СИСТЕМА ВАКУУМНОГО ДРЕНАЖА
VACUUM DRAINAGE SYSTEM

Изобретение относится к области мелиорации и может быть использовано для осушения грунтов, тяжелых по механическому составу, а также при регулировании уровня воды в верхних бьефах перегораживающих сооружений на оросительных и осушительно-увлажнительных каналах.
Известен регулятор уровня грунтовых вод, установленный на оголовке трубы, включающий корпус с водовыпускными отверстиями и запорным органом с поплавковым приводом, запорный орган связан с поплавком посредством шарнирно соединенного с ними и закрепленного с возможностью поворота на корпусе Г-образного рычага, снабженного съемным грузом, при этом запорный орган выполнен в виде цилиндрического стакана с кольцевидным дном (Авторское свидетельство СССР №871153, кл. G05D 9/02, E02B 11/00, 1981).
Однако регулятор ненадежен в работе из-за трения трубы в трубе, отсутствия возможности управления системой для полного уравновешивания рычажного устройства, сложности конструкции. Конструкция запорного органа и его размещение в колодце приводит к необходимости создания значительных усилий для преодоления гидростатического давления, действующего на всю площадь затвора при его открытии. Эти усилия снижают безотказность срабатывания устройства, а следовательно, и эксплуатации, причем система рычажного механизма на жесткой конструкции с грузом со сложными изломами в соединении также увеличивает усилия на поплавковое устройство.
Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности является система вакуумного дренажа, содержащая отводящие и подводящие дрены, накопительную емкость, сообщающуюся с отводящей дреной через сифон, система снабжена смотровым колодцем, в котором смонтирован сифон, а накопительная емкость связана с колодцем соединительной трубкой с поплавковым затвором, размещенным в колодце, и переливной трубой с обратным клапаном, при этом сифон связан с поплавковым затвором, гибким шлангом, имеет отверстия и расположенный внутри поплавок, перекрывающий отверстия (Авторское свидетельство СССР №1381241, кл. E02B 11/00, 1988).
Недостатком известной системы вакуумного дренажа является то, что она не обеспечивает достаточную точность и быстродействие регулирования и не позволяет осуществить контроль. Сам процесс работы поплавкового привода затягивается для полного открытия дрены и не позволяет повысить быстродействия, так как затвор, следуя за поплавком при изменении уровня в смотровом колодце, медленно открывает и закрывает отверстие дрены, через которое она сообщается с колодцем. При этом расположение конструкции поплавкового привода и расположение его приводит к необходимости создания значительных усилий для преодоления гидростатического давления, действующего на всю площадь поплавкового затвора при его открытии, возникают трудности из-за трения на стояке (перекосы) и в самом поплавке при открытии и закрытии затвора. Эти недостатки снижают безотказность срабатывания устройства, а следовательно, и надежность эксплуатации, и сложность конструкции.
Цель изобретения - повышение надежности и точности в работе путем поддержания заданного перепада между уровнями воды колодца и сифона.
Поставленная цель достигается тем, что в систему вакуумного дренажа, содержащую отводящие и подводящие дрены, накопительную емкость и смотровой колодец, соединенные трубой, сифон и поплавковый привод с затвором, введена камера с ломанной внутренней стенкой, в которой размещен поплавковый привод с клапаном, причем в стенке выполнено отверстие для впускной трубки, а сифон имеет зарядную трубку, при этом в колодце установлена на дне вертикальная переливная стенка с горизонтальной плитой, которая направлена навстречу потоку со стороны соединительной трубы.
Кроме того, со стороны сифона консольная перегородка выполнена с высотой, совпадающей с отметкой капора сифона.
При этом поплавковый привод с клапаном отделены от смотрового колодца в виде лабиринтных перегородок.
Предлагаемая система вакуумного дренажа направлена на устранение указанных недостатков за счет конструкции, которая позволяет уменьшить величину гидростатического давления при открытии запорного клапана, уравновесить систему поплавковой части и конкретной массы груза, а взаимосвязь клапана с поплавковым датчиком уровня позволяет поддерживать заданный перепад между уровнем воды колодца и сифона. Сама работа сифона обладает большой способностью быстродействия, вызванного открытием впускного отверстия в период первоначального наполнения камеры и последующего автоматического поддержания заданного уровня перед сифоном. Выделение самой камеры с поплавковым приводом и сифоном от смотрового колодца лабиринтными перегородками и стенкой, установка горизонтальной полки, водопропускного отверстия и трубки через стенки в средней части, обеспечивает автоматическое поддержание заданного уровня успокоенного потока воды для разделения ее на секции. Процесс накопления и опорожнения сбросной камеры будет продолжаться до тех пор, пока сифон не отведет всю воду, вызывая подсос воды из смотрового колодца, соответственно, поступление воды из накопительной емкости, при этом интервалы между сбросами регулируют изменением пропускной способностью сифона с зарядной трубкой. Кроме того, сифон позволяет произвести очистку камеры от наносов, что обеспечивает надежную работу клапана с поплавковым приводом.
Следует также отметить, наличие горизонтальной полки на вертикальной стенке, закрепленной на дне колодца и выходом воды из соединительной трубы из накопительной емкости с большим уклоном, поворачивает часть струи потока назад к ней, в результате происходит винтовое вращение воды, дополнительное гашение энергии и дальнейшее повышение равномерности водной поверхности за водосливной стенкой перед клапаном, т.е. улучшается донный и поверхностный характер движения воды перед отверстием, перекрываемым клапаном, которая заполняет камеру перед сифоном.
Система имеет более простую конструкцию по сравнению с известными, повышает производительность и эксплуатацию.
Подобное использование системы вакуумного дренажа по мнению автора не было известно и отвечает критерию «существенные отличия».
