ДВУХЪЯРУСНАЯ ДРЕНАЖНАЯ СИСТЕМА
TWO-LEVEL DRAINAGE SYSTEM

Изобретение относится к области мелиорации, в частности для равномерного регулирования уровня грунтовых вод на землях, требующих полива и дренирования в зоне орошения.
Известен регулятор уровня воды в дренажной сети, имеющий поплавковый привод запорного органа, выполненного из двух клапанов различного диаметра, имеющих общий шток, одновременно являющийся тягой для поплавка. Запорный орган размещен в корпусе, установленном на оголовке дрены перпендикулярно к ней (Авторское свидетельство SU №496349, кл. E02B 11/00 от 25.12.1975).
Недостатком регулятора уровня воды является его односторонняя работа, т.е. регулирование уровня воды при ее движении в одном определенном направлении. Кроме того, обладает низкой точностью регулирования уровня грунтовых вод из-за несоответствия уровней в колодце и на дренируемом участке.
Известен регулятор уровня грунтовых вод, включающий запорный орган с поплавковым приводом и штоком, установленный на оголовке дрены, расположенном в дренажном колодце, запорный орган выполнен в виде поворотного патрубка с водосливными окнами, снабженного стаканом-затвором, установленным на нем с возможностью свободного перемещения и фиксации в крайних положениях, при этом стакан соединен посредством съемных крепежных скоб со штоком поплавкового привода при изменении положения Г-образного патрубка на противоположное (Авторское свидетельство SU №1645360, кл. E02B 11/00 от 30.04.1991).
Недостатком регулятора является наличие затвора-стакана с перекрываемыми окнами, сложно в изготовлении и, как следствие, большая металлоемкость. Устройство окон предусматривает периодическую очистку их, что затрудняет эксплуатацию регулятора. Кроме того, стакан с трущейся поверхностью, входящий в состав регулятора, значительно снижает его надежность.
Известна дренажная система, включающая дрены верхнего и нижнего ярусов, соединенные с дренажным коллектором, и насосную станцию, коллектор снабжен в устьевой части щитовым регулятором с возможностью установки в двух фиксируемых положениях, соответствующих нормам осушения каждого яруса (Авторское свидетельство SU №1550034, кл. E02B 11/00 от 15.03.1990).
Недостатком этой системы является ограниченные функциональные возможности, в частности необходимо вручную перемещать поплавки вверх для каждого заданного уровня сброса воды в коллектор, трудность управления, существенно увеличиваются высотные размеры сооружения, что увеличивает затраты на строительство, кроме того, затруднено обслуживание водовыпускного отверстия при сложности трущихся поверхностей щита о стенки колодца при возможном заклинивании и остановке щита в промежуточных положениях, т.е. требуются большие усилия для его перемещения, и утечки воды через запорный орган. Другим недостатком является то, что столб воды давит на поверхность щита, а следовательно, низка его чувствительность к изменению напора воды в колодце.
Известна также двухъярусная система, включающая дрены верхнего и нижнего ярусов, подключенные к открытому собирателю через колодец-регулятор уровня, система снабжена закрытыми коллекторами соответственно верхнего и нижнего ярусов дрен, закольцованными между собой посредством колодцев-регуляторов (Авторское свидетельство SU №1629391, кл. E02B 11/00 от 23.02.1991).
Недостатком известной системы является то, что при эксплуатации колодцев-регуляторов отсутствует конкретное техническое решение, раскрывающее его техническую сущность работы для поддержания уровня грунтовых вод при закольцованных коллекторах, которые могут автоматически регулировать уровень грунтовых вод, в частности, описанной известной системы и ее эффекту, когда запорный орган работает стабильно и когда движение воды перпендикулярно к площади регулятора, на корпусе которого он установлен на заданный уровень. В случаях применения известных выше аналогов регуляторов уровня воды, то, как следует из описания их недостатков, они имеют сложную конструкцию, металлоемки и снижают точность регулирования сброса дренажных вод, кроме того, затруднено обслуживание выпускных отверстий патрубков в устьях, а также засорение мусором. Следующим недостатком является то, что такой регулятор не может обеспечить автоматическое резкое и полное открытие клапана при достижении определенного уровня воды в колодце. Все это в целом ограничивает эксплуатационные качества и низка надежность.
