УСТРОЙСТВО ДЛЯ РЕГУЛИРОВАНИЯ УРОВНЯ ГРУНТОВЫХ ВОД
APPARATUS FOR CONTROLLING GROUNDWATER LEVEL

Изобретение относится к сельскому хозяйству, в частности к мелиорации, и может быть использовано для автоматического регулирования грунтовых вод на дренажной сети в осушительно-увлажнительных системах.
Известен регулятор уровня воды в дренажной сети, имеющий поплавковый привод запорного органа, выполненного из двух клапанов различного диаметра, и имеющих общий шток, одновременно являющийся тягой для поплавка. Запорный орган размещен в корпусе, установленном на оголовке дрены перпендикулярно оси (Авторское свидетельство SU №496349, кл. E02B 11/00 от 25.12.1975).
Недостатком регулятора являются его односторонняя работа, т.е. регулирование уровня воды при ее движении в одном 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 съемным стаканом-затвором, установленным на нем 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).
Недостатками регулятора являются 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.
Наиболее близким по технической сущности является регулятор уровня грунтовых вод, содержащий установленный на оголовке дрены, размещенном в колодце, запорный орган с поплавковым приводом, регулятор снабжен трубчатым фильтром и расположенной в колодце с камерой, а привод запорного органа выполнен в виде двух шарнирно связанных с возможностью независимого перемещения поплавков, один из которых размещен в камере, сообщенной через фильтр с грунтовыми водами выше регулятора (Авторское свидетельство SU №763519, кл. Е02В 11/00 от 15.09.1980).
Однако такое устройство требует подачи воды по дренажному коллектору от истока к устью и характеризуется невысокой точностью стабилизации уровня. Кроме того, наличие датчика трубчатого фильтра приводит к заохриванию и исключению попадания воды через него вовнутрь трубки и не может работать по длине регулирования дренажных вод в зависимости от колебания уровня воды в дренажной системе. При определенной отметке расположения поплавка происходит сброс воды из системы независимо от гидрологического режима орошаемой территории, что приводит к повышенному поступлению минерализованных дренажных вод в водоисточники и переосушению корнеобитаемого слоя почвы. 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 затвора при его открытии. Эти усилия снижают безопасность срабатывания устройства, а следовательно, и надежность его эксплуатации. На вертикальном штоке из-за трения стойки отсутствует возможность управления системой для полного уравновешивания рычажного устройства в двух взаимно противоположных направлениях, что влечет за собой случайность выбора его положения.
Технический результат от использования заявляемого изобретения заключается в повышении эффективности за счет обеспечения включения и выключения устройства для регулирования уровня грунтовых вод при достижении заданного уровня в колодце.
Технический результат достигается тем, что в устройстве для регулирования грунтовых вод, включающем дренажный колодец с размещенным в нем оголовком дрены, снабженным запорным органом, и поплавковый привод, поплавковый привод с большим поплавком дополнительно снабжен двуплечим рычагом с регулируемым запорным органом, выполненным в виде конуса с малым поплавком и направленным в сторону нижнего конца Г-образной водосливной трубки, подключенной к рабочей камере, а второй запорный орган размещен над впускным патрубком и соединен с задающим регулируемым механизмом, выполненным в виде винтовой пары, закрепленных на плите-перекрытия колодца, при этом второй запорный орган с мембранной в центральной части имеет рассекатель потока с дросселирующей трубкой, причем один ее конец герметично пропущен в рабочую камеру, а второй - во впускной патрубок, при этом выпускной патрубок снабжен прижимным диском, выполненным в виде клапана, соединенного с поплавковым приводом.
Кроме того, впускной патрубок выполнен регулируемым.
