УСТРОЙСТВО ДЛЯ РЕГУЛИРОВАНИЯ УРОВНЯ ВОДЫ В ЗАКРЫТОЙ ДРЕНАЖНОЙ СЕТИ
DEVICE FOR REGULATION OF WATER LEVEL IN CLOSED DRAINAGE NETWORK

Изобретение относится к сельскому хозяйству, в частности к мелиорации, и может быть применено для автоматического регулирования уровня грунтовых вод на закрытых осушительно-увлажнительных системах, а также при регулировании уровня воды в верхних бьефах перегораживающих сооружений на оросительных и осушительно-увлажнительных каналах.
Известен регулятор уровня грунтовых вод, устанавливаемый в смотровом колодце и содержащий тарельчатый затвор с поплавковым приводом, корпус которого установлен на оголовке дрены, камеру с установленным в ней поплавком и датчиком уровня грунтовых вод в виде трубчатого фильтра (Авторское свидетельство СССР №763519, кл. E02B 11/00, 1980).
Известное устройство сложно в изготовлении, в процессе эксплуатации из-за заиления и заохривания датчика трубчатого фильтра не обеспечивается с достаточной точностью поддержание заданных напоров, при этом трубчатый фильтр расположен на 3-5 м выше колодца в характерной точке депрессионной кривой, т.е. не может работать во всем диапазоне регулирования дренажных вод в зависимости от колебания уровня воды в дренажной системе.
Кроме того, конструкция подвижного цилиндра с тарельчатым затвором, соединенных между собой с возможностью перемещения относительно друг друга в сварном корпусе, сложна в эксплуатации и приводит к необходимости создания значительных усилий для преодоления гидростатического давления в сварном корпусе, действующего на всю площадь на тарельчатый затвор при его открытии. Эти усилия снижают безотказность срабатывания устройства, а следовательно, и надежность его эксплуатации. При этом также ненадежно из-за трения стойки на вертикальном штоке, попадания мусора и отсутствия возможности управления системой для полного уравновешивания рычажного устройства в двух взаимно противоположных направлениях, что влечет за собой и случайность выбора его положения.
Наиболее близким из аналогов, принимаемым за прототип, является устройство для регулирования уровня грунтовых вод, содержащее колодец с размещенным в нем оголовком дрены, снабженный запорным органом, поплавковый привод, установленный в камере, которая сообщена с колодцем, и трубопровод, соединенный с дреной (Авторское свидетельство СССР №1013560, кл. E02B 11/00, 1983).
Недостатком данного устройства является то, что оно не может контролировать свой нижний бьеф, а значит, не может быть использовано в каскаде таких сооружений по длине коллектора, при этом в процессе эксплуатации не представляется возможность точного и гибкого регулирования уровня грунтовых вод из-за постоянного ручного открытия или закрытия затвора в боковой стенке камеры, что негативно влияет на урожайность сельскохозяйственных культур. Кроме того, использование рычага и дроссельной заслонки непосредственно в самом колодце усложняет конструкцию и увеличивает погрешность при стабилизации заданного расхода и необходимость настройки поплавка с работой водосливного затвора в каждом конкретном случае применения в реальных условиях. Оно также ненадежно из-за трения штока в ползуне при попадании мусора и наносов и отсутствия возможности управления системой для полного уравновешивания поплавкового привода при закрытии затвора, а также ненадежно из-за трения штока в ползуне при попадании мусора и наносов, сложно в эксплуатации.
Предлагаемое устройство направлено на устранение указанных недостатков за счет конструкции, которая позволяет уменьшить величину гидростатического давления при открытии и закрытии запорного органа в виде клапана за счет самой конструкции в целом и уравновесить систему поплавковой части, в частности, для быстрого закрытия запорным органом отводящей дрены на момент слива воды из поплавковой камеры; исключить попадание мусора и наносов на движущие элементы устройства, что повышает эксплуатационную надежность, качество и точность регулирования воды в дренажной системе.
Предлагаемое устройство просто, современно, прогрессивно в конструктивных элементах и материалов (клапан, эластичный рукав, пружина, датчик уровня). Пружина является задатчиком регулирования давления на поплавковый привод, она не только уменьшает гидравлический удар, но выполняет роль поддерживающего (удерживающего) конструктивного элемента. Сила упругости пружины опускает поплавковый привод, и клапан надежно закрывает водопропускное отверстие дрены, т.е. она компенсирует момент груза на поплавковом приводе через систему рычагов, и высокая безотказность работ. Кроме того, над крышкой запорного органа расположен сильфон, что не допускает утечку воды из колодца в дрену.
Цель изобретения - повышение надежности в работе путем уменьшения усилия на поплавковый привод.
