СПОСОБ ОБВОДНЕНИЯ ВЫРАБОТАННЫХ ТОРФЯНИКОВ
METHOD FOR FLOODING OF WORKED-OUT PEATLANDS

Изобретение относится к работам по восстановлению торфяных болот, в частности к обводнению выработанных торфяников, кроме того, может быть использовано для регулирования обводнения природных водотоков, выполняя функции заполнения гидрографической сети (ложбины, лощины, овраги, балки).
Известен способ предотвращения пожара в торфяниках, включающий прокладку каналов вокруг очага возможного возгорания, подачу и наполнение каналов водой, в зимний период прокладывают каналы по всему очагу возможного возгорания и намораживают в подготовленных каналах и естественных углублениях ледяные массивы посредством подачи воды в них в зимний период (Патент RU №2254154, А62С 3/02 от 20.08.2005).
Недостатком известного способа в условиях обводнения выработанных торфяных болот является то, что по технологическим причинам необходимо в каналах накапливать воду и замораживать ее в зимний период. Однако использованием таких каналов невозможно обводнить большую часть территории выработанных месторождений торфяных болот, если учитывать их разбросанность и значительную площадь выработок торфа. Кроме того, потребуются значительные затраты на поддержание достаточного накопления воды в таких каналах (они постоянно заиливаются и зарастают травой и т.п.) для эффективного и возможного обводнения торфа, постоянно нуждающегося в его затоплении, а также отсутствие регулирующих сооружений (пруды-накопители, насосные станции, распределительные устройства) не позволяет перехватить и отвести местный сток обводнения торфяных выработок.
Известен способ местных вод для обводнения выработанных торфяников, заключающийся в использовании воды с доступного источника, ее перераспределении в распределители по всей площади торфяника, на площади выработанного торфяника выкапывают группу траншей, после чего в траншеи укладывают лучевые высоконапорные трубопроводы, оснащенные в конце стояками с рассеивающими водовыпусками, внутренняя поверхность, которых сверху выполнена насадком-делителем, причем лучевой высоконапорный трубопровод каждый индивидуально соединен соответствующим свободным концом с магистральным трубопроводом с регулируемой задвижкой, совмещенной с передвижной насосной станцией в виде типа СНП, и пруд-накопитель заполняют местным стоком прохождением весеннего половодья при активном таянии снега при положительной температуре, при этом пруд-накопитель отрывают в наиболее низких топографических отметках за пределами выработанного торфяника объемом, не меньшим объема выработанного торфяника, для перераспределения общего объема закачки насосной станцией регулируемым гидросопротивлением (Патент RU №2650271, А62С 3/02 от 11.04.2018).
Недостатком известного способа в условиях обводнения выработанных торфяных болот является то, что наличие сосредоточенных выпуска воды из водовыпусков, внутренняя полость которых сверху выполнена насадком-делителем приводит к работе только при установке на глубину заполнения и гашения водой над рассеивающими водовыпусками с гибкими диафрагмами в виде резины, взаимодействующими с насадком-делителем с водовыпускными отверстиями. Другим основным недостатком является то, что включение в работу данной конструкции рассеивающего водовыпуска зависит от времени нахождения под водой его и накопления над ним воды, обрастания растительностью, связано с режимом работы насосной станции (остановка или включение), забираемой воды из источника, а также отсутствие возможности образование водовыпуском туманного облака над поверхностью болот. Кроме того, их низкая производительность выпуска воды за счет малых отверстий в насадке-делителя; потребность периодической замены гибкой резины при ее изнашиваемости, снижающих надежность устройств.
