УСТРОЙСТВО ПЕРЕКРЫТИЯ СБРОСНОГО КОЛЛЕКТОРА ПУТЕМ ПОДТОПЛЕНИЯ ВЫРАБОТАННОГО ТОРФЯНИКА
DEVICE FOR DISCHARGE COLLECTOR SHUTOFF BY WAY OF WORKED OUT PEAT BOG UNDERFLOODING

Изобретение относится к добыче торфа, конкретно к работе по восстановлению торфяных болот, и в частности к обводнению выработанных торфяников.
Известно устройство для подачи местных вод для обводнения выработанных торфяников, включающее канал с водой, концевые участки канала имеют подпорное перегораживающее водопереливное сооружение, выполненное в виде короба с возможностью вертикального перемещения, в верхней части напорной сливной торцевой стенки короба выполнено водовыпускное отверстие, снабжено с внутренней стороны короба подпружиненным клапаном с внутренней стороны короба с размещенным над ним водосливным козырьком, а в нижней части другой сливной торцевой стенки короба, установленной в наклонных направляющих, выполнено водовыпускное отверстие (Патент RU №2662473, Е021С 41/32, Е02В 13/00, Е02В 3/00, А62С 3/02 от 26.07.2018).
Недостатком известного устройства является высокая металлоемкость конструкции подпорного перегораживающего водопереливного сооружения. Кроме того, поток воды в сбросном коллекторе при весеннем половодье зачастую несет с высокой скоростью различные предметы, например отрезки стволов деревьев, сучья, способные забить заграждение в виде переливного сооружения, что также создает большое гидравлическое давление на сооружение, и может его разрушить.
Наиболее близким по технической сущности к заявленному устройству из патентного документа является, выбранный в качестве прототипа устройство перекрытия сбросного коллектора путем подтопления и выработанного торфяника, включающее доступный источник воды, дополнительная емкость снабжена заградительным приспособлением, расположенным между боковой стенкой дополнительной емкостью, выполненного в виде дамбы, при этом закрепленное к боковым стенкам заградительное приспособление выполнено из задерживающих элементов в виде установленных в ряд погруженными в воду поплавками с разделительными перегородками, установленными на всю глубину дополнительной емкости, и верхняя часть которых выше максимального уровня воды в дополнительной емкости, с возможностью вертикального перемещения между этими поплавками в зависимости от изменения уровня воды в дополнительной емкости, при этом по варианту выполнения заградительное приспособление может быть выполнено в виде поплавков, закрепленных к связям в виде гибкого троса и расположенных в плане зигзагообразно (Патент RU №2673370, А62С 3/02 от 26.11.2018).
Данное устройство содержит заградительное приспособление осуществляющее подпор поверхностного слоя воды в дополнительной емкости, что является не достаточным для увеличения создания подпора водного потока по высоте дополнительной емкости. Кроме того, велик риск надежности заграждения при креплении в берегах в виде поплавков с помощью гибких связей, когда поток воды при половодье зачастую переносит с высокой скоростью различные плавающие предметы, например. Стволы частей деревьев, сучья, которые задерживаются гибкими связями с поплавками, тем самым создают большую величину усилий, и завалы, способные опрокинуть (сорвать) заграждение, вырвав штыри из берегов в виде крепления, т.е. с поверхности земли, так как динамическое давление воды при весеннем половодье может иметь большую величину, для того чтобы вырвать штыри с гибкими связями. Таким образом, это ограничивает применение заграждения в известном решении при подтоплении выработанных торфяников при весеннем половодье. При этом поплавки легче воды и держаться на ее поверхности. Выпуск воды через основание водосливного порога на водосборной площади выработанного торфяника путем прорыва прокопа должно быть укреплено хлыстами древесных растений из экологически чистого материала - ивняк и ольха для устранения размыва земляного водосливного порога с возможностью подержания заданного уровня выработанного торфяника до расчетного наполнения.
Задачей настоящего изобретения является создание простых двух шнеков, соединенных V-образно с объединенным в центре редуктором, а верхние концы соединены с натяжителем при помощи тросов намотанных на барабаны с валами, и создания эффективного и надежного технического решения для сбросного коллектора и путем подтопления торфяника в тех местах, где создание известных заградительных устройств недостаточно эффективно.
