ОСУШИТЕЛЬНАЯ СИСТЕМА
DRAINAGE SYSTEM

Изобретение относится к мелиорации и может найти применение как при орошении, так и осушении сельскохозяйственных угодий.
Известны регуляторы уровня грунтовых вод, основанные на принципе обеспечения автоматического сброса воды из дренажной сети, авторские свидетельства: SU №763519, Е02В 11/00, G05D 9/02 от 15.09.1980; SU №871153, G05D 9/02, Е02В 11/00 от 25.12.1975.
Однако такие устройства не могут обеспечить, резкое открытие клапана при достижении определенного уровня воды в колодце. Кроме того, запорные органы, состоящие из многочисленных элементов жесткой конструкции с расположенным на нем рычажным устройством, с грузом и поплавками, недостаточно являются управляемыми, некоторые из них требуют ручной настройки для перехода на другой режим работы, а также имеют свойство запаздывания открытие клапана и его заклинивание.
Известна 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 система (Патент RU №2076918, Е02В 11/00 от 10.04.1987).
К недостаткам осушительной системы относятся установка дополнительной емкости с сифоном, что не позволяет гибкое регулирование воды в колодце, соответственно, снижается эффективность работы устройства. Кроме того, в процессе эксплуатации не предоставляется возможность точного и гибкого регулирования уровня грунтовых вод, при этом пропускная способность таких устройств ограничена пропускной способностью самого сифона, а дополнительная емкость усложняет конструкцию устройства. Кроме того, не учитывает кавитационные явления, возникающие вследствие больших скоростей потока в выпускной трубе.
Наиболее близким техническим решением из известных является осушительная система, включающая дрены, коллектор, герметичную накопительную емкость с воздушным клапаном, сифоном и входным и выходным патрубками, при этом гребень сифона выполнен не выше верхней стенки накопительной емкости, а входной патрубок присоединен к накопительной емкости (Авторское свидетельство SU №1523632, Е02В 11/00 от 23.1 1.1989).
Недостатком этой системы является установка накопительной емкости в местах дрен с закрытым коллектором, не позволяет гибкое использование дренажной сети в каскаде по длине замкнутого контура дрен. При этом система не может обеспечить открытие сливного отверстия при достижении определенного уровня воды в колодце, даже несмотря на работу сифона, пропускная способность которого ограничена в целом, так как работа сифона зависит от гидравлических параметров сооружения. Кроме того, не учитывает кавитационные явления, возникающие в самом сифоне.
Известно устройство для забора жидкости, содержащее входную воронку, поплавок, установленный с возможностью вертикального перемещения, телескопически соединенные трубы, колено с отводящей трубой и элементы, соединяющие поплавок с торцами воронки, при этом в средней части поплавка установлена воздухоподводящая конусообразная трубка с верхним и нижним выступами и конусностью, направленной в сторону входящей воронки, причем телескопически соединенные трубы сужаются в нижнем направлении, а соединительные элементы выполнены подпружиненными (Патент RU №2594534, Е02В 9/04, Е02В 7/32, Е02В 3/04, Е03В 3/36 от 20.08.2016).
Недостатком известного устройства для забора жидкости является низкая надежность из-за неконтролируемого открытия и устойчивости в вертикальном положении поплавка над входной воронкой, а также ведет к снижению объема пропускаемого расхода, при этом работа пружин не регулируема, что ведет также к неточности пропускаемого расхода, и отсутствует механическое воздействие груза-противовеса.
Технический результат от использования заявленного изобретения заключается в повышении удельной производительности.
Технический результат достигается тем, что оросительная система, включающая дрены, коллектор, дренажный колодец, выпускной патрубок, воздуховод, верхняя часть выпускного патрубка соединена с входной воронкой вертикальной трубой, расширяющейся к верху с возможностью контактирования с установленным поплавком-обтекателем, стенки которого соединены с выполненными пружинами, размещенными в стаканах, которые корпусом закреплены в нижней части входной воронки, при этом внутри поплавка-обтекателя размещен аэрируемый насадок в форме конфузора, причем крышки стаканов снабжены направляющими трубками, через которые свободно пропущены стойки в виде регулировочных винтов с гайками, закрепленными внутри в сторону днища стакана, а поплавок связан посредством шарнирно-рычажного механизма с откидным затвором, перекрывающим устье коллектора, при этом над входной воронкой установлен регулируемый ограничитель перемещения, последний связан с поплавком-ограничителем.
