УСТРОЙСТВО ДЛЯ РЕГУЛИРОВАНИЯ ДРЕНАЖНОГО СТОКА
DEVICE FOR CONTROLLING DRAINAGE EFFLUENT

Изобретение относится к сельскому хозяйству и может быть использовано в осушительных мелиорациях для промывки полостей дрен от заиления, ускорения процесса осушения и предотвращения заохривания.
Известна вакуумная дренажная система, включающая дрены, коллектор и устройство для создания вакуума, установленное в устье дрены и снабженное емкостью с нисходящим трубчатым коленом, опущенным в коллектор ниже уровня воды в нем, при этом устройство снабжено насосом для подачи воды из коллектора в емкость, которая выполнена открытой и снабжена сбросным трубопроводом (Авторское свидетельство SU №1339194, E02B 11/00 от 29.09.1987).
Эта система обеспечивает автоматизацию процесса работы только вакуумной дренажной системы путем создания гидравлического затвора в концевой части трубы с емкостью.
Недостатком ее является низкая эксплуатационная надежность из-за заиляемости емкости осадками, выпавшими из грунтовых вод и необходимости ручной очистки камеры и коллектора. Другими недостатками являются повышенные капитальные затраты, связанные с обеспечением электроэнергией, увеличенные эксплуатационные затраты на потребление электроэнергии, зависимость насоса от надежности электроснабжения, конструктивная сложность в работе. При этом трудно осуществить регулирование в автоматическом режиме с высокой степенью точности и быстродействием работы, что также замедляет отвод воды из системы.
Наиболее близким к изобретению является осушительная система, включающая дрены, коллектор, герметичную накопительную емкость с воздушным клапаном, сифоном и входным патрубком, при этом гребень сифона выполнен не выше верхней стенки накопительной емкости, и входной патрубок присоединен к накопительной емкости ниже гребня сифона на величину Δh; определяемую по формуле (Авторское свидетельство SU №1523632, E02B 11/00 от 23.11.1989).
Недостатками известной системы является также низкая эксплуатационная надежность из-за невозможности промыть дно накопительной емкости от осадков, выпавших из грунтовых вод, так как сифон работает периодически на ограниченной площади дна емкости и в подтопленном состоянии входящего трубчатого колена, которое задается минимальным перепадом Δh. К тому же в известной системе необходимо герметично перекрывать каждый раз задвижкой сливной патрубок на момент включения сифона в работу, в результате чего допускается отложение осадков на дно емкости, т.е. происходит заполнение осадком дна емкости, она кальматируется, поступление воды в сифон прекращается даже при полностью заполненной емкости до гребня сифона, вода не может сбрасываться из емкости с отложившимися наносами, если входное отверстие закупоривается слежавшимися наносами из-за работы сифона периодически во времени в свободном состоянии со стороны отводящего канала. Чтобы система работала в свободном состоянии, необходимо часто и периодически регулировать задвижкой промывку от слежавшихся наносов. Таким образом, имеется большой сброс массы воды, отсутствует автоматизация регулирования работы сифона. Дополнительно недостатком системы является также понижение (перепада) дна накопительной емкости по отношению к дну сливного патрубка, что ведет к трудности промывки емкости от отложившихся на дне наносов, т.е. при закрытой задвижке, емкость служит отстойником наносов для периодической временной задержки работы сифона.
Задача, решаемая данным изобретением, заключается в повышении эффективности осушения переувлажненных почв и автоматизации работы путем увеличения рабочего напора над коллектором с сохранением вакуумирования.
Технический результат, полученный от решения поставленной задачи, заключается в своевременном отводе поверхностных вод и гравитационных вод из пахотного слоя, что позволит использовать для осушения переувлажненных почв, разреженную сеть дренажа как нормативную, значительно снижающую стоимость ее устройства и эксплуатации, а также повысить плодородие почвы и урожайность сельскохозяйственных культур, выращиваемых на дренируемых почвах.
