УСТЬЕ ДРЕНАЖНОГО КОЛЛЕКТОРА
DRAIN MANIFOLD HEAD

Изобретение относится к комплексной мелиорации агроландшафтов гумидной зоны и может быть применено при проектировании, строительстве, реконструкции и ремонте закрытого дренажа, эксплуатации построенных дренажных систем и сельскохозяйственном использовании земель, осушаемых закрытым дренажом.
При отрицательной температуре воздуха и небольшом расходе воды из дренажной системы, в это время имеет место зимняя межень, на ее устьевой трубе образуется сосулька, которая, как следствие притока расхода воды, постепенно увеличиваясь в объеме, закупоривает полость устьевой трубы ледяной пробкой (Игнатюк Ф.В. «Закрытый дренаж почв», - М.: Колос, 1965, - с. 36-37). В итоге закрытый дренаж прекращает отвод почвенно-грунтовых вод. Это нельзя допускать. Известно, что зимой, при благоприятных условиях, закрытый дренаж при атмосферном водном питании отводит малую часть объема дренажного стока. Образование ледяной пробки в устьевой трубе при больших расходах дренажных вод, как правило, не наблюдается.
Приращение отвода избыточных вод в зимний период ведет к повышению темпа образования прослоек льда на границе промерзания почвогрунта и темпа повреждения (разрыва) корневой системы зимующих растений, что не способствует проведению весенних полевых работ в более ранние сроки и высокой урожайности выращиваемых культур.
Известно устье дренажного коллектора, включающее присоединенную к коллектору устьевую трубу с клапаном, в нижней части устьевой трубы выполнена прорезь, а клапан установлен в полости трубы с возможностью перекрытия прорези, при этом клапан выполнен поплавковым и снабжен направляющими, проходящими через прорезь, а на свободном торце устьевой трубы установлена заглушка (Авторское свидетельство SU №1427033, кл. E02B 11/00 от 30.09.1988).
Однако наличие в устьевой трубе поплавка не предохраняет устьевую трубу от образования в ней ледяной пробки и замерзание воды в ней, что не обеспечивает надежную работу в зимнее время, а это значит работу дрены и ее осушающее действие, т.е. происходит закупорка устьевой части ледяными пробками. Кроме того, всплытие поплавка связано с наличием дополнительного закрытие конца устьевой трубы заглушкой, а это значит ограниченные сроки эксплуатации в районах с близкой глубиной промерзания и позднее начало работы дренажа после оттаивания почвы.
Известна также дренажная система, включающая канал, дренажный коллектор, колодец с отверстиями, фильтрующую колонку и устьевую трубу, которая пропущена через колодец и сообщена с ним посредством выема в ее верхней части, выполненного с боковыми водосливами (Авторское свидетельство SU №1427034, кл. E02B 11/00 от 30.09.1988).
Известная конструкция дренажной системы предохраняет устьевую трубу от образования в ней ледяной пробки и обеспечивает бесперебойную работу дренажной системы в зимний период.
Однако недостатком данного устройства является то, что при длительной эксплуатации его дно дренажного колодца начинает постепенно заиливаться взвешенными частицами грунта в связи с тем, что при переливе воды через водослив в колодец, скорости течения воды через отверстия в дне и фильтрующий грунт (фильтрующую колонку) резко падают. Сам колодец может быстро наполняться водой и уровень его достигнуть водослива, что в конечном итоге обеспечит подпор воды и в самом коллекторе. Одновременно дополнительно образуется нарост в концевой части устьевой трубы, а значит, в ней полностью образуется ледяная пробка, в результате этого будет запаздывание включения коллектора в работу в весенний период. Кроме того, перелив идет через верх трубы, а значит сама устьевая труба полностью наполняется водой, образуется застойная зона в сторону коллектора.
Известна также дренажная система, включающая дрены, коллектор, открытый канал, дренажный колодец, из которого выходит устьевая труба с клапаном (Скрипчинская Л.В. и др. «Сельскохозяйственные гидротехнические мелиорации», Киев, 1977, с. 272, 343-344).