Наиболее близким техническим решением к изобретению по совокупности признаков является способ обводнения выработанных торфяников, заключающийся в использовании воды с доступного источника, ее перераспределении в распределители по всей площади торфяника, на площади выработанного торфяника выкапывают группу траншей, после чего в траншеи укладывают лучевые высоконапорные трубопроводы, оснащенные в конце стояками с рассеивающими водовыпусками, внутренняя полость которых сверху выполнена насадком-делителем, причем лучевой высоконапорный трубопровод каждый индивидуально соединен соответствующим свободным концом с магистральным трубопроводом с регулируемой задвижкой, совмещенной с передвижной насосной станцией типа СНА, и пруд-накопитель заполняют местным стоком прохождением весеннего половодья при активном таянии снега при положительной температуре, при этом пруд-накопитель открывают в наиболее низких топографических отметках за пределами выработанного торфяника объемом, не меньшим объема выработанного торфяника, для перераспределения общего объема закачки насосной станции регулируемым гидросопротивлением, при этом концы лучевых напорных трубопроводов, оснащенные стояками с распыливающими водовыпусками и с насадками, снабжают напорной камерой, в которой размещают гидротурбину, и воду нагнетают за счет скоростного напора с организацией струйного движения воды под П-образный купол, который на металлических стержнях закрепляют к торцам напорной камеры, причем купол имеет сферическую поверхность со сквозными отверстиями, и выдают воду на дневную поверхность при обводнении торфяника, и одновременно при этом образуют, большой группой водовыпусков, облако тумана над водной открытой поверхностью образовавшегося болота и в сторону окружающих лесных полос (Патент RU №2692527, А62С 3/02 от 25.06.2019). Данный способ позволяет улучшить условия эксплуатации закрытых трубопроводов с рассеивающими водовыпусками обводнения выработанных торфяников, где поток в корпусе водовыпуска закручивается и образовывает расщепление струй воды под куполом.
Задача, решаемая в рамках создания заявленной конструкции для способа обводнения выработанных торфяников, состоит в дальнейшем ее совершенствовании, а технический результат - в повышение эффективности заявленной конструкции водовыпусков при распылении воды под напором и образования большого туманного облака всеми устройствами.
Для достижения поставленного результата предлагается в известном способе обводнения выработанных торфяников, заключающийся в использовании воды с доступного источника, ее перераспределении в распределители по всей площади торфяника, на площади выработанного торфяника выкапывают группу траншей, после чего в траншеи укладывают лучевые высоконапорные трубопроводы, оснащенные в конце стояками с рассеивающими водовыпусками, внутренняя полость которых сверху выполнена насадком-делителем, причем лучевой высоконапорный трубопровод каждый индивидуально соединен соответствующим свободным концом с магистральным трубопроводом с регулируемой задвижкой, совмещенной с передвижной насосной станцией типа СНП, и пруд-накопитель заполняют местным стоком прохождением весеннего половодья при активном таянии снега при положительной температуре, при этом пруд-накопитель отрывают в наиболее низких топографических отметках зав пределами выработанного торфяника объемом, не меньшим объема выработанного торфяника, для перераспределения общего объема закачки насосной станции регулируемым гидросопротивлением, при этом концы лучевых напорных трубопроводов, оснащенные стояками с распыливающими водовыпусками и с насадками, снабжены напорной камерой, в которой размещено вращающееся устройство, и воду нагнетают за счет скоростного напора с организацией струйного движения вод под купол, который металлическими стержнями закрепляют к торцам напорной камеры, сквозные отверстия выдают воду на дневную поверхность при обводнении торфяника, и одновременно при этом образуют, большой группой водовыпусков, облако тумана над водной открытой поверхностью образовавшегося болота и в сторону окружающих лесных полос, согласно изобретения стояки с распыливающими водовыпусками и с насадками, выполняют верхнюю часть стояка диффузором и соединяют с корпусом конической камеры, в которой в верхней части закрепляют расположенный шнек соосно диффузору и верхний конец шнека выполняют гладким конусом в сторону присоединения дополнительного диффузора к корпусу конической камеры, диффузор который охватывает поверхность распылительного диска, выступающего за торцевую поверхность конической камеры, причем боковые стенки диффузора выполняют, по крайней мере, три эжектируемых отверстия, а сам шнек представляет собой две последовательно соединенные поверхности, одна из которых представляет собой, по крайней мере, однозаходную канавку с правой или левой нарезкой и расположенную внутри корпуса конической камеры, а вторую поверхность выполняют гладким концом в виде тела вращения, осесимметрично соединенного с распылительным диском, расположенным перпендикулярно оси корпуса конической камеры, при этом поверхность распылительного диска, выступающая за торцевую поверхность верхней части корпуса конической камеры, выполняют отогнутыми в сторону верхней части корпуса конической камеры.
Кроме того, распылительный диск смещают по оси водовыпуска вверх от гладкой поверхности тела вращения шнека, соединяющегося с винтовой поверхностью шнека на величину h, зависящую от скоростного напора стояка водовыпуска, и соединяют со шнеком посредством стержня, осесимметрично расположенному шнеку.