Предлагаемый регулятор направлен на устранение указанных недостатков за счет конструкции, которая позволяет уменьшить величину гидростатического давления при открытии запорного органа с мембраной за счет конструкции и уравновесить систему поплавковой части регулируемым конусом (клапаном), связанным с малым поплавком посредством взаимодействующих друг с другом двуплечего рычага со штоком большого поплавка, который также связан с открытием или перекрытием выпускного патрубка прижимным диском (клапаном). В результате чего водосливная трубка, связанная с надмембранной полостью, выполненной в виде рабочей камеры, а конус с малым поплавком может перекрывать отверстие нижнего конца Г-образной водосливной трубки. Необходимые уровни регулирования задаются вращением винта задающего механизма, который образует и установленный в нем с дросселирующей трубкой.
Все это в целом улучшает качество и точность регулирования уровня грунтовых вод в дренажной системе.
На чертеже показано предлагаемое устройство для регулирования уровня грунтовых вод.
Регулятор состоит из дренажного колодца 1, соединенного с входной дреной 2 с патрубком 3, в который вставлен дополнительный впускной патрубок 4, имеющий возможность перемещаться в вертикальном направлении. Запорный орган состоит из корпуса 5, включающего надмембранную полость в виде рабочей камеры 6, гибкую мембрану 7. На мембране 7 установлен рассекатель потока 8 с дросселирующей трубкой 9. Жесткий центр мембраны с установленной в нем дросселирующей трубкой 9 образует с впускным дополнительным патрубком 4 регулирующий орган. Рабочая камера 6 в своей боковой части имеет Г-образную водосливную трубку 10, через которую вода из рабочей камеры 6 может сливаться в колодец 1.
Выходной конец Г-образной водосливной трубки 10 снабжен запорным клапаном, выполненным в виде конуса 11 с малым поплавком 12, размещенным, соответственно, в нижней его части. Малый поплавок 12 с конусом 11 закреплен на двуплечем рычаге, включающем рычаги 13 и 14, последний жестко соединен одним концом со вторым двуплечим рычагом, состоящим из штока 15 с большим поплавком 16, фиксируемым на штоке 15 в различных положениях фиксатором 17 и с рычагом 18 с находящимся на одном из концов его с прижимным диском 19, выполненным в виде клапана для выпускного патрубка 20. Шток 15 перемещается вверх-вниз по направляющим 21 и 22. Малый поплавок 12 с конусом 11, соединенный с рычагами 13 и 14, перемещаются за счет кинематической связи, соединенных со штоком 15 с большим поплавком 16 и рычагом 18, на котором закреплен прижимной диск 19. На корпусе 5 укреплен винт 23 с гайкой 24, размещенные сверху над плитой-перекрытия 25. Винтовая пара 23 и 24 служит задающим механизмом высоты расположения регулирующего органа над впускным патрубком 4.
С целью уменьшения усилия на поплавковое устройство с большим поплавком 16 система сконструирована таким образом, чтобы усилие от веса штока 15, рычага 18, диска 19 и рычагов 13 и 14, конуса 11 (клапана) уравновешивалось подъемной силой малого поплавка 12, когда общая подъемная сила обоих поплавков становится равной и больше давления водяного столба на конус 11 и прижимного диска 19.
Устройство для регулирования уровня грунтовых вод работает следующим образом.
В закрытом положении прижимной диск 19 (клапан) прижимается к седлу выпускного парубка 20. Для включения устройства на необходимый расход в колодце 1 рычаг 14 крепят жестко к штоку 15 (от градуированному заранее) для возможности открытия отверстия в Г-образной водосливной трубке 10, соответственно необходимое для заданного открытия конуса 11. При этом надмембранная полость в виде рабочей камеры 6 соединяется с атмосферой.
