными дренами, при котором конструкция системы перспективна и зависит от двух источников: гидравлического тарана и колодца с поплавковыми запорными устройствами, работающих на воде в колодце и сжатом воздухе в колпаке с водой гидравлического тарана, т.е. комбинированно, и их связи между собой. Применение предлагаемой осушительно-увлажнительной системы позволяет уменьшить глубину колодца, расширяет ее функциональные возможности и снижает эксплуатационные затраты в сложных условиях рельефа местности, используя местные источники энергии. Кроме того, повышается уровень автоматизации и механизации системы.