Задача, на решении которой направлено заявляемое изобретение, повышение эксплуатационных качеств колодцев-регуляторов для сброса воды из дренажной сети, а также регулирование сброса воды.
Технический результат от использования изобретения заключается в автоматизации технологического процесса двухъярусной дренажной системы при эксплуатации, упрощении конструкции и обеспечении включения и выключения регулятора для дренажной системы при достижении заданного уровня воды в колодце.
Указанный технический результат достигается тем, что двухъярусная дренажная система, включающая дрены верхнего и нижнего ярусов, подключенные к открытому собирателю через колодец-регулятор уровня, при этом система снабжена закрытыми коллекторами соответственно верхнего и нижнего ярусов дрен, закольцованными между собой посредством колодцев-регуляторов, каждый из колодцев-регуляторов на входе устьевой трубы коллектора снабжен дополнительно патрубком с выемом в его верхней части, выполненным с седлом, в средней части которого размещен шаровой запорный клапан, кинематически связанный с большим поплавком посредством шарнирно-рычажного привода, при этом в донной части седла выполнено сквозное водовыпускное отверстие, а на выходе водосбросной трубы размещен армированный эластичный клапан, дополнительно пригруженный поплавком малого размера в нижней его части, и эластичный клапан связан нижним концом посредством гибкой тяги, закрепленной к рычагу, со штоком большого поплавка.
Кроме того, верхняя открытая часть патрубка обращена к выпускному отверстию выема и расположена выше, при этом расстояние которое между ними не больше радиуса шарового запорного клапана.
Кроме того, шаровой запорный клапан с внешней стороны покрыт упругой оболочкой, а седло имеет сферическую форму.
Кроме того, нижняя часть армированного эластичного клапана снабжена дополнительно рычагом, прикрепленным к гибкой тяге.
Совокупность следующих признаков во время работы дренажной системы и благодаря конструктивным параметрам устройства, например форма седла дополнительного патрубка в виде сферической формы, далее связь шарового запорного клапана, связанного с большим поплавком через шарнирно-рычажный привод, и выполнение запорного органа армированным с эластичной наружной поверхностью в сочетании со сферическим седлом, позволяет плавно регулировать величину сбрасываемого расхода воды из коллектора и заполнение водой колодца для достижения заданного уровня воды и исключить вибрацию шарового запорного клапана, обеспечивает плавность поступление воды в колодец; надежное уплотнение при отсутствии заклинивания (закусывания) шарового запорного клапана к седлу отверстия. Кроме того, расстояние между отверстиями по отношению к размеру шарового запорного клапана позволяет обеспечить устойчивое его положение при закрытии водовыпускного отверстия, отсутствует влияние пульсации воды на шаровой клапан. Особо следует отметить, что уменьшаются габариты устройства и повышается надежность и устойчивость в работе.
Водосбросная труба из колодца в начале оголовка включает перекрывающее выпускное отверстие внутри его армированного эластичного клапана, в нижней части которого закреплен малый поплавок, а конец клапана снабжен дополнительно гибкой тягой, связанной через рычаг со штоком большого поплавка.
Сущность изобретения поясняется чертежом, где на фиг. 1 приведена двухъярусная дренажная система, общий вид; на фиг. 2 - схема соединения коллектора с дренажным колодцем-регулятором.