Недостатком ее является запаздывание с включением системы в работу в весенний период в результате закупорки устьевой части ледяными пробками, отсутствие автоматического управления системой при переводе «открытию» или «закрытию» и прекращение сброса воды через устьевую трубу.
Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является дренажная система, включающая дрены, коллектор, открытый канал. В откосе канала выполнена фильтрующая колонка с размещенными в ней устьевой трубой и дренажным колодцем, в дне и стенках которого выполнены отверстия. Устьевая труба и коллектор в дренажном колодце соединены между собой посредством патрубка, в нижней части которого выполнено водосливное отверстие с клапаном (Авторское свидетельство SU №1366595, кл. E02B 11/00 от 15.01.1988).
Недостатком данного устройства является то, что отсутствует автоматический смыв воды с наступлением морозов и приходится водосливное отверстие в патрубке открывать вручную. Возникают трудности определения сроков заморозков, когда необходимо будет срочно закрывать клапан, т.е. ограничение определения временных периодов с наступлением заморозков, особенно в том случае, когда таких сооружений по полям системы имеется большое количество. Кроме того, вода в самом дренажном колодце застаивается из-за малой фильтрации фильтрующей колонки, возникает перенаполнение дренажного колодца, соответственно, возникает подпор, и часть воды поступает в устьевую трубу, в результате происходит закупорка устьевой части ледяными пробками, а это, в свою очередь, вызывает эксплуатационные трудности в определении в весенний период, когда необходимо вновь закрыть клапан вручную, для начала более ранней работы дренажа, что требует ускорить просушку верхнего слоя пахотного горизонта, а в свою очередь, должно быть, позволит сельскохозяйственной технике с более высоким качеством подготовить поля к севу в оптимальные агротехнические сроки закончить сев. От этих мероприятий зависит урожай сельскохозяйственной культуры.
Задача, решаемая данным изобретение, заключается в повышении эксплуатационной надежности конструкции устья дренажного коллектора при условии сохранения бесперебойной работы дренажной системы в зимнее время.
Технический результат, получаемый от решения поставленной задачи, заключается в автоматической эксплуатации устья, обеспечит раннее начало дренажа, позволит сельскохозяйственной технике с более высоким качеством подготовить поля к севу, в оптимальные агротехнические сроки закончить сев для повышения урожая сельскохозяйственных культур, выращиваемых на дренируемых землях.
Технический результат достигается тем, что устье дренажного коллектора, включающее открытый канал и присоединенный к коллектору устьевую трубу, колодец и выпускное отверстие, расположенный в седле клапан, колодец разделен устьевой трубой на две неравные закрытые камеры, в верхней регулировочной камере размещен вертикальный впускной патрубок, сообщенный с полостью устьевой трубы, а нижняя выполнена в виде подклапанной камеры с дополнительным седлом, расположенным соосно с основным и возможностью перекрытия обеих выходных отверстий одним клапаном, выполненным в виде конуса, стенки которого выполнены из материала резины, а внутри резинового клапана в его верхнем и нижнем торцах установлены жесткие пластины, соединенные между собой посредством стержня, закрепленного к штоку поплавка с ограничителем, размещенным на свободном конце и входящим в контакт со вторым ограничителем, закрепленным к крышке верхней части камеры, последняя размещена над устьевой трубой, при этом подклапанная камера соединена трубчатым каналом с верхней камерой и связана с открытым каналом посредством дополнительной трубы, размещенной наклонно в сторону открытого канала
Признаки, отличающие заявленное техническое решение от прототипа, не выявлены в других технических решениях при изучении данной и смежной области техники и, следовательно, обеспечивают заявленному решению соответствие критерию «существенные отличия».