Поставленная цель достигается тем, что устройство для регулирования уровня воды в закрытой дренажной сети, включающее дренажный колодец с размещенным в нем оголовком дрены, снабженный запорным органом, поплавковый привод, установленный в камере, которая соединена с колодцем, и трубопровод, соединенный с дреной, запорный орган содержит в дне приямок с патрубком цилиндрической формы с внешней стороны корпуса, в котором размещен чувствительный элемент в виде пружины, прикрепленной одним концом к клапану, а другим соединен с механизмом положения пружины, закрепленным в дне патрубка с возможностью вертикального его перемещения при изменении положения клапана на выпускном отверстии корпуса, при этом клапан установлен между входным и выходным каналами корпуса, причем выходной канал соединен с выходной дреной.
Кроме того, механизм положения пружины в виде регулировочного винта жестко закреплен к дну патрубка со стороны дна колодца.
При этом впускное отверстие камеры имеет выступы-ограничители, периодически взаимодействующие с поплавковым датчиком, связанным с клапаном.
На чертеже дано устройство для регулирования уровня воды в закрытой дренажной сети, общий вид, в режиме наполнения.
Устройство включает дренажный колодец 1, соединенный с входной дреной 2, и запорный клапан 3, который регулирует расход воды через выходную дрену 4. Запорный клапан 3 со штоком 5 пропущен через направляющие 6 в крышке 8, снабженные сильфоном 7 из эластичного материала. Клапан 3 перекрывает выпускное отверстие 9 в корпусе 10, сообщающее дрену 4 с колодцем 1. Колодец 1 снабжен проточной камерой 11, сообщающейся выпускным калиброванным отверстием 12 с дополнительной емкостью 13. Выпускное калиброванное отверстие 11 перекрыто клапаном 14, снабженным грузом 15, для увеличения его масс. Емкость 13 посредством трубопровода 16 соединена с выходной дреной 4, а впускным отверстием 17 - с дренажным колодцем 1. Клапан 14 выполнен в виде конуса, к вершине которого прикреплен шток 18, на котором закреплен поплавок 19 посредством фиксатора 20, причем поплавок 19 размещен в камере 11, который, в свою очередь, штоком 18 соединен с шарнирно-рычажным органом 21 со штоком 5 запорного клапана 3. Шток 5 запорного клапана 3 может иметь винтовую пару, допускающую возможность настройки клапана 3 вверх или вниз от перемещения поплавка 19 в камере 11 со штоком 18, причем нижним концом он связан с клапаном 14 конусного вида с грузом 15, последние размещены ниже дна камеры 11 в емкости 13.
Поплавковый датчик 22 уровня с клапаном 23, размещенным во впускном отверстии 17, выполненном в камере 11, сообщенной с дренажным колодцем 1, впускное отверстие имеет выступы 24 с окнами и периодически взаимодействует с поплавковым датчиком 22 уровня, в крайнем верхнем положении связанным с клапаном 23. Выбор поплавкового датчика 22 уровня позволяет прижать датчик 22 к выступам-ограничителям 24, через отверстия которых вода поступает в камеру 11. Кинематическая связь между поплавком 19 и запорным клапаном 3 выполнена в виде рычага 21, шарнирно связанного с дренажным колодцем 1. Сочетание поплавка 19 на штоке 18, пропущенного через калиброванное отверстие 12 с клапаном 14 с грузом 15 переменной массы, позволяет избежать перекосов в вертикальном перемещении. На боковой стенке камеры 11 выполнено калиброванное отверстие 25, сообщенное с колодцем 1.
В основании корпуса 10 запорного органа выполнено углубление, в котором закреплен патрубок 26 цилиндрической формы, внутри которого размещен чувствительный элемент в виде пружины 27 с фиксирующим винтом 28, который закреплен к дну патрубка 26. Клапан 3 запорного органа и патрубок 26 соединены между собой гибким рукавом 29, который охватывает пружину 27 с возможностью свободного перемещения штока 5 с клапаном 3, при этом пружина 27 одним торцом жестко скреплена с клапаном 3. Пружина 27 крепится соосно штоку 5 с клапаном 3 на заранее заданном расстоянии, с целью преодоления гидростатического давления воды на поплавок 19 при постепенной сработке камеры 11, т.е. клапан 3 занимает такое положение, при котором происходит сброс воды через отверстие 12 из камеры 11, преодолевая силу гидростатического сопротивления поплавка 19 с грузом 15. Пружина 27 не только выполняет роль поддерживающего конструктивного элемента, но и уменьшает гидравлический удар при закрытии клапана 3. Это усилие уравновешивается пружиной в замкнутой полости гибкого рукава 29 с механизмом изменения положения в виде регулировочного винта 28, жестко закрепленного в дне патрубка 26.
Устройство для регулирования воды в закрытой дренажной сети работает следующим образом.