Система состоит из дрен верхнего 1 и нижнего 2 ярусов и коллекторов 3 и 4, объединяющих соответственно дрены верхнего и нижнего ярусов в группы. Дрены верхнего 1 и нижнего 2 ярусов расположены перпендикулярно к верхнему 3 и нижнему 4 коллекторам в местах их подсоединения, причем они поочередно соединяются соответственно с верхним 3 и нижним 4 коллекторами. В приканальной части коллекторы 3 и 4 закольцованы при помощи дренажных колодцев 5. Оголовок трубы 6 соединяют с открытым каналом 7.
В колодце предусмотрены поплавковые запорные устройства, состоящие из входного патрубка 8, на котором жестко смонтирован зафиксированный в основании патрубка 8 дополнительно патрубок 9 с установленным выемом с седлом 10, запорный клапан выполнен в виде шара 11, соединенного жестко со штоком 12 и через шарнир с рычагом 13 с качающим шарниром 14, при этом рычаг 13 одним концом шарнирно соединен через шток 15 с большим поплавком 16. Шаровой запорный клапан 11 покрыт с наружной стороны упругой оболочкой 17. Корпус дополнительного патрубка 9 может быть съемным (не показано).
Диаметр водовыпускного отверстия 18 составляет не более 0,7 диаметра шарового запорного клапана 11 с целью обеспечения возможности предохранения заклинивания клапана 11, причем отверстие верхней открытой части дополнительного патрубка 9 к отверстию выема седла 10 расположено выше и расстояние от верхней открытой части патрубка между ними не более радиуса шарового запорного клапана 11.
Выходной оголовок трубы 6 внутри колодца 5 включает прикрепленный сверху армированный эластичный клапан 19 с ребрами 20, в нижней части которого закреплен малый поплавок 21 с дополнительным открывающим рычагом 22, который в свою очередь через гибкую тягу 23 крепится к штоку 15 большого поплавка 16.
Двухъярусная дренажная система работает следующим образом.
В режиме сброса и при уровнях грунтовых вод выше нормы вода, поступающая из почвы в дрены верхнего 1 и нижнего 2 ярусов, движется к коллекторам 3 и 4 и далее по ним поступает в колодцы 5. Закольцованность коллекторов 3 и 4 позволяет осуществлять сброс воды, забираемой верхним 1 и нижним 2 ярусами дрен.
Регуляторы устанавливают в дренажном колодце и настраивают на определенный заранее выбранный уровень воды грунтовых вод в почве.
При поступлении воды из коллекторов 3 и 4 в колодец 5 шаровой запорный клапан 11 открыт, вода постепенно заполняет колодец 5. При этом давление водного столба давит на армированный эластичный клапан 19 и герметично закрывает выходной оголовок трубы 6. Таким образом, предотвращается слив воды из колодца 5 в открытый канал 7, следовательно, уровень воды в колодце 5 повышается, а сам шаровой запорный клапан 11 находится в спокойном положении (открыт).
По мере заполнения большой поплавок 16 всплывает и автоматически, когда подъемная сила большого поплавка 16 и малого поплавка 21 становится равной и больше давления воды на армированный эластичный клапан 19 с ребрам 20, открывается сначала только рывком нижняя часть полотна клапана 19, который поднимается вверх и, одновременно с этим, поворачивается рычаг 13 по часовой стрелке. Шаровой запорный клапан 11 опускается вниз в седло 10, имеющее сферическую форму, и прикрывает водовыпускное отверстие выема с седлом 10. Во время поднятия уровня в колодце 5 и благодаря конструктивным параметрам дополнительного патрубка 9, например, форма седла 10 и диаметра водовыпускного отверстия выема седла 10, обеспечивается полная герметизация устройства за счет прижатия упругой оболочки 17 к поверхности седла 10 и надежное уплотнение при отсутствии заклинивания (закусывания) шарового запорного клапана 11 в выемке к седлу 10, а размещение открытой верхней части отверстия дополнительного патрубка 9 соосно ориентированной и выпускной выемки (отверстия) в седле 10 с расстоянием между ними на расстоянии не больше, чем радиус, при закрытии клапана 11, в это же время начинает выпускать воду через оголовок трубы 6 в открытый канал 5 с помощью открытия части (или больше) отверстия, открывая клапан 19 вверх. Таким образом, когда заданный уровень воды в колодце достигнет требуемого уровня, остальная часть армированного эластичного клапана 19 может подняться еще выше и пропускать больший расход воды в трубу 6. При таком положении клапана 19 и поднятии вверх большого поплавка 16 поворачивается рычаг 13 шарового запорного клапана 11 при устойчивом его вертикальном положении и закрытии дополнительного патрубка 9, а следовательно, отсутствует влияние пульсаций воды на клапан 11, т.е. достигается возможность уплотнения эластичного материала шарового запорного клапана 11 с высокой степенью герметизации.