На чертеже представлена принципиальная схема системы вакуумного дренажа в переходном режиме, общий вид.
Система вакуумного дренажа включает подводящую дрену 1, накопительную емкость 2, соединенную со смотровым колодцем 3, соединительной трубой 4, вертикальную переливную стенку 5 с отверстием 6, и стенка 5 закреплена на дне 7 и жестко заделанная в боковые стенки колодца 3. Переливная стенка 5 выполнена с горизонтальной полкой 8 в верхней части и направлена навстречу потоку, поступающему из трубы 4.
Камера 9 содержит ломанную внутреннюю стенку 10, в закругленной стенке 11 которой сделано отверстие для впускной трубки 12. Нижняя центральная часть ломаной стенки 10 между камерой 9 и смотровым колодцем 3 выполнена отверстием 13 и включает седло с клапаном 14 на шарнире 15 и малый поплавок 16, закрепленный на клапане 14. К клапану 14 прикреплен открывающий рычаг 17, к которому в свою очередь крепится большой поплавок 18, подвешенный на удерживающей гибкой тяге 19. Большой поплавок 18 от бокового смещения в области выходного потока из отверстия 13 снабжен консольной перегородкой 20, нижний конец которой выполнен на отметке капора 21 сифона 22, причем камера 9 гидравлически соединена посредством сифона 22 и вертикального патрубка 23 с отводящей дреной 24 с регулируемой пропускной способностью. Сифон 22 содержит зарядное устройство, выполненное в виде трубки 25, нижний конец, которой расположен в вертикальном патрубке 23 (сливное колено). Кроме того, большой поплавок 18 от заборной части воды сифоном 22 ограничен одновременно и консольной стенкой 20. Таким образом, поплавковый привод с клапаном отделены от смотрового колодца 3 в виде лабиринтных перегородок.
Система вакуумного дренажа работает следующим образом.
Поступающая в дрену 1 вода, стекая по уклону, попадает в накопительную емкость 2, соединенную со смотровым колодцем 3, соединительной трубой 4. Под напором струя воды, поступающая в первую часть колодца 3, ударяясь о переливную стенку 8, образует винтовое вращение воды с воздушным шнуром. Верхний конец переливной стенки 5 образует порог с горизонтальной полкой 8, поворачивает часть струи в сторону выпускного отверстия трубы 4, а другая часть потока воды переливается через горизонтальную полку 8 во вторую часть колодца 3. Одновременно, через отверстие 6 в стенке 5 происходит поступление воздуха с водой из первой части колодца 3, и винтовой поток несколько в вертикальном сечении сжимается, что уменьшает подъем воды в ней - частично кинетическая энергия потока воды гасится. Окончательно поверхность воды успокаивается во второй части смотрового колодца 3 перед отверстием 13, перекрываемого клапаном 14, а часть воды поступает в камеру 9.
С увеличением заданного уровня в колодце 3 и наполнением воды в камере 9 до уровня расположения малого поплавка 16 клапан начинает открываться и частично больший расход воды. Уровень воды в камере 9 возрастает и поднимается до уровня, когда подъемная сила большого 18 и малого 16 поплавков становится равной и больше давления воды на клапан 14, последний резко поднимается и впускает воду в камеру 9. Поскольку объем камеры 9 получается увеличенным от поступления из смотрового колодца 3 до тех пор, пока не включится сифон 22, и за счет быстрого отсасывания воздуха из капора 21 через трубку 25 в дрену 24, сифон 22 заряжается при заданном гидравлическом перепаде между верхним уровнем воды в камере 9 и нижним бьефом, соединенным с дреной 24.
В результате этого, произойдет быстрый сброс воды через сифон 22 в дрену 24 вместе с взвешенными наносами, т.е. камера 9 одновременно освобождается и от взвешенных наносов, что позволяет обеспечить работоспособность клапана 14 с поплавками 16 и 18. Накопление и последующий сброс воды будет, происходит последовательно, начиная от колодца 3 к камере 9 с сифоном 22, соединенным с дреной 24, причем объем воды, сбрасываемый каждый раз из камеры 9 позволяет обеспечить качественную промывку камеры 9, при этом частично сказывается эффект подсоса воды и через трубку 12 из второй части колодца 3 с захватом также взвешенных наносов. Сбрасываемая в дрены 24 вода с взвешенными наносами под напором промывает и дрены по длине, скорости которой будут резко колебаться во времени. Когда уровень воды в камере 9 снижается, вместе с ним опускается большой поплавок 18 и затем малый поплавок 16, вес клапана 14 увеличивается; клапан 14 закрыт и готов к следующему циклу работы. Причем гидравлический режим в камере 9 при работе сифона 22 характеризуется плавным постепенно затухающим за счет ограничения консольной перегородки 20. Разделение части камеры 9 перегородкой 20 увеличивает точность регулирования большим поплавком 18 на клапан 14 с малым поплавком 16 и увеличивает надежность от остальной части камеры 9 и колодца 3 в результате выполнения лабиринтных перегородок.
Таким образом, процесс накопления емкости 2, колодца 3, расположенного до камеры 9 и их опорожнения за счет перетока воды через отверстие 13 в камеру 9 и ее наполнения будет до тех пор, пока включится сифон 22 и не отведет всю воду из камеры 9, причем интервалы между сбросами регулируют изменением пропускной способности отверстия 13, перекрываемого клапаном 14. Кроме того, это позволяет произвести очистку от взвешенных наносов всей закрытой дрены до ее истока коллектора (на чертеже не показано). Вследствие взаимной гидравлической связи колодца, камеры с поплавковым приводом, сифона и других элементов, повышается надежность и точность в работе сооружения, при этом происходит эффективная периодическая промывка от взвешенных наносов сооружения и дрены до истока коллектора.