Обеспечиваемый настоящим изобретением технический результат заключается в надежности использования энергии движущего потока в сбросном коллекторе при подтоплении и выработанного торфяника при весеннем половодье. Также технический результат заключается в увеличении времени полезного использования и в повышении надежности данного сооружения, и оперативности его создания при восприятии большого давления потока воды, и тем самым создания подпора водного потока, который по высоте увеличивается и концентрируется у нижних концов по направлению его движения концов валов шнеков.
Технический результат достигается тем, что устройство для перекрытия сбросного коллектора путем подтопления и выработанного торфяника, включает доступный источник воды, дополнительная емкость снабжена заградительным приспособлением, расположенным между боковой стенкой направляющего элемента выполненного в виде дамбы, при этом закрепленное к боковым стенкам заградительное приспособление выполнено из задерживающих элементов, погруженных в воду, верхняя часть которых выше максимального уровня воды в дополнительной емкости, с возможностью вертикального перемещения заграждения, согласно изобретения, закрепленные к боковым стенкам дамбы заградительное приспособление, выполненное из задерживающих элементов, они выполнены из валов с винтовыми лопастями, образующие шнеки с V-образным расположением относительно водного потока и валы соединены с натяжителем соединенным с упором, размещенным на берегу дамбы, при этом шнеки выполнены в виде конусов с увеличением диаметра винтовых лопастей в сторону центра водного потока между берегами дамб.
Кроме того, к упорам присоединяют тросы, намотанными на барабаны лебедок, и тросы соединяют с валами с помощью передачи вращения через редукторы, причем валы в центре водного потока соединены между собой дополнительным редуктором вращения.
Кроме того, основание водосливного порога водосборной площади, выполненное путем прорыва прокопа, дополнительно закреплено хлыстами древесных растений из экологически чистого материала - ивняк или ольха для устранения размыва открытого земляного водосливного порога с возможностью его соединения со сбросным коллектором и поддержания расчетного наполнения на водосборной площади выработанного торфяника.
Проведенный заявителем анализ уровня техники, включающий поиск по патентам и научно-техническим источникам информации и выявление источников содержащих сведения об аналогах заявленного изобретения, позволил установить, что заявителем не обнаружен аналог, характеризующийся признаками, идентичными всем существенным признакам заявленного изобретения.
Для проверки изобретения «изобретательского уровня» заявитель провел дополнительный поиск известных решений с целью выявления признаков, совпадающих с отличительными признаками от ближайшего аналога с признаками заявленного изобретения, результаты которого показывают, что заявленное изобретение не следует для специалиста явным образом из известного уровня техники, поскольку из уровня техники, не выявлено влияние предусмотренных существенными признаками заявленного изобретения на достижение технического результата.
Следовательно, заявленное изобретение соответствует требованию «изобретательский уровень» по действующему законодательству.
Сущность изобретения поясняется, где:
на фиг. 1 изображена принципиальная технологическая схема выработанного торфяника и устройство, установленное на повороте сбросного коллектора;
на фиг. 2 - заградительное приспособление в виде размещенных угловых шнеков при небольшой ширине дополнительной емкости, вид сверху;
на фиг. 3 - вариант размещения нескольких шнеков при значительной ширине дополнительной емкости.
Заявленное устройство перекрытия сбросного коллектора путем подтопления и выработанного торфяника представляет собой выработанную водосборную площадь выработанного торфяника 1 с источником воды, накопленного в результате дождевых и паводковых осадков, а также накопления и таяния снега, участок который расположен в границах управляемого источника воды, а излишки воды вытекают через водосливной порог 2 в виде прокопа проема, в дамбе выработанного площади торфяника, основание которого защищено укреплением его хворостом (хлыстами) кустарниковой растительностью, например, растущего ивняка или ольхи и открытый порог 2 подтоплен со стороны сбросного коллектора 3. Сбросной коллектор 3 включает размещенную в береговой зоне образованную емкость 4, которая может быть сооружена как на повороте (фиг. 1), так и на прямом участке (не показано) сбросного коллектора 3, на котором устанавливают направляющий элемент 5, представляющий собой, например, сплошную насыпную дамбу, перекрывающую сбросной коллектор и частично заходящую в образованную емкость 4, разделяя ее на две части с образованием суженного струенаправляющего канала 6, который в свою очередь является подпорным сооружением и дополнительной емкости 7 с дамбой 8, при этом дамба выступает над поверхностью воды на расстоянии, учитывающем максимальную величину повышения уровня воды в сбросном коллекторе во время сброса излишков воды из площади выработанного торфяника 1 или во время паводков.
