ВАКУУМНАЯ ДРЕНАЖНАЯ СИСТЕМА
VACUUM DRAINAGE SYSTEM

Изобретение относится к мелиорации и может найти применение как при орошении, так и осушении сельскохозяйственных угодий.
Известна вакуумная дренажная система, включающая горизонтальную дрену с воздухоотводящей трубой и соединенное с ней через эжекторы водопроводящее устройство, которое выполнено в виде ряда вертикальных дрен (Авторское свидетельство SU №605884, кл. E02B 11/00 от 05.05.1978).
Однако недостатком этой системы является громоздкость и, как следствие, большая материалоемкость.
Известна также дренажная система, включающая проводящий канал, закрытую коллекторно-дренажную сеть с устьевым участком из промывной ветви с заглушкой и рабочей ветви, снабженной коленообразным патрубком с перегибом, обращенным вверх, и с концевой частью, выведенной в канал (Авторское свидетельство SU №1528856, кл. E02B 11/00 от 15.12.1989).
Недостатком этой системы является то, что концевой участок рабочей ветви в виде колена сифона требует сложного гидравлического расчета и связано с глубиной открытого канала. Кроме того, сброс воды из системы независимо от гидравлического режима осушаемой территории приводит к повышенному поступлению минерализованных дренажных вод в водоисточники и переосушению корнеобитаемого слоя почвы, а также отсутствует автоматический контроль за производительностью расхода воды через рабочую часть колена сифона.
Наиболее близкой к изобретению является осушительная система, включающая дрены и коллектор, в устье которого в дренажном колодце расположена накопительная емкость с сифоном, колено сифона установлено на отметке, соответствующей критической глубине залегания грунтовых вод для почвенно-климатических и гидрологических условий района, в котором расположена осушительная сеть (патент RU №2076918, кл. E02B 11/00 от 10.04.1987).
Недостатком данной системы является то, что необходимо определить сложным гидравлическим расчетом критический уровень грунтовых вод, к которому непосредственно привязано колено (горловина) сифона, закрепленного жестко в стенке емкости с воздушным клапаном. Кроме того, работа сифона зависит от впуска атмосферного воздуха через клапан в стенке емкости, а это означает, что точность управления работой сифона низка и нестабильна при пропуске расхода через сифон, возникают большие его колебания на сброс воды по высоте наполнения емкости, соответственно, невозможно учитывать стабильный сбросной расход воды.
Задача предлагаемого изобретения заключается в повышении эффективности за счет обеспечения плавного впуска нужного объема воздуха в горловине сифона.
Технический результат от использования изобретения заключается в автоматическом переключении и поддержании работы сифона на подачу воды при повышении уровня в емкости, а также в разобщении полости сифона с атмосферой при помощи зарядной трубы и его заряжении в работу.
Технический результат достигается тем, что вакуумная дренажная система, включающая дрены и коллектор, в устье которого в дренажном колодце расположена накопительная емкость с сифоном, последний содержит неподвижно закрепленный корпус с воздушным патрубком и двухклапанный запорный орган, выполненный в виде контактно связанных между собой двух конусов стержнем, которые установлены соосно друг другу вершинам вниз, причем один из конусов размещен в верхней части корпуса и снабжен штоком, связанным с двуплечим рычагом с поплавком который перемещается между ограничительными кольцами.
Кроме того, с целью расширения диапазона регулирования, ограничительное кольцо выше поплавка установлено с возможностью перемещения по рычагу.
Кроме того, колодец по его ширине снабжен водомерным порогом.
На чертеже изображена вакуумная дренажная система, разрез по оси коллектора.
