УСТЬЕ ДРЕНАЖНОГО КОЛЛЕКТОРА С ВАКУУМИРОВАНИЕМ
MOUTH OF DRAIN MANIFOLD WITH EVACUATION

Изобретение относится к области мелиорации и может быть использовано для автоматического регулирования и стабилизации грунтовых вод, преимущественно для дренажных систем.
Известно устройство для регулирования уровня грунтовых вод, включающее дренажный колодец с размещенным в нем оголовком дрены, снабженным запорным органом с поплавковым приводом, установленный в камере, при этом камера поплавкового привода сообщена с полостью дрены посредством трубопровода с колодцем посредством смонтированного в ее стенке подвижного водослива (авторское свидетельство SU №1013560, кл. Е02В 11/00 от 23.04.1983).
Недостатком такого устройства является ненадежность в работе из-за трения ползуна со штоком, связанного с рычагом, при этом шток с поплавком, размещенные в поплавковой камере, дополнительно встречают сопротивление при движении в направляющих, что способствует снижению точности для поддержания расчетного расхода в коллекторе. Постоянное заполнение водой колодца для необходимости требуемого перелива через порог щита водослива в одном случае или в другом - при условии, что уровень воды в конце равен или ниже требуемого, в поплавковой камере устанавливается уровень воды, равный уровню в канале, сам процесс регулирования воды в колодце затягивается во всем диапазоне от минимального до максимального. При этом расположение конструкции поплавкового привода приводит к необходимости создания значительных усилий для преодоления гидростатического давления, действующего на всю площадь поплавкового затвора при его открытии, возникают трудности из-за перекосов в ползуне, связанном со штоком, при открытии и закрытии заслонки. Другим недостатком является ручное реагирование водослива, отметка которого изменяется с помощью подвижного щита и непосредственно связана с полостью отводящего коллектора посредством трубки, соединяющей поплавковую камеру с дренажным коллектором. Эти недостатки снижают безотказность срабатывания устройства, а следовательно, и надежность эксплуатации, сложность конструкции и точность в работе в условиях колебания уровня в осушительно-увлажнительном канале (существует постоянный подпор воды в колодце), следовательно, колодец заиливается наносами и его невозможно промыть.
Известна система вакуумного дренажа, содержащая отводящие и подводящие дрены, накопительную емкость, сообщающуюся с отводящей дреной через сифон, она снабжена смотровым колодцем, в котором смонтирован сифон, а накопительная емкость связана с колодцем соединительной трубкой с поплавковым затвором, размещенным в колодце, и переливной трубкой с обратным клапаном, при этом сифон связан с поплавковым затвором, гибким шлангом, имеет отверстия и расположенный внутри поплавок, перекрывающий отверстие (авторское свидетельство SU №1381241, кл. Е02В 11/00 от 15.03.1988).
Недостатком этой системы является то, что сооружение, содержащее поплавок, соединенный с затвором и закрепленный на стойке с возможностью перемещения, не обладает достаточной чувствительностью, точностью и быстродействием регулирования, а также не позволяет осуществить контроль. Это связано с большим трением поплавка на стойке в случае его перекоса при давлении воды на плоскость затвора при изменении уровня воды в накопительной емкости, это связано с трущейся поверхностью. Кроме того, не позволяет достичь больших перестановочных усилий при сравнительно малом уровне в колодце, рассчитанным на работу только сифона, пропускная способность которого ограничена отверстием, перекрываемым поплавком. Другим недостатком является 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 перемещения при закрытии и открытии. Эти недостатки снижают безотказность срабатывания устройства, а следовательно, и надежность эксплуатации, сложность конструкции и точность в работе.
Наиболее близким к предлагаемому является устье дренажного коллектора, включающее глухой участок трубы, имеющий защитный кожух и сопряженный с коллектором, глухой участок трубы сопряжен с коллектором, через колодец, снабженный устройством сброса воды, выполненным в виде сифона, нисходящая ветвь которого имеет поплавковый клапан и выведена в глухой участок трубы, при этом колодец в нижней части выполнен герметичным, а выше гребня сифона имеет водовыпускные отверстия (авторское свидетельство SU №1335638, кл. Е02В 11/00 от 07.09.1979).