Направленный элемент 5 устанавливают таким образом, чтобы направление потока при входе его в суженный струенаправляющий канал 6, расположенный в меньшей части емкости 4, было расположено в одной плоскости ему и выполняло подпор воды вверх.
В дополнительной емкости 7 с дамбой 8 образованной емкости 4, устанавливают заградительное приспособление и соединенное в плане V-образно под углом к друг другу шнеки, содержащие состоящие из валов 9 и 10. На валах размещены винтовые вращающие лопасти 11 и 12, причем нижние концы лопастей по направлению к центру потока соединены с редуктором 13, конец вала 9 которого, через кардан 14 упорного подшипника 15 и верхний конец гибкой тяги 16 и натяжного устройства выполненного в виде удерживающего барабана лебедкой 17, соединены с упором 18, например, на берегу дамбы 8, а верхний конец другого вала 10 через кардан 19 соединен через гибкую связь с упором 20 направляющего элемента 5.
Таким образом, закрепление натяжного устройства в виде удерживающего на барабане лебедки 17 через намотанную гибкую тягу 16 позволяет менять высотное погружение положение в воду соединенные в плане V-образно заградительное устройство между берегами направляющей дамбы 5 и дамбой 8 в плавающем состоянии.
По варианту выполнения при значительной ширине дополнительной емкости 7 шнеки достаточно большой протяженностью изготовить сложно, поэтому на широких течениях дополнительной емкости (или на прямом участке сбросного коллектора 3) может быть использовано их зигзагообразное расположение (фиг. 3), выполняющего роль гибкого вала, и установленного, поперек водяного потока (количество таких устройств может быть установлено более двух в виде гирляндов). Следует отметить, что соединение V-образно расположение шнеков вместо редукторов 13 может быть использован взамен его отрезок стального троса, установленный в шариковых подшипниковых опорах (не показано).
Устройство перекрытия сбросного коллектора путем подтопления и выработанного торфяника работает следующим образом.
В результате естественного заполнения водой в границах участка выработанного торфяника 1, определяют длину зарегулированного участка сбросного коллектора 3, вклинивающего в подпорное сооружение, выполненное в виде перегораживающего сооружения по отношению к водосбросной площади выработанного торфяника. Сбросной поток воды через водосливной укрепленный в основании порог 2 (например, из набросанных бревен деревьев, веток, хвороста, мешков заполненных местным грунтом) направляется в сбросной коллектор 3, далее направляется направляющим элементом 5, например, сплошной дамбой, через образованной ею сужением струенаправляющий канал 6 в образованную емкость 4. В струенаправляющем канале 6 за счет того, что его ширина меньше ширины сбросного коллектора, уменьшается и живое сечение потока, вследствие чего увеличивается подпор воды в сторону верхнего бьефа сбросного коллектора 3 до водосбросного укрепленного в основании порога 2 (образуется подпор воды для слива из торфяника 1), вследствие чего скорость течения из канала 6 на входе возрастает и при изменении его направления на выходе из канала 6 в образованную емкость 4, происходит ее гашение от заполняемого потока воды как в емкости 4, так и в дополнительной емкости 7, где заградительное приспособление выполнено между боковыми стенками дополнительной емкости 7 и боковой дамбой 8 при набегании потока, находящегося в емкостях 4 и 7, происходит подпор воды за счет взаимодействия ее с V-образно установленных в плане, под углом друг к другу шнеков, состоящих из валов 9 и 10, создающих подпор водного потока, который по высоте увеличивается и концентрируется у нижних по направлению его движения концов валов 9 и 10 шнеков. В связи с этим диаметры винтовых вращающихся поверхностей лопастей 11 и 12 увеличиваются по направлению к нижним концам валов. Диаметры и величина их конусности будут определяться скоростью подпертого водного потока, а также степенью его торможения одно- или многозаходными шнеками. Сами шнеки достаточно большой протяженностью изготовить сложно, поэтому на широких течениях дополнительной емкости 7 может быть использовано их зигзагообразное расположение (фиг. 3).
