РЕГУЛЯТОР УРОВНЯ ГРУНТОВЫХ ВОД
GROUND WATER LEVEL REGULATOR

Изобретение относится к мелиорации и может быть использовано для автоматического регулирования уровня грунтовых вод.
Известен регулятор уровня воды в дренажной сети, включающий запорный орган, установленный на входном оголовке дренажной трубы, поплавок и шток, дренажный колодец и выпускной патрубок (Авторское свидетельство SU №496349, кл. Е02В 11/00 от 25.12.1975).
Недостатком известного регулятора является низкая эффективность регулирования водного режима почвы, а также необходимость ручной настройки для перехода на другой режим и  свойство запаздывания процесса открытия запорного органа, выполненного из клапанов, соединенных между собой штоков, причем нижний клапан размещен внутри запорного органа, а верхний - снаружи, в связи с этим он недостаточно чувствителен при изменениях уровня воды в колодце, требует более высокого качества изготовления исполнительного устройства, так как вследствие двух перпендикулярных клапанов, имеющих общий шток, нижний клапан может отказать в работе при заклинивании его в корпусе вследствие коррозии или загрязнения, что ведет к резкому возрастанию сил сопротивления и погрешности поддержания уровня воды в колодце.
Известен также регулятор уровня грунтовых вод, содержащий колодец, установленный в нем на оголовке дрены запорный орган в виде клапана, связанный с рычагами шарнирного механизма, и поплавок (патент RU №2490394, кл Е02В 11/00, G05D 9/02 от 20.08.2013).
Недостатком этого устройства является наличие узлов в виде емкости-противовеса, рычажного механизма в виде соединенных между собой частей ригеля и плавающего поплавка в нем, что делает работу устройства громоздким, требует точной взаимной центровки рычажного механизма и угла между двумя ригелями и, как следствие, большая материалоемкость.
Наиболее близким по назначению к предлагаемому является регулятор уровня грунтовых вод, включающий запорный орган, установленный на входном оголовке дренажной трубы, поплавок со штоком, дренажный колодец и патрубок, запорный орган снабжен рычагом, шарнирно присоединенным одним концом к штоку (патент RU №2530527, кл. Е02В 11/00, G05D 9/02 от 25.10.2014).
Недостатком этого устройства является наличие поплавковой камеры, высотное ее расположение в колодце и трех штоков большой длины в нем, что делает работу устройства достаточно громоздкой при медленном наполнении воды и тем самым наполнении поплавковой камеры и, как следствие, большая материалоемкость.
Технический результат от использования заявляемого изобретения заключается в упрощении конструкции и уменьшении материалоемкости.
Технический результат достигается тем, что в регуляторе уровня грунтовых вод, включающем запорный орган со штоком, установленный на входном оголовке дренажной трубы, поплавок со штоком, дренажный колодец и выпускной патрубок, запорный орган на выпускном патрубке снабжен рычагом, шарнирно присоединенным к штоку поплавка, шток запорного органа дрены снабжен П-образным перевернутым стаканом с пружиной, расположенным между направляющими, причем один конец пружины соединен со штоком шарнирно-рычажного привода, а второй - со штоком запорного органа дрены с подпорным диском, выполненного в виде перевернутой тарелки с возможностью контактирования с седлом впускного патрубка, при этом к средней части штока, соединенного с пружиной в верхней ее части, шарнирно одним концом присоединен рычаг, связанный с качающейся осью, установленной на вертикальной стойке.
Кроме того, колодец снабжен дополнительно откидным затвором, шарнирно соединенным со стенкой колодца.
Кроме того, подпружиненный запорный орган с подпорным диском, выполненный в виде перевернутой тарелки, имеет форму конуса с боковыми изогнутыми стенками, обращенными в сторону плоского седла патрубка.
Кроме того, шток П-образного перевернутого стакана выполнен с регулировочной втулкой и с ограничителем хода.
Предлагаемый регулятор уровня направлен на устранение указанных недостатков за счет упрощения конструкции, числа камер и штоков, а также уменьшение материалоемкости.
Практическая работоспособность предлагаемого устройства регулятора уровня грунтовых вод очевидна и он вписывается в технологию конструирования для дренажных систем.
Такая конструкция регулятора уровня грунтовых вод обеспечивает возможность задавать величину свободного хода запорного органа с укороченным штоком и с пружиной, прикрепленной одним концом к удлиненному штоку регулируемого П-образного перевернутого стакана с регулировочной втулкой (настройкой) на штоке, который в верхней своей части контактирует с ограничителем, закрепленным в колодце. Установка свободной пружины растяжения внутри П-образного перевернутого стакана и регулирование последнего по высоте, закрепленного на удлиненном штоке, шарнирно связанного в средней части с двуплечим рычагом, поплавком с грузом на качающейся оси двуплечего рычага. При этом сам запорный орган выполнен плоской пластиной, закрепленной к подпорному диску, который имеет форму конуса с боковыми изогнутыми стенками, обращенному к седлу патрубка с возможностью перекрытия выпускного отверстия седла патрубка, которое расположено соосно с открытой частью перевернутого стакана. Размещение открытой нижней части стакана с пружиной, позволяет обеспечить устойчивое положение запорного органа при закрытии седла вертикального патрубка.