н
c
н
c
Обязательным условием нормальной работы дренажного колодца является то, что расход воды, поступающей в колодец 5, был больше расхода воды, вытекающей из колодца 5 через оголовок трубы 6 в открытый канал 7, в момент открытия шарового запорного клапана 11, т.е. Q > Q, где Q - расход воды, поступающей в колодец 5; Q - расход воды, поступающей на сброс в трубу 6.
При снижении уровня воды в колодце 5 вместе с ним опускается большой поплавок 16 и затем армированный эластичный клапан 19 с малым поплавком 20. При опускании большого поплавка 16 шарнирно-рычажный привод с шаровым запорным клапаном 11 открывает дополнительный патрубок 9 с установленным выемом седла 10, а под действием собственного веса с ребрами 20 жесткости опускается клапан 19 с малым поплавком 21, и остается последний в первоначальном положении, препятствуя оттоку воды из колодца 5.
Успешное функционирование двух совместно в работе клапанов в противофазе друг к другу обеспечивает правильный выбор одного из них на закрытие отверстия в дополнительном патрубке 9, а другого отверстия на открытие оголовка трубы 6, сообщенной с открытым каналом 7. Открытие оголовка трубы 6 подбирается в зависимости от диаметра сбросной трубы, предполагаемой скорости течения воды и объема, накопившегося в колодце до момента закрытия водовыпускного отверстия дополнительного патрубка 9 с седлом 10 шаровым запорным клапаном 11.
При этом большой поплавок 16 опускается, в результате чего шарнирно-рычажный привод рычагом 13 управляющего коромысла (привода) воздействует на шаровой запорный клапан 11, открывая его, или в случае закрытия клапана 11.
Изменяя высоту размещения большого поплавка 16 на штоке 15, можно изменить программу наполнения колодца 5, в результате заполнения водой колодца поплавок шарового запорного клапана всплывает и автоматически перекрывает участки коллекторов 3 и 4, обеспечивая тем самым равномерное поднятие грунтовых вод и увлажнение почвы.
Предлагаемая система поддерживает расчетный уровень грунтовых вод в почве и осуществляет сброс излишек воды с автоматическим регулированием степени открытия шарового запорного клапана и одновременно закрытия в противофазе армированного эластичного клапана и далее, наоборот, процесс повторяется.
Применение изобретения снижает интенсивность отложения мелких фракций наносов, поступающих из дрен и коллекторов в условиях безуклонного рельефа, не опасаясь их усиленного заиления наносами вследствие повышенной расходной характеристики на сброс дренажной воды.
Эффективность изобретения заключается в том, что оно позволяет повысить эксплуатационные качества колодцев-регуляторов, быстродействие в работе, улучшает работу всей системы в целом, предотвращает непроизводительные утечки. Кроме того, шаровой запорный клапан обеспечивает уменьшение величины сопротивлений (потока) при открытии водовыпускного отверстия в дополнительном патрубке; уменьшаются габариты устройства и повышается надежность и устойчивость в работе, а также создаются условия уменьшения эксплуатационных расходов на обслуживание колодцев-регуляторов и в целом повышается надежность мелиоративной системы, увеличивается срок ее службы.