На дамбе направляющего элемента 5 и боковой дамбе 8 устанавливают соответственно, лебедку 17. На барабан лебедки 17 наматывают гибкую тягу 16 (трос), и меняют высотное погружение положение V-образное заграждение между двумя берегами 5 и 8, наматывая или опуская валы 9 и 10 с редуктором 13. Вертикальное и плановое их положение будет зависеть от наполнения воды в дополнительной емкости 7 (или сбросного коллектора 3), а значит, наматывания на трос и барабан лебедки 17 тоже будет меняться, которое может это сделать наблюдатель эксплуатационного обслуживающего штата, особенно в весенние паводки.
Таким образом, сбросной коллектор используют как зарегулированный участок подпорного сооружения, соединенного в верхнем бьефе с выработанным торфяником и его регулирования водосборной площади автоматически, как накопительная емкость, которая будет работать в режиме постоянного обеспечения самонапорного выпуска излишек воды для нижележащих участков выработанных торфяников по уклону местности.
Особенно при паводках (излишних) расходах, когда резко увеличивается сбросной расход, и, чтобы не переполнить верхний участок в границах выработанного торфяника (это в основном наблюдается в весенний паводок) выше отметки расчетного затопления (отсутствия например, подтопления близлежащих деревень и дачных участков) в работу вступает сбросной коллектор с направляющими элементами, образующий подпорный канал с емкостью на повороте со сливом через дополнительную емкость с заградительным приспособлением в целом.
Примером использования может служить созданные условия на основании проведения мониторинга, на примере, проект: по обводнению выработанного торфяного месторождения (ТМ) «Большое Урсово» Камешковского района, Владимирской области. Обследование данного объекта было осуществлено в рамках проекта «Восстановление торфяных болот в России в целях предотвращения пожаров и смягчения изменений климата», являющейся Международной климатической инициативы (IKI) ООО "Международный научно-технический центр «НОРСТЭН».
Принципиальное решение по обводнению выработанных ТМ может приниматься только исходя детального обоснования предложенного нового технического решения, поддержания необходимого качества природной среды и социально-экономического развития территории.
Следует отметить, что сработка водосборной площади 1 выработанного торфяника, позволяет автоматически поддерживать в нем заданный уровень при минимальном его заполнении, так как в этом случае, сброс воды отсутствует, укрепленный в основании переливной порог 2 подтоплен и, рассчитывается на этот случай прекращения слива воды.
В каждом конкретном случае это зависит от местных источников накопления воды в данном регионе, примером которого было отмечено выше, его рельефа местности, соответственно местоположения участков в границах выработанных торфяников (его водосборная площадь). Кроме того, использование обводняемых участков могут, служит образованию под болотное растиневодство (выращивание биомассы болотных растений), а также особо охраняемой природной территории с целью создания регулирование влажного режима обводняемых торфяников и окружающего леса, и позволить обеспечить их пожарную безопасность.
Благодаря возможности регулирования положения процессами заполнения и сброса излишек воды зарегулированным сбросным коллектором потока воды в зависимости от расположения выработанного торфяника, зависит его постоянное поддержание высокого уровня в течение всего заданного сезонного периода с накоплением дождевых и паводковых вод, накопления снега в зимний период, стекающие с поверхности воды с прилегающей водосборной площади болот и леса, т.е. обеспечивается оптимальное положение наполнение выработанного торфяника в заданных его границах, и незатапливающего вокруг участки, например, использования населением прилегающих земель, построенных на этих землях жилых строений, дачных участков и т.п. и, введением земледелия, о чем уже было отмечено выше.
Новое техническое решение по предлагаемой схеме вращающихся шнеков позволяет искусственно создать подпор водного потока в дополнительной емкости и в сбросном коллекторе эквивалентно плотинным схемам в гидротехнике. В свою очередь, это позволяет снизить стоимость объекта, повысить управляемость и гибкость системы при изменении технологических условий, обеспечивая эколого- мелиоративную обстановку территории системы выработанной площади торфяников и использование болотных участков под болотное растениеводство, сокращению парниковых газов, что соответствует требованиям по восстановлению торфяных болот, подверженных вторичному заболачиванию. Кроме того, будет иметь место запас воды для применения возможности насосов перекачки, и возможность подачи воды, чтобы исключить возможность возгорания торфяников.
Учитывая изложенное, следует ожидать, что предлагаемое заградительное приспособление V-образное и его расположение, вращающих - шнековое для подтопления и выработанного торфяника найдет применение в работах по восстановлению торфяных болот, используя новую конструкцию подпорного, торфянике.