Выполнение дренажного колодца из двух самостоятельных замкнутых камер (верхней и нижней), в одну из них, например подклапанную камеру, вне зоны промерзания одним клапаном для перекрытия обеих выходных отверстий, и, который выполнен из материала резины, внутри резинового клапана в его верхнем и нижнем торцах установлены жесткие пластины, при этом клапан приводится в работу автоматически через соединенный между собой пластины посредством стержня, закрепленного к штоку с поплавком. При этом обе камеры соединены между собой трубчатым каналом для работы как в зимнее время, так и при больших паводковых дренажных расходах, который создает большой напор в начале устьевой трубы. Дополнительная отводящая труба, сопряженная непосредственно с открытым каналом, может увеличить сбросной расход за счет напора воды в верхней камере, взвешенные наносы быстро смываются. Кроме того, длина устьевой трубы (не меньше двух метров) выбрана из условия установки одного конца дополнительной трубы вне зоны промерзания почвогрунта, что защищает предложенное устройство также от промерзания, а конец дополнительной отводящей трубы расположен в приямке открытого канала с водой, следовательно, он также защищен от образования в ней ледяной пробки. Все это в целом снижает капитальные и текущие затраты на эксплуатацию предложенного устройства.
Изобретение иллюстрируется чертежом, на котором изображено устье дренажного коллектора, общий вид.
Устье дренажного коллектора включает открытый канал 1 и присоединенную к коллектору 2 устьевую трубу 3 длиной не меньше двух метров с устройством сброса воды, которое в конце трубы 3 снабжено наклонным козырьком 4, устроенным в верхней части трубы 3, и направлено в сторону сетки 5 на конце дополнительной трубы 6 с водонепроницаемыми стенками, позволяя сверху смывать наносы, при этом сетка 5 предотвращает попадание в трубу 4 мелких животных (лягушек и т.п.). Дополнительная труба 6 с водонепроницаемыми стенками размещена наклонно в сторону открытого канала 1 и в одной вертикальной плоскости с устьевой трубой 3. Вода, изливающая из глухой устьевой трубы 3, постоянно промывает сетку 5 сверху от наносов паводкового стока в открытый канал 1.
Колодец разделен на верхнюю регулирующую камеру 7 и нижнюю подклапанную камеру 8 посредством глухой устьевой трубы 3 на две закрытые неравные части. Для выпуска воды из устьевой трубы 3 служит резиновый клапан 9, выполненный в виде конуса, сидящим верхним торцом на седле 10. Под седлом 10 клапана 9 выполнено дополнительное седло 11 расположенным соосно с основным и возможностью перекрытия обеих выходных отверстий одним клапаном 9. Подклапанная камера 8 соединена трубчатым каналом 12 с верхней регулирующей камерой 7 с поплавком 13. Внутри резинового клапана 9 в его верхнем и нижнем торцах установлены жесткие пластины 14, соединенные между собой стержнем 15, который соединен со штоком 16, размещенным в направляющих 17 в стенке устьевой трубы 3 с втулкой. Выше поплавка 13 шток 16 с ограничителем 18 контактирует со вторым ограничителем 19, закрепленного к крышке 20 верхней регулирующей камеры 7. Благодаря размещению на дне верхней камеры 7 вертикального патрубка 21 (водослива) она соответственно связана с полостью устьевой трубы 3. Заполнение камеры 7 создает условия, в основном, при образовании ледяного нароста 22 только в самом конце устьевой трубы 3, который постепенно повышается и создает подпор воды в начале устьевой части трубы 3. Когда в зимний период при небольших расходах воды, как и в период зимних паводков, уровень стремительно повышается перед вертикальным патрубком 21, часть расхода воды через патрубок 21 начинает поступать в нижнюю подклапанную камеру 8, заполняет ее, одновременно уровень воды в регулирующей камере 7 также постепенно поднимается до высоты размещения поплавка 13. Высота вертикального патрубка 21 назначается расчетом на максимальный подпор в устьевой трубе 3.
Подклапанная камера 8 связана посредством дополнительной трубы 6 с открытым каналом 1.
Устье дренажного коллектора работает следующим образом.