Технический результат, полученный от решения поставленной задачи, заключается в том, что устройство для регулирования дренажного стока, включающее дрены, коллектор, герметичную емкость, воздушный клапан, входной оголовок, оно снабжено поплавковой камерой со сливным каналом и поплавком, размещенной внутри емкости, нижняя кромка которой размещена внутри сбросной камеры и расположена выше дна сбросной камеры, причем поплавок прикреплен к верхнему концу жесткой тяги, а клапан установлен с внутренней стороны выпускного отверстия, которое выполнено в днище корпуса, связанного со сбросной камерой, при этом поплавковая камера гидравлически связана с коллектором каналом сообщения, снабженным вентилем.
Кроме того, сливной канал поплавковой камеры выполнен в виде трубки, входное отверстие, которой расположено на днище поплавковой камеры, причем на этой трубке установлен регулятор расхода.
Применение устройства для регулирования дренажного стока позволяет повысить эффективность и автоматизацию работы за счет поддержания уровня воды в приемной камере путем сработки поплавковой камеры, сообщающейся гидравлически с коллектором каналом связи с вентилем. При заполнении поплавковой камеры поплавок всплывает вертикально, поднимая жесткой тягой клапан вверх, вызывая поступление воды через выпускное отверстие в дне приемной камеры, обеспечивая большой дренажный сток воды, что приводит к снижению уровня грунтовых вод на массиве, вызывая быстрый смыв наносов как в приемной камере, так и в емкости, соединенной со сливным патрубком, причем дно емкости расположено в одной плоскости с дном сливного патрубка. Если подпор воды в коллекторе повышается, то уровень поднимается выше в поплавковой камере, поплавок всплывает, так как подъемная сила поплавка рассчитана на преодоление силы, действующей на запорный орган от столба воды с наносами при сообщении полости приемной камеры с коллектором, оголовок выпускного отверстия патрубка открывается, и количество воды, поступающей в емкость, свободно удаляется с наносами в отводящий канал. Следует отметить, что данная связь, связанная с переходными процессами в режиме срабатывания запорного клапана на оголовке патрубка и перемещение жесткой тяги в диапазоне различных подпоров в коллекторе и давлений в приемной камеры, не предъявляет высоких требований к качеству дренажной воды. Кроме того, сильфон в поплавковой камере не допускает отложений взвешенных частиц на нижней направляющей в дне поплавковой камеры и не допускает перенаполнения в приемной камере. Дополнительно можно произвести настройку устройства в работе коллектора путем закрытия вентиля, а на сбросной трубке поплавковой камеры обеспечит разгруженность полости поплавковой камеры установленным регулятором расхода, когда не требуется стабилизировать уровень в поплавковой камере, вследствие отсутствия поступления воды из коллектора. Это позволяет применять устройство для регулирования в автоматическом режиме и создавать оптимально водно-воздушный режим почв путем поддержания требуемых значений уровней грунтовых вод на осушительной системе, исключает попадание в концевой части коллектора воздуха и срыв вакуума над горизонтом воды в поплавковой камере, следовательно, повышает эффективность работы.
На фиг. 1 показано устройство для регулирования дренажного стока, вертикальный разрез; на фиг. 2 - узел 1 на фиг. 1.