Недостатком известного устройства является то, что оно не обеспечивает достаточную точность и быстродействие регулирования и не позволяет осуществить контроль. Сам процесс поплавкового привода в виде зарядного устройства только предназначен для открытия и доступа непосредственно воды в нисходящую ветвь сифона. Работа сифона и зарядного устройства имеют назначение - повысить расход в нисходящей ветви сифона. Кроме того, процесс происходит циклически, что не учитывает поддержание расчетного времени постоянным в промежутках в условиях колебания уровня в подводящем коллекторе во всем диапазоне от минимального до максимального. Наносы заиливают колодец, и их трудно промыть, так как заглушка постоянно закрыта, и возникают трудности ее открытия при заполнении колодца водой. Все это снижает эффективность этого устья дренажного коллектора, а также его надежность.
Задачей данного решения является повышение точности в работе путем поддержания заданного перепада между уровнями воды в коллекторе и сифона и повышение надежности; решение проблемы обеспечения плавного впуска нужного объема воздуха в гребень сифона.
Технический результата достигается тем, что устье дренажного коллектора с вакуумированием, включающее коллектор, колодец, снабженный устройством для сброса воды, выполненным в виде сифона с нисходящей ветвью, водовыпускное отверстие, клапан и поплавок, снабжено устройством впуска воздуха в виде корпуса, сообщенного с гребнем сифона и снабженного двухклапанным запорным органом, кинематически связанным рычагами, которые соединены с поплавковым шарнирно-рычажным приводом, причем поплавок соединен с рычагом, конец которого согнут и рычаг снащен запорным элементом с возможностью перекрытия седла выпускной трубки.
Кроме того, сифон содержит расположенное в гребне отверстие, которое посредством зарядной трубки соединено с напороприемным патрубком, выполненным согнутым и сообщенным с нисходящей ветвью сифона.
Предлагаемое устье дренажного коллектора с вакуумированием направлено на устранение указанных недостатков за счет конструкции, которая позволяет точно фиксировать взаиморасположение двух конусных клапанов при их совместной работе и обойтись без устройства каких-либо направляющих, используя рычаги с поплавковым шарнирно-рычажным приводом, а также связь согнутого рычага, оснащенного запорным органом, и сливной трубки с седлом. Сам сифон способен будет обеспечить необходимое поддержание сбросного расхода воды постоянным с заданным промежутком времени в условиях, зависящих от колебания уровня в коллекторе во всем его диапазоне. При этом седло и контактирующая поверхность запорного органа выполнены плоскими из облегченных материалов, например из пластмассы, что делает работу двухклапанного запорного органа в корпусе для плавного впуска нужного объема воздуха в гребень сифона, кинематически связаны с рычагами, которые является более надежным и чувствительными при работе поплавкового привода - отсутствует гидравлический удар; отсутствуют большие трения, сопротивления между трущимися элементами.
Эффективность устья дренажного коллектора с вакуумированием заключается в том, что оно просто по конструкции, повышает точность регулирования и быстродействие в работе сифона, при этом с агрессивной средой надежна, отсутствуют в целом резкие удары при контакте с корпусом двухклапанного запорного органа при смене закрытия и открытия также запорного органа с седлом сливной трубки, которая связана с напороприемным патрубком, соединенного с нисходящей ветвью сифона для зарядки сифона полным сечением в начале своей работы. Кроме того, такая связь с поплавковым шарнирно-рычажным приводом имеет устойчивость движения двух клапанов, соединенных штоками и рычагами для впуска воздуха плавно в гребень сифона.
Подобное использование устья дренажного коллектора с вакуумированием по мнению автора не было известно и отвечает критерию «существенные отличия».
На чертеже показана принципиальная схема устья дренажного коллектора с вакуумированием.