Использование конструкции нового водовыпуска и его узлов в новой совокупности признаков, а именно, вода подается в диффузор, а из него в коническую камеру, из которой под давлением поступает в винтовую внешнюю полость шнека. Вращающийся поток воды (жидкость) во внешней винтовой полости шнека образует вихревое движение, при котором происходит дополнительное дробление капель жидкости за счет турбулизации потока на выходе, и мелкодисперсный вращающейся поток выходит из корпуса конической камеры с широким вращающимся факелом распыляющейся жидкости (воды), и, встречая на своем пути поверхность распылительного диска, у которой на периферийной части, отогнутой в сторону верхней части корпуса конической камеры. Выполнены радиальные вырезы, чередующиеся, чередующиеся с сплошной частью поверхности распылительного диска, что позволяет увеличить поверхность распыливания жидкости с одновременным дополнительным дроблением капель жидкости. Кроме того, к торцевой верхней части корпуса конической камеры присоединен дополнительный диффузор, охватывающий распылительный диск, при этом в нижней части диффузора выполнены, по крайней мере, три эжектируемых вырезов (отверстий).
Проведенный заявителем анализ уровня техники, включающий поиск по патентным и научно-техническим источникам информации и выявление источников, содержащих сведений об аналогах заявляемого изобретения, позволил установить, что заявитель не обнаружил аналог, характеризующийся признаками, тождественными всем существенным признакам заявляемого предложения. Определение из перечня выявленных аналогов прототипа как наиболее близких по совокупности существенных признаков аналога, позволил выявить совокупность существенных по отношению к усматриваемому конструкции для выполнения способа изложенных в формуле изобретения.
Новое конструктивное решение для заявленного способа позволяет дальнейшее его совершенствование, и повышение эффективности заявленного способа во всем диапазоне использование конструкции водовыпускного узла новой совокупности признаков, отмеченных выше.
Следовательно, заявленное предложение соответствует условию «новизна».
Для проверки соответствия изобретения условию «изобретательский уровень» заявитель провел дополнительный поиск известных решений, чтобы выявить признаки, совпадающие с отличительными от прототипа признаками заявленного способа с конструктивным решением всех узлов. Результаты поиска показали, что заявленное изобретение не вытекает для специалиста явным образом из известного уровня техники, поскольку из уровня техники, определенного заявителем, не выявлено влияние предусматриваемых существенными признаками заявляемого изобретения преобразований на достижение технического результата, следовательно, заявленное изобретение соответствует условию «изобретательский уровень».
Изобретение поясняется следующими чертежами: где на фиг. 1 показан способ закачки местных вод для обводнения выработанных торфяников в общем виде; на фиг. 2 - водовыпуск с диффузором, шнеком, выполненным сплошным, конец которого выполнен гладким в виде тела вращения, присоединенным дополнительным диффузором, охватывающим распылительный диск.
Заявленный способ обводнения выработанных торфяников представляет собой строительство траншей выработанной площади торфяника 1 и 2 следующим образом: в зимний период производят отрывку траншей для укладки в траншеи лучевых высоконапорных трубопроводов 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12 (концы которых заглушены) из полиэтиленового материала высокого давления, и концы их снабжают полиэтиленовыми стояками 14, сверху соединенными с напорными диффузорами 15 с образованием корпуса конической камеры 16, выше ее располагают закрепленный шнек 17. К торцевой верхней части корпуса патрубка 18 присоединяют дополнительно диффузор 19, охватывающий распределительный диск 23, при этом в нижней части диффузора выполнены, по крайней мере, три эжектируемых отверстия 20. Шнек 17 выполняют сплошным и закрепленным в корпусе патрубка 18, причем внешнюю поверхность представляет собой, по крайней мере, однозаходную винтовую канавку 21 с правой или левой нарезкой, и располагают внутри корпуса 18 патрубка, а вторую поверхность 22 выполняют гладкой в виде тела вращения, осесимметрично соединяющего с распылительным диском 23, расположенным перпендикулярно оси корпуса патрубка 18, и выступает за торцевую поверхность верхней части корпуса патрубка 18, причем в качестве линии, образующей эту поверхность может быть кА прямая линия, так и кривая линия n-го порядка, например сферическая, эллиптическая, параболическая и др. (на чертеже не показано). Шнек 17 в этом случае может фиксироваться в корпусе патрубка 18 дополнительно посредством винтов 24. Шнек 17 в патрубке 18 выполняют из твердых материалов: карбита, вольфрама, рубина, сапфира.