Вакуумная дренажная система включает дрены 1, коллектор 2, в устье которого размещены накопительная емкость 3 с сифоном 4. Сифон 4 содержит зарядную трубу 5, воздушный патрубок 6 с корпусом 7, в котором размещен двухклапанный запорный орган. Корпус 7 расположен в колодце 8. Запорный орган выполнен в виде конусов 9 и 10, размещенных соответственно в нижней и верхней частях корпуса 7. Конус 9 размещен на штоке 11 и соединен посредством стержня 12 с конусом 10. Шток 11 соединен шарниром с двуплечим шарнирно-рычажным приводом, выполненным из рычагов 13 и 14 с поплавком 15, перемещающимся между ограничительными кольцами 16 и 17. Верхнее ограничительное кольцо 17 размещено на рычаге 14 с возможностью относительного перемещения, а за емкостью 3 и сифоном 4 поток огибает водомерный порог 18 в колодце 8.
Вакуумная дренажная система работает следующим образом.
Фильтрующая из почвы вода через дрены 1 поступает в коллектор 2 и заполняет емкость 3 и частично сбрасывает расход воды через зарядную трубу 5, связанную с нисходящей ветвью сифона 4.
При достижении в емкости уровня воды, соответствующего уровню грунтовых вод, и колебании уровня воды в емкости 3, поплавок 15, перемещаясь на рычаге 14 вверх к верхнему ограничителю кольца 17, на заданной отметке уровня за счет движения поднимается, перемещая рычаг 13 со штоком 11 по часовой стрелке. Запорный орган в виде конусов 9 и 10 закрываются, и сифон 4 резко срабатывает и сбрасывает воду, так как воздух из горловины сифона постепенно отсасывается зарядной трубой 5, поэтому производительность достигает заданной. Но так как уровень воды в емкости 3 начинает при этом понижаться, то поплавок 15, опускаясь, приподнимает оба конуса 9 и 10 и приоткрывает нижнее и верхнее воздуховпускные отверстия в корпусе 7 (площадь открытия отверстий зависит от формы конструкции конусов), доступ воздуха в горловину сифона 3 увеличивается и поэтому производительность сифона 3 остается прежней. Таким образом, совместная работа конусов 9 и 10 обеспечивает впуск необходимого количества воздуха одновременно через верхнее и нижнее отверстия корпуса 7.
При снижении уровня воды в емкости 3 увеличивается сначала суммарная площадь обоих воздуховпускных отверстий в корпусе 7, а при дальнейшем снижении площадь только нижнего воздуховпускного отверстия увеличивается больше, тем самым производительность сифона 4 остается прежней, несмотря на уменьшение гидравлического перепада в емкости 3. Это связано с тем, что выполнение конуса 10 в виде острого в вершине конуса, а конуса 9, наоборот, в виде конуса тупого в вершине, способствует обеспечению плавного впуска нужного объема воздуха в горловину сифона 4, что необходимо для поддержания расчетного расхода на сброс постоянным в условиях колебания уровня в коллекторе во всем диапазоне от минимального до максимального.
Таким образом, при сообщении полости сифона с атмосферой сифон может разряжаться, и небольшое количество воды вытекает через зарядную трубу 5 и производится верхняя часть промывки емкости. При разобщении полости сифона с атмосферой при помощи зарядной трубы 5 заряжается.
За счет поплавкового шарнирно-рычажного привода не требуется определять максимальную отметку колена сифона 4, только исходя из критической глубины залегания грунтовых вод, так как сброс будет происходить постоянно за счет автоматического управления поплавкового шарнирно-рычажного привода с двумя конусными клапанами разной конфигурации, перекрывающими воздуховпускные отверстия в корпусе, связанном через патрубок с горловиной сифона.
Такая компоновка системы обеспечивает возможность увлажнения корнеобитаемого слоя почвы при отводе фильтрационного тока воды из почвы. Применение предлагаемого изобретения в практике строительства и эксплуатации при орошении и осушении земель даст возможность повысить эффективность работы вакуумной дренажной системы в автоматическом режиме, а следовательно, уменьшаются опасность поднятия грунтовых вод и развитие вторичного засоления.