Устройство содержит размещенные дрены 1, коллектор 2, накопительный колодец 3, сливную трубку 4, связанную с напороприемным патрубком 5, который соединен с нисходящей ветвью 6 сифона 7. Гребень сифона 7 снабжен отверстием 8, которое соединено посредством зарядного трубопровода 9 с напороприемным патрубком 5 со стороны дневной поверхности. Приводной рычаг 10 с запорным элементом 11 в виде клапана размещен внутри колодца 3, один конец которого соединен шарниром со стенкой колодца 3, а другой согнут с возможностью шарнирного соединения с нижним штоком 12 поплавка 13. Приводной рычаг 10 снабжен сверху грузиком 14 с винтом 15 с возможностью изменения его веса по направляющей приводного рычага 10. Поплавок 13 через верхний шток 16 шарниром связан с рычагом 17 с качающим шарниром 18. Качающий шарнир 18 установлен выше гребня сифона 7. Устье дренажного коллектора с вакуумированием также содержит устройство впуска воздуха, выполненное в виде корпуса 19, сообщенного с гребнем сифона 7 трубкой 20 и снабженного двухклапанным запорным органом. Двухклапанный запорный орган выполнен в виде конусов 21 и 22, размещенных соответственно в нижней и верхней частях корпуса 19. Нижний конус 21 размещен на рычаге 23, шарнирно связанном одним концом с сифоном 7, а другим - шарнирно через шток 24 связанном шарниром с рычагом 17. Верхний конус 22 размещен на штоке 25 с закрепленным шарниром с рычагом 17.
Таким образом, кинематическая связь их между поплавком 13 и конусами 21 и 22 выполнена в виде рычага 17. На штоке 16 поплавка 13 установлен элемент 26 задания регулирования двухклапанным запорным органом, связь которого также зависит от закрытия и открытия запорного элемента 11 приводным рычагом 10 с седлом на сливной трубке 4.
Устройство работает следующим образом.
Для включения в работу устья дренажного коллектора с вакуумированием необходимый расход при помощи элемента 26 устанавливают по штоку 16 поплавка 13 соответственно необходимое для заданного расхода через сливную трубку 4 положение запорного элемента 11 и положение рычага 23 с конусом 21 и штока 25 с конусом 22. При этом доступ воздуха в гребень сифона 7 прекращается, работающая сливная трубка 4 с напороприемным патрубком 5 по трубопроводу 9 отсасывает из гребня сифона 7 воздух, сифон включается в работу. При этом уровень воды в колодце 3 понижается, поплавок 13 опускается вниз, приводной рычаг 10 с клапаном 11 прикрывает седло сливной трубки 4 и рычаг 17 шарнирно-рычажного привода выполняет функцию преобразователя перемещения в перемещение конусов 21 и 22 во взаимно противоположных направлениях синхронно (совместно), приводящие к открытию верхнего и нижнего воздуховыпускных отверстий в корпусе 19 на определенную величину. В гребень сифона 7 начинает поступать определенный расход воздуха, снижая производительность устья дренажного коллектора с вакуумированием, что при необходимости в шлюзовании дренажа уровень в коллекторе 2 поднимают, например, до уровня дрены, что делает возможным препятствовать понижению уровней грунтовых вод, а также даетвозможность варьировать перепадом отметок отверстий восходящей и нисходящей ветвей сифона 7 при необходимости длительности циклов заполнения и сброса воды из колодца. Производительность сифона 7 и положение конусов 21 и 22 для площади впуска воздуха через отверстия в корпусе 19 взаимозависимы. Таким образом, изменение уровня воды в колодце и в коллекторе может меняться, поплавок, например, всплывая, перемещает клапаны 21 и 22, которые закрывают нижнее и верхнее отверстия в корпусе 19, при этом запорный элемент приоткрывает седло сливной трубки 4 или, наоборот, увеличивают доступ воздуха в гребень сифона 7 и поэтому производительность сифона 7 остается прежней. Причем гидравлический режим в колодце 3 при работе сифона 7 характеризуется плавным постепенно затухающим за счет управления конусными клапанами 21 и 22, несмотря на уменьшение рабочего гидравлического перепада. Конструкция элементов клапанов 21 и 22 также влияет на впуск нужного объема воздуха в гребень сифона 7, что необходимо для поддержания расчетного расхода постоянным в условиях колебания дренажного стока в коллекторе во всем диапазоне от минимального до максимального. При этом происходит варьирование отметок отверстий восходящей и нисходящей ветвей сифона. Связь всех элементов устройства, размещенных в одном колодце, увеличивает точность регулирования большим поплавком и увеличивает надежность работы в целом. Кроме того, это позволяет провести очистку от взвешенных наносов всей закрытой дрены до ее истока коллектора. Вследствие взаимной гидравлической связи сифона, колодца, шарнирно-рычажного привода с поплавком, запорного элемента на сливной трубке, конические клапана, обеспечивается высокая точность поддержания расхода постоянным за определенный промежуток времени и зависящим от накопления воды в колодце в условиях колебания уровня в коллекторе, а также автоматической работы устья дренажного коллектора с вакуумированием.