Поверхность распылительного диска 23, выступающая за торцевую поверхность верхней части корпуса патрубка 18, выполняют отогнутой в сторону верхней части корпуса патрубка 18, и имеет на периферийной части радиальные вырезы (на чертеже не показаны), чередующиеся с сплошной частью поверхности распылительного диска 23.
Распылительный диск 23 смещают по оси водовыпуска вверх от гладкой поверхности тела вращения 22 шнека 17, соединяющего с винтовой поверхностью 21 шнека на величину h (на чертеже не показано), зависящую от скоростного напора стояка водовыпуска, и соединяют со шнеком 17 посредством стержня 25, осесимметрично расположенному шнеку 17. При этом струи воды (жидкости) отводятся на дневную поверхность воды заполняемого торфяника (природный водный объект), так и, излив этот, позволяет заполнять на максимальную глубину наполнения в процессе выработки верхнего слоя торфяника (т.е. до первоначального природного явления). Таким образом, шнек 17, закрепленный в корпусе патрубка 18 с образованием конической камеры 16, расположенной ниже шнека 17 соосно диффузору 15 с винтовой канавкой 21 шнека 17, создает скоростной напор вверх и образует вращение потока по винтовой внешней полости шнека 17 в сторону гладкой поверхности тела вращения 22.
Накопление местного стока воды начинают с регулирования его в пруд-накопитель 26 и 27, который располагают в наиболее низких топографических отметках за пределами выработанного торфяника 1 и 2.
Лучевые высоконапорные трубопроводы 3-13, размещенные на выработанных торфяниках 1 и 2, соединяют соответственно с магистральным трубопроводом 28 и 29, сообщающимся с прудом-накопителем 26 и 27. При этом каждый пруд-накопитель 26 и 27 имеет свой выход в колодец, в который погружен всасывающий трубопровод (не показан) передвижной насосной станции 30 и 31 в виде СНП, соединенной каждая с напорным магистральным трубопроводом 28 и 29 через переходник. Работа СНП непосредственно связана с работой пруда-накопителя 26 и 27, к которому подключена система напорного магистрального трубопровода 28 и 29.
Схема способа содержит трубопровод-перемычку 32 с регулируемым гидросопротивлением 33, например, из электрифицированной задвижки и датчика давления (не показаны).
Трубопровод-перемычка 32 с регулируемым гидросопротивлением 33 соединяет группу лучевых высоконапорных трубопроводов 3-13 состыкованными с магистральными трубопроводами 28 и 29, изготовленными также из полиэтиленового материала высокого давления (это долговечность труб). После сборки всех трубопроводов 3-13 и 28, 29, засыпают сверху вынутым слоем грунта торфяника из траншеи, и систему всей трассы (гидрографической сети) до пруда-накопителя 26 и 27. Кроме того, передвижные насосные станции 30 и 31 могут работать друг от друга для условий заполнения каждого участка выработанного торфяника с разных сторон.
Работа СНП непосредственно связана с работой пруда-накопителя, к которому подключен колодец и магистральный трубопровод 28 и 29. СНП может быть снабжено сигнализатором уровня для заполнения магистрального трубопровода 28 и 29.
Способ обводнения выработанных торфяников работает следующим образом.
Известным методом определяют границу контура выработанного торфяника 1 и 2. Затем в пределах границ в зимнее время определяют прокладку траншеи под укладку магистральных трубопроводов 28 и 29. Лучевых трубопроводов 3-13, выполненных из пластмассового материала, затем монтируют стояки 14 с водовыпусками в виде напорного диффузора 15 с образованием корпуса конической камеры 16, имеющей выше шнек 17, закрепленный в корпусе патрубка 18.
Вода подается через стояк 14 водовыпуска, в диффузор 15, а из него в коническую камеру 16, из которой под давлением поступает в винтовую внешнюю полость шнека 17.
Вращающийся поток воды (жидкости) во внешней винтовой полости шнека образует вихревое движение, при этом происходит дополнительное дробление воды за счет турбулизации потока на выходе, и мелкодисперсный вращающийся поток выходит из водовыпуска с широким вращающимся факелом распыляющейся воды (жидкости), и встречает на своем пути поверхность распылительного диска 23, у которой на периферийной части, отогнутой в сторону верхней части корпуса патрубка 18, выполнены радиальные вырезы, чередующиеся со сплошной частью поверхности распылительного диска 23, что позволяет увеличить поверхность распыления воды с одновременным дополнительным дроблением капель воды (жидкости).