Следует обратить внимание на форму седла патрубка и форму запорного органа с подпорным диском, выполненного в виде перевернутой тарелки, это смягчает удары о края направляющих, в который движется П-образный перевернутый стакан со штоком с пружиной.
За счет обтекаемости боковых стенок запорного органа в целом увеличивается выпуск воды в полость колодца без выплесков, обеспечено уменьшение величины сопротивлений (потерь) выпускаемой воды из вертикального патрубка, которое отсутствует в известных устройствах.
На чертеже показана принципиальная схема регулятора уровня грунтовых вод.
Регулятор уровня грунтовых вод включает колодец 1 с выпускным патрубком 2 коллектора, откидной затвор 3 на выпускном патрубке 2 с рычагом 4 с шарниром 5, который посредством двуплечего рычага 6, штока 7 и жестких связей через шарниры 8, 9, 10 связан с рычагом 6, один конец которого соединен шарниром 10 со средней частью удлиненного штока 11, присоединенного к пружине 12, а поплавок 13 и груз 14 переменной массы закреплены в средней части штока 7 с откидным затвором 3 выпускного патрубка 2. Двуплечий рычаг 6, поворачивающийся на оси 15, закреплен к стойке 16, которая закреплена жестко к дну 17 колодца 1. Позицией 18 обозначен ограничитель перемещения запорного органа 19 с подпорным диском 20 в виде перевернутой тарелки и установленный над плоским седлом 21 на конце впускного патрубка 22, соединенным с подводящим коллектором 23. Пружина 12 размещена в П-образном перевернутом стакане 24, который расположен между направляющими 25 с перегородкой 26. Укороченный шток 27 запорного органа 19 дрены с подпорным диском 20 закреплен к нижнему концу пружины 12 и размещен в направляющей втулке 28 в перегородке 26, при этом удлиненный шток 11 имеет регулировочную втулку 29. Элементы, связанные в колодце 1, составляют принципиальную схему с перевернутым стаканом 24 с пружиной 12, запорным органом 19 с подпорным диском 20, который выполнен в виде перевернутой тарелки, впускным патрубком 23 с плоским седлом 21, откидным затвором 3 выпускного патрубка 2, с чувствительным элементом поплавком 13 и шарнирно-рычажным приводом.
Регулятор устанавливают в дренажном колодце 1 и настраивают на определенный заранее выбранный уровень воды, для чего фиксируют длину штока 11 и стакан 24 регулировочной втулкой 29, стакан удерживается пружиной 12, связанной с укороченным штоком 27. В качестве направляющей для укороченного штока 27 служит перегородка 26 с направляющей втулкой 28.
Предлагаемый регулятор работает следующим образом.
В открытом положении запорный орган 19 дрены с подпорным диском 20 отходит от седла 21 впускного патрубка 22, соответственно, через пружину 12 перевернутый стакан 24 перемещается вверх со штоком 11, и через двуплечий рычаг 6, шток 7 с поплавком 13 с грузом 14, откидной затвор 3 закрывает выпускной патрубок 2 коллектора. Вода поступает в колодец 1 и поднимается до уровня, когда подъемная сила поплавка 13 становится равной и больше давления водяного столба на откидной затвор 3 и веса поплавка 13 с грузом 14. Выталкивающая сила воды, действующая на поплавок 13, связанный с рычагом 6, штоком 11, стаканом 24 и пружиной 12, открывает откидной затвор 3, выпускает воду через выпускной патрубок 2 коллектора, а вместе с ними постепенно опускаются запорный орган 19 дрены с подпорным диском 20, и закрывают впускное отверстие патрубка 22 с подводящим коллектором 23. При опускании запорного органа 19 дрены с подпорным диском 20 и с укороченным штоком 27 за счет сжатия пружины 12 прижимается запорный орган 19 дрены с диском 20 к плоскому седлу 21 патрубка 22, которые закрыты и готовы к следующему циклу работы.
Высота подъема запорного органа 19 с диском 20 ограничивается высотой штока 11 при наличии ограничителя перемещения 18, при котором прекращается слив воды из колодца 1. По мере наполнения воды в колодце 1 до поплавка 13 в поднятом состоянии вместе с ним происходит постепенное поднятие вверх откидного затвора 3 с рычагом 4.
В дальнейшем процесс повторяется. Период повторения зависит от скорости заполнения водой колодца 1.
Таким образом, принцип действия регулятора уровня грунтовых вод следующий. Когда уровень воды в колодце увеличивается, поплавок начинает подниматься вверх. Поплавок со штоком связан с откидным затвором, открывающим выпускной патрубок, а запорный орган дрены с диском закрывает впускной патрубок, через которые регулируется уровень грунтовых вод, пока соответственно не уменьшится слив воды из дренажного колодца.
Емкость описанного дренажного колодца в каждом конкретном случае принимают в зависимости от эксплуатационных условий, принятой схемы регулирования подачи воды и длины коллектора.
Таким образом, горизонт воды в колодце с поплавковым шарнирно-рычажным механизмом управления регулируется выпуском расхода воды из дренажного колодца в автоматическом режиме.
Предлагаемый регулятор уровня грунтовых вод позволяет упростить конструкцию и уменьшить материалоемкость в целом.