При подводе воды к выпускному патрубку 4 мембрана 7 поднимается вверх, и вода свободно поступает в колодец 1. Одновременно с этим вода поступает через дросселирующую трубку 9 в рабочую камеру 6 и дальше через Г-образную водосливную трубку 10 свободно сливается, обтекая конус 11 в дренажный колодец 1. Вода, поступая в колодец, поднимается до уровня, когда подъемная сила большого 16 и малого 12 поплавков становится равной и больше давления водяного столба на конус 11 и прижимной диск 19. Выталкивающая сила воды, действующая на поплавки 12 и 16, связанные с конусом 11 и диском 19, поднимает вверх. Поплавок 16 выполняет функцию преобразователя перемещения диска 19 и одновременно с поплавком 12 преобразователя перемещения конуса 11 - к закрытию отверстия водосливной трубки 10, а выпускного патрубка 20 - приводящее к открытию. Это позволяет открыть диск постепенно и исключить хлопающий эффект. При этом большой поплавок 16 фиксируется при помощи фиксатора  17 задания (уставки) по штоку 15 (отрегулированному также заранее), и устанавливается соответственно необходимое для заданного наполнения положение поплавка 16 на штоке 15, учитывая кинематическую связь с рычагами 13 и 14 с малым поплавком 12 с конусом 11, таким образом, производительность дренажного колодца 1 взаимосвязана для выпуска воды в выпускной парубок 20.
При превышении регулируемого уровня воды в колодце 1 и при перекрытии отверстия Г-образной водосливной трубки 10, слив из рабочей камеры 6 прекращается. За счет повышения давления воды в надмембранной полости в виде рабочей камеры 6 и большей площади мембраны 7 по сравнению с проходным сечением дополнительного впускного патрубка 4, мембрана 7 перекрывает отверстие впускного патрубка 4, и поступление воды через регулирующий орган прекращается, дренажный колодец 1 освобождается от воды. При этом высота подъема поплавка 16 ограничивается высотой штока 15 зафиксированным фиксатором 17. Условием подъема диска 19 является связь, разница превышения высоты подъема малого поплавка 12 с конусом 11 над большим поплавком 16 со штоком 15, обеспечивающее слив воды из дренажного колодца 1 и прекращение поступления воды через впускной патрубок 4 с помощью регулирующего органа. Начинается слив воды.
По мере выхода воды из колодца 1 поплавок 16, а вместе с ним и поплавок 12 с конусом 11, соединенные двуплечим рычагом 14 со штоком 15, опускаются вниз. И при опускании прижимного диска 19 до оголовка выпускного патрубка 20 происходит открытие отверстия в водосливной трубке 10.
В дальнейшем процесс повторяется. Период повторения зависит от регулировки поплавка 16 и хода задающего механизма, выполненного в виде винтовой пары, состоящей из винта 23 и гайки 24.
При перемещении большого поплавка 16 вниз и вращении винта 23, задающего механизма конус 11 (клапан) также может перекрывать отверстие водосливной трубки 10. В этом случае регулирующий орган закрыт при любых перепадах уровней в дрене.
При необходимости в обеспечении аэрации почвы, задерживая слив воды на время, определяемое истечением воды из дрены 2 с патрубком 3 через впускной патрубок 4, выпуск воды из дренажного колодца 1 может быть настроен на любой отрегулированный заранее уровень воды за счет изменения поплавкового привода и задающего механизма.
Снабжение кинематических связей поплавковых приводов позволяет точно фиксировать взаиморасположение большого 16 и малого 12 поплавков, конуса 11 и прижимного диска 19 при их совместной работе и обойтись без устройств каких-либо направляющих для перемещения конуса 11.
Выполнение конуса 11 в виде остроконечного в вершине конуса, а прижимного диска 19, наоборот, в виде горизонтального плоского диска, способствует обеспечению плавного открытия нужного объема слива воды из рабочей камеры 6 (в надмембранной полости), что необходимо для открытия регулирующего органа и наполнения водой дренажного колодца 1, в условиях колебания дренажной воды в дренах 2 во всем диапазоне от минимального до максимального.
Устройство для регулирования уровня грунтовых вод позволяет существенно упростить сброс воды, предохранить орошаемые участки от засоления, увеличить экономию оросительной воды; удобство регулирования параметров работы устройства (за счет кинематической связи двух поплавковых приводов, работающих совместно, запорные органы 11 и 19 которых направлены в противоположные стороны).