Расходы воды, поступающие из закрытого коллектора 2 в устьевую трубу 3 с наступлением холода, в конце ее начинают образовывать ледяной нарост 22, который постепенно повышается и перегораживает часть поперечного сечения трубы 3. Когда уровень воды превышает отметку верха вертикального патрубка 21, вода начинает через верх его заполнять верхнюю регулирующую камеру 7. По мере наполнения камеры 7 часть воды через трубчатый канал 12 поступает в надклапанную камеру 8, а часть воды наполняет верхнюю регулирующую камеру 7.
По мере наполнения уровень воды в регулирующей камере 7 постепенно поднимается. При наполнении подклапанной камеры 8 под действием напора воды в регулирующей камере 7 через трубчатый канал 12 (столб воды), вода оказывает давление на стенки клапана 9 и в совокупности с подъемной силой поплавка 13 выталкивает клапан 9 из основного 10 и дополнительного 11 седел, поплавок 13 всплывает. Высота подъема поплавка 13 ограничивается высотой штока 16 с ограничителем 18, который входит в контакт со вторым ограничителем 19. Шток 16 увлекает за собой клапан 9. Условием подъема клапана 9 является назначение наполнения камеры 7 и назначение высоты впускного вертикального патрубка 21 (водослива), вместе с поплавком 13, обеспечивающее требуемую силу давления на подъем клапана 9 из-под клапанной камеры 8. Начинается слив воды из камеры 8 через дополнительную трубу 6 с сеткой 5 в открытый канал 1. В итоге при отрицательной температуре воздуха в зимнюю межень и образование нароста 22 в виде ледяной пробки только в конце трубы 3, когда устьевая труба имеет длину не меньше двух метров, устройство не замерзает и работает в автоматическом режиме.
По мере поступления воды через трубчатый клапан 12 и наполнения в камере 7 поплавок 13 находится в поднятом состоянии, а вместе с ним и клапан 9, соединенный со штоком 16.
Весной с началом таяния снега дренажный сток значительно возрастает и напор воды в трубе 3 увеличивается, соответственно, наполнение в регулировочной камере 7 повышается, пропускная способность через трубчатый канал 12 увеличивается, что способствует свободное истечение воды из подклапанной камеры 8 в дополнительную трубу 6 с водонепроницаемыми стенками, расположенную с наклоном в сторону открытого канала 1. Постепенно ледяная пробка в конце устьевой трубы 3 освобождается от льда, так как снаружи начинает поступать теплый атмосферный воздух, а внутри, со стороны коллектора при динамической нагрузке давления воды и положительной температуры, оказывает свое влияние напор воды на выход льда в открытый канал 1, т.е. быстро происходит разрушение ледяной пробки под воздействием дренажной воды при больших расходов в устьевой трубе 3 и сброс в канал 1.
По мере выхода воды по устьевой трубе 3, уровень в верхней регулировочной камере 7 соответственно снижается, так как прекращается поступление воды через вертикальный патрубок 21, а вместе с этим освобождается подклапанная камера 8, поплавок 13 и клапан 9, соединенный со штоком 16, постепенно опускаются вниз. И при опускании клапана 9 до уровня основного седла 10 происходит присасывание клапана 9 к основному 10 и дополнительного 11 седлам, при этом в подклапанной камере 8 остается небольшое количество воды. Для лучшего прилипания клапана 9 к выпускным отверстиям, внутри резинового клапана в его верхнем и нижнем торцах установлены жесткие пластины 14, соединенные между собой стержнем 15. Заиление подклапанной камеры в этом случае не происходит, поскольку вертикальный патрубок (водослив) расположен несколько выше стенки устьевой трубы 3 в регулировочной камере 7, а клапан автоматически перекрывает выпускные отверстия.
Заявляемое изобретение промышленно осуществимо. Таким образом, предлагаемое устройство позволяет беспрепятственно отводить в открытый канал дренажную воду, что обеспечивает эффективную работу коллектора с дренами и их осушающее действие, раньше может начать отвод избыточной влаги и провести весенние полевые работы в более ранние сроки. Это в условиях сезонного промерзания почвы является надежной предпосылкой получения более высоких урожаев сельскохозяйственных культур.