При поступлении воды в колодец 1 устройство находится в положении, когда к седлу запорного органа поджат пружиной 27 клапан 3, поплавок 19 с грузом 15 находится в нижнем положении. В установленном положении фиксируют длину штока 5 с клапаном 3. Под действием регулировочного винта 28, закрепленного на дне вертикального патрубка 26, фиксируют отрегулированное усилие пружины 27. Гибкий рукав 29, охватывающий пружину 26, используется для защиты ее от попадания мусора и наносов в работе данного устройства. Поступающая вода наполняет колодец 1, уровень возрастает, и происходит повышение уровня воды в колодце 1. Вследствие расположения поплавкового датчика 22 ниже дна камеры 11 на определенной высоте, посредством всплытия поплавкового датчика 22, клапан 23 тем самым открывает впускное отверстие 17, увеличивая приток воды в камеру 11. В результате увеличения разности уровня в камере 11 гидростатическое давление воды возрастает, поплавок 19, следуя за уровнем воды в камере, поднимается и поднимает одновременно клапан 14 и груз 15 в дополнительной емкости 13. Достигнув упора в виде дна камеры 11, клапан 14 перекрывает выпускное отверстие 12, заполнение камеры 11 будет закончено. Равновесие шарнирно-рычажного механизма нарушается, и шток 5 давит на клапан 3, и отверстие 9 корпуса 10 открывается. Сильфон 7 изолирует герметично полость крышки 8 от воды, находящейся в колодце 1, и не допускает отложения взвешенных частиц в направляющей 6. Запорный орган (корпус) 10 также не заиливается наносами. Поддержание заданного открытия отверстия 9 вызывает увеличение площади проходного сечения в седле этого клапана корпуса 10. Таким образом, при изменении давления в колодце 1, очевидно из принципиальной схемы регулирующего органа 3, обеспечивается чувствительным элементом в виде пружины 27, размещенной в углублении патрубка 26 с регулировочным винтом 28. Вследствие этого сброс грунтовых вод увеличивается в дрену 4.
При понижении уровня грунтовых вод ниже заданного колодец 1 опорожняется, поплавковый датчик 22 опускается, клапан 23 закрывает выпускное отверстие 17. Вследствие этого камера 11 остается на некоторое время наполненная водой - с задержкой, затем происходит снижение уровня через калиброванное отверстие 25, расположенное в стенке камеры 11, и вода постепенно вытекает в колодец 1, что приводит к открытию выпускного отверстия 12 клапаном 14. Вода из емкости 13 через трубу 16 поступает в отводящую дрену 4. Причем гидравлический режим в камере 11 характеризуется плавным постепенно затухающим изменением расхода, вплоть до полного опорожнения ее, что способствует наличие разжатой пружины 27 в полости патрубка 26 в направлении компенсации момента движения на поплавок 19 с клапаном 14 и грузом 15 через рычажно-шарнирный механизм. Причем необходимая задержка во времени опорожнения воды из камеры 10 позволяет осуществить полный сброс воды из колодца 1 в сбросную дрену 4. Если вода в колодце 1 вытекает в отводящую дрену 4 объемом, превышающим объем воды в камере 11, то время задержки регулируется до тех пор, пока сток не уменьшится в колодце 1 за счет наличия чувствительных элементов устройства. Равновесие системы вновь нарушается. В результате приходит в движение шток 5, и клапан 3 перекрывает выпускное отверстие 9. Поддержание клапана 3 поджатой пружиной 27 в патрубке 26 уменьшает гидравлический удар клапана, связанного шарнирно-рычажным механизмом с поплавковым приводом, состоящим из элементов 19, 14, 15, и поддерживает давление поплавка в камере эффективнее за счет наличия управления чувствительного элемента 27, размещенного в патрубке 26. На работу пружины 27 не будут влиять отложения наносов при наличии гибкого рукава 29, охватывающего ее в патрубке 28, и торцом пружины, соединяющим клапан 3 с торцом последнего.
Вследствие соединения клапана 3 с пружиной 27 в патрубке 26 обеспечивается демпфирующее воздействие на поплавковый привод, а выталкивающая сила воды на поплавок 19, равная объему погруженной части, препятствует резкому закрытию (удержанию) клапана 3 отверстия 9 в седле, что также повышает точность регулирования. После опорожнения камеры 11 и емкости 13 устройство готово к новому циклу работы.
Таким образом, постоянство сброса воды в дрену 4 при изменении давления в колодце 1 очевидно из принципиальной схемы регулирующего органа 3, связанного с чувствительным элементом (пружиной) 27 и гибким рукавом 29.
Преимущество по сравнению с прототипом заключается в повышении точности регулирования, устойчивости в работе и повышении эксплуатационной надежности за счет отсутствия трений в перемещениях штока и запорного органа относительно друг друга, на которые могут влиять наносы и мусор, что и повышает надежность и прогрессивность конструктивных элементов. Закрытие отверстия запорного органа происходит только после опорожнения поплавковой камеры. Изменение установки чувствительного элемента выполняется изменением сжатия пружины при помощи ввинчивания винта. Это позволяет осуществлять регулирование в автоматическом режиме, имея простую систему узлов, а промывка проходит под напором воды.