Проведенный анализ уровня техники, включающий поиск по патентным и научно-техническим источникам информации и выявление источников, содержащих сведения об аналогах заявляемого изобретения, позволил установить отсутствие технического решения в источниках, характеризующихся признаками, тождественными признакам предложенного изобретения. Определение из перечня выявленных аналогов наиболее близкого по совокупности признаков аналога позволило установить совокупность существенных по отношению к усматриваемому техническому результату отличительных признаков в заявляемой осушительной системе, изложенных в формуле изобретения.
Следовательно, заявленное изобретение не вытекает для специалиста явным образом из известного уровня техники, а является результатом творческого труда автора изобретения.
Следовательно, заявленное изобретение соответствует условию «изобретательский уровень».
На чертеже изображена осушительная система, разрез по оси коллектора.
Осушительная система включает дрены 1, коллектор 2, в устье которого размещена емкость 3 колодца 4. Верхняя часть выпускного патрубка 5 с размещенным коленом 6 связана с расширяющимся к верху вертикальной трубой 7, которая заканчивается входной воронкой 8. К нижней внешней части воронки 8 прикреплены жестко корпуса стаканов 9 и 10 с выжимными пружинами 11 и 12. В крышках стаканов 9 и 10 в центре своем имеют направляющие трубки 13 и 14, через которые пропущены свободно стойки 15 и 16 с выжимными пружинами 11 и 12. Стойки 15 и 16 выполнены в виде регулировочных винтов. Нижние свободные концы стоек 15 и 16, расположенные внутри стаканов 9 и 10, фиксируют пружины 11 и 12 гайками 17 и 18 со стороны внутренних их днищ стаканов 9 и 10. Верхние концы стоек 15 и 16 прикреплены жестко к торцам поплавка-обтекателя 19. Поплавок-обтекатель 19 имеет возможность периодического контакта с входной воронкой 8, и поплавок-обтекатель 19 внутри себя снабжен аэрационным насадком 20 в форме конфузора, размещенного узким концом соосно отверстию входной воронки 8. Позицией 21 обозначен регулируемый ограничитель перемещения поплавка-обтекателя 19, установленного над входной воронкой 8.
Груз-противовес 22 переменной массы зафиксирован на рычаге 23, который жестко закреплен к штоку 24, прикрепленному жестко к крестовине 25 насадка 20. Шток 24
шарниром 26 соединен с рычагом 27 и через шарнир 28 связан со штоком 29 с откидным затвором 30, перекрывающим устье коллектора 2.
Осушительная система работает следующим образом.
При осушении вода через дрены 1 поступает в коллектор 2, и при открытом откидном затворе 30, который за счет веса поплавка-обтекателя 19, выжимных пружин 11 и 12 и груза-противовеса 22 открыт,  емкость 3 колодца 4 заполняется водой, в которой размещены расширяющиеся кверху труба 7 с входной воронкой 8, над которой размещен поплавок-обтекатель 19. В этом случае стабилизируется уровень грунтовых вод в колодце 4.
Поплавок-обтекатель 19, удерживая входную воронку 8 в воде в погруженном состоянии, всплывает вверх и через шток 24, шарнир 26 переводит рычаг 27 и шток 29, прикрывает откидным затвором 30 устье коллектора 2 до регулируемого ограничителя 21 хода, обеспечивая постоянный напор на входе воронки 8. При этом вода из верхних слоев поступает в воронку 8 и оттуда через расширяющуюся часть трубы 7 в сторону узкой ее части, затем через колено 6 поступает в выпускной патрубок 5.