Следует отметить, что после монтажа всех узлов водовыпуска, трубопроводы 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 28, 29 засыпают вынутым из траншеи грунтом торфяника.
При этом в режиме подачи воды из пруда-накопителя 26 и 27 через колодец с передвижной насосной станцией 30 и 31, далее вода закачивается в магистральные трубопроводы 28 и 29, которые соединены с лучевыми высоконапорными трубопроводами 3-13.
Под напором вода поступает в напорный диффузор 15, а из него в коническую камеру 16 водовыпуска. В результате выше описанного процесса работы водовыпуска вода истекает в виде струй в атмосферу над водной открытой поверхностью воды, образует вся группа водовыпусков некоторую смесь с окружающим теплым воздухом атмосферы, достаточно большое туманное облако, и одновременно заполняет всю площадь участка выработанного торфяного месторождения. Кроме того, устанавливается устойчивый процесс на дневную поверхность смешивания воды с выдачей в верхней части дополнительного диффузора, по крайней мере, через эжекционные отверстия струй высокого давления от скоростного напора в напорном патрубке со шнеком, дополнительный диффузор который охватывает распылительный диск, в совокупности затем сформированная над всей дневной поверхности большой группой водовыпусков образующихся паров воды из мелких капель воды в виде туманного облака над поверхностью болота при положительной температуре (разности воздуха и воды) окружающего воздуха; создания водонакопительных лесных полос вокруг обводнения выработанного торфяника (болота) и сохранения почвенного покрова от пересыхания, а также растительности, произрастающей вокруг, как и лесных полос, вокруг них служат методом обитания птиц и животных, и способствует улучшению микроклимата за счет поступления распространения туманного облака с выпадением капель воды (дождя - росы). Предлагаемый способ прост в исполнении.
При технологической остановке одной из передвижных насосных станций 30 и 31 происходит перераспределение потока воды в системе магистральных трубопроводов 28 и 29 (водоводов). При этом часть воды через трубопровод - перемычку 32 с регулируемым гидросопротивлением 33 в систему лучевых трубопроводов 3-13 через магистральные трубопроводы 28 и 29. В результате этого режим работы СНП также меняется, например, в большую степень подачи воды в магистральный трубопровод 28 и 29. Однако при этом процесс подачи воды через рассеивающий водовыпуск новой конструкции постоянно будет образовывать расщепление струй воды в сторону закрепления тела вращения и распылительного диска, соответственно, образование большого туманного облака всеми устройствами. Следует отметить, что все элементы системы обводняемого выработанного торфяника не подвержены коррозии при выполнении всех составляющих конструкции из пластмассового материала. С началом весеннего периода года по мере повышения температуры окружающего воздуха начинается процесс активного таяния окружающего снежного покрова, идет прохождение весеннего паводка в зависимости от рельефных условий до расположения выработанных торфяников, при этом происходит значительное накопление воды в пруду-накопителе с его заданным расположением и геометрическими размерами. Вследствие этого запас воды для обводнения выработок торфяника станет достаточным, следует также отметить, что возможно его постоянное наполнение на протяжении всего длительного периода его использования и более эффективно при работе насосной станции, что позволяет обводнить участки, как по отдельности, так и всех участков данного массива торфяных выработок, а также оказывать влияние на растительность лесных полос вокруг образовавшегося болота, сохранения почвенного покрова от пересыхания, места которых служат для обитания птиц и животных.
Применение изобретения позволит расширить функциональные возможности обводнения выработанных торфяников, обеспечить снижение стоимости объекта обводнения, повысить управляемость и надежность гидрографической сети. Обеспечивая эколого-мелиоративную обстановку территории, исключая ряд негативных явлений, образование которых возможно при накоплении воды в пруду-накопителя с его заданным расположением, далее подачи воды в лучевые трубопроводы с распыливающими водовыпусками. Кроме того, позволяет расширить диапазон области применения с высокой технологичности сборки такой системы на объекте. Таким образом, создаются условия для окружающей среды дополнительная возможность усовершенствование конструкции изобретения и условия эксплуатации закрытых трубопроводов с рассеивающими водовыпусками обводнения выработанных торфяников.