В состав устройства для регулирования дренажного стока входит дрена 1, коллектор 2, соединительный патрубок 3, накопительная емкость 4, в которой размещена поплавковая камера 5, сбросная камера 6. Поплавковая камера 5 сообщена с коллектором 2 при помощи канала связи 7 с вентилем 8 для изменения расхода воды через канал связи 7, а для изменения настройки регулятора в поплавковой камере 5 служит установочный болт 9, который закреплен на жесткой тяге 10 с поплавком 11. Корпус накопительной емкости 4 сообщен со сбросной камерой 6 при помощи выпускного патрубка 12, на котором установлен клапан 13, соединенный с жесткой тягой 10 с поплавком 11, размещенным в поплавковой камере 5. Поплавковая камера 5 дополнительно содержит в верхней части подпружиненный обратный клапан 14 для выпуска воздуха в атмосферу. Верхняя часть поплавковой камеры 5 снабжена направляющими 15, а дно камеры 5 - направляющими 16. Поплавковая камера 5 снабжена сливным каналом 17 в нижней ее части и выполненным в виде трубки, имеющим выход в атмосферу с регулятором 18 расхода (вентиль). Тяга 10 в нижней части камеры 5 снабжена сильфоном 19 из эластичного материала. Площади поперечного сечения впускного отверстия соединительного патрубка 3 и выпускного отверстия патрубка 12 различны. Причем при различных площадях поперечных сечений патрубков площадь выпускного отверстия патрубка 12 должна быть меньше площади впускного отверстия соединительного патрубка 3. Дно 20 сбросной камеры 6 расположено в одной плоскости с дном сливного патрубка 21.
Устройство для регулирования дренажного стока работает следующим образом.
Вода через дрену 1, коллектор 2 поступает в накопительную емкость 4 и заполняет ее при закрытом клапане 13 и опущенном поплавке 10. При этом подпор воды в концевой части коллектора 2 обеспечивает поступление воды в поплавковую камеру 5 через канал связи 7 с вентилем 8. При заполнении поплавковой камеры 5 водой горизонт воды повышается до заданного, поплавок 11 поднимается вверх и удерживает клапан 13 для открытия оголовка выпускного патрубка 12, так как подъемная сила поплавка 11 рассчитана на преодоление силы, действующей на запорный орган 13 от столба воды при сообщении полости накопительной емкости 4 с коллектором 2, оголовок выпускного патрубка 12 открывается, и количество воды в емкости 4 уменьшается. При наполнении поплавковой камеры 5 поплавок всплывает, поднимая тягой 10 клапан 13, выпуская воду с наносами из емкости 4 в сбросную камеру 6, дно 20 которой расположено в одной горизонтальной плоскости с дном сливного патрубка 21.
При снижении уровня воды в накопительной емкости 4 ниже соединительного патрубка 3 коллектора 2 (пропуск максимального наполнения камеры 5) поступление воды в канал связи 7 в этом случае имеет бесподпорный характер, и поступление воды прекращается. Вода из поплавковой камеры 5 через трубку 17 с регулятором 18 сливается в отводящий канал. В то же время поплавок не может удерживать клапан 13 для поддержания его в верхнем положении над оголовком выпускного патрубка 12, соответственно, и в поплавковой камере 5, наполнение воды уменьшается, поплавок 11 опускается, и запорный орган (клапан) 13 закрывает выпускной патрубок 12. Поплавковая камера 5 не заиливается, так как сильфон 18 изолирует герметично полость камеры 6 от внутренней полости накопительной емкости 4 и не допускает отложения взвешенных частиц на нижней направляющей 16. Сбросная камера 6 также не заиливается наносами благодаря тому, что дно 20 камеры 6 расположено в одной плоскости с дном сливного патрубка 21, в котором отсутствует перегораживающая задвижка. При этом легко осуществляется осмотр и настройка работы в процессе эксплуатации.
Таким образом, по сравнению с прототипом, устройство позволяет осуществить регулирование подпора воды в коллекторе 2 в автоматическом режиме с высокой точностью и повышенным быстродействием, имеет пониженную чувствительность к наносам благодаря тому, что вода в сбросную камеру 6 поступает под напором только при открытом клапане 13 на выпускном патрубке 12 и не поступает при его закрытии. Поплавковая камера 5 также надежна в работе при перепадах напора в концевой части коллектора 2 до заданного максимального уровня подпора в нем. Это позволяет осуществлять регулирование в автоматическом режиме, имея простую систему узлов, а промывка проходит под напором воды. Повышается эффективность осушения переувлажненных почв.