С целью предотвращения кавитации и увеличения расхода по оси в трубе 7 по оси поплавка-обтекателя 19 установлен аэрационный насадок 20 в форме конфузора с конусностью, направленной в сторону входной части воронки 8, и воздух подводится в область вакуума расширенной части трубы 7. При уменьшении сброса воды или при отсутствии ее в коллекторе 2, для автоматизированного перемещения поплавка-обтекателя 19 вниз до закрытия входной воронки 8 в нижней ее части установлены выжимные пружины 11 и 12, а в верхней части, на рычаге 23 закреплен груз-противовес 22 переменной массы. Для предотвращения попадания плавающих предметов на прижимные пружины 11 и 12 они помещены в стаканы 9 и 10, через которые пропущены свободно стойки 15 и 16 с пружинами 11 и 12. Стойки 15 и 16 выполнены в виде регулировочных винтов с гайками 17 и 18 в виде фиксаторов выжимных пружин 11 и 12 внутри стаканов 9 и 10 со стороны их днища. Благодаря этому обеспечивается автоматический сброс дренажной воды и постоянность ее расхода независимо от уровня в емкости 3 колодца 4. Для уменьшения гидравлического сопротивления входная часть воронки 8 и полость поплавка-обтекателя 19 выполнены в коноидальной форме.
При всплытии поплавка-обтекателя 19, открывающего воронку 8, происходит сужение потока в трубе 7 и увеличение скорости, в результате чего образуется вакуум. При этом через аэрационный насадок 20 в форме конфузора в зону вакуума всасывается воздух, предотвращающий и процесс кавитации в трубе 7, который, как известно, вызывает эрозию и разрушение устройства.
Подпор в коллекторе 2 воды может подниматься вверх до тех пор, насколько давление воды будет отрегулировано откидным затвором 30 за счет открытия устья коллектора 2 с помощью регулировочного ограничителя 21 перемещения поплавка-обтекателя 19 при превышении критического уровня в емкости 3 колодца 4.
Если местный дренажный сток превышает сброс воды из колодца 4 и уровни в емкости 3 повышены ниже допустимого значения и необходимо поддерживать увлажнение почвы над дренами 1, то регулировочный ограничитель 21 перемещают вниз и ограничивают ход поплавка-обтекателя 19 вверх при контакте со штоком 24, уровень в емкости 3 колодца 4 повышается на величину, достаточную для подъема уровня в коллекторе 2, хотя поступление воды в колодец 4 не ограничено открытием откидного затвора 30. Поплавок-обтекатель 19 прикрывает входную воронку 8.
Таким образом, в режиме увлажнения устройство автоматически переключается на поддержание уровня в коллекторе 2 при сбросе воды при превышении уровня в колодце 4.
При этом в режиме осушения система автоматически поддерживает заданный уровень в коллекторе 2 при настройке через насадок 20 поплавка-обтекателя 19 и откидного затвора
30 с помощью регулируемого ограничителя 21 положения, а также выжимных пружин 11 и 12 на стойках 15 и 16, выполненных в виде регулировочных винтов с гайками 17 и 18, размещенных внутри стаканов 9 и 10.
Сброс воды прекращается путем опускания вниз регулировочного ограничителя 21 при контакте со штоком 24, связанного с крестовиной 25 насадка 20, а при уменьшении поступления объема воды из коллектора 2 в емкость 3 колодца 4 поплавок-обтекатель 19 обеспечивает автоматическое закрывание входной воронки 8.
Успешное функционирование устройства обеспечивает правильный выбор и распределение веса всех его элементов. Вес и расположение выжимных пружин и груза-противовеса переменной массы, вес откидного затвора взаимно увязаны в зависимости от объема поплавка-обтекателя с внутриразмещенным в нем аэрационным насадком.
Гидравлический расчет устройства проводится по известным формулам гидравлики, полученным для оголовков, входная часть которых имеет коноидальную форму, а выходная сужающаяся вниз труба  сопряженной коленом с выпускным патрубком. Эти формулы позволяют определять все параметры устройства.
Применение изобретения позволяет улучшить условия эксплуатации и повысить надежность мелиоративной системы и увеличить срок ее службы, а также создать условия для уменьшения материалоемкости.