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

Изобретение относится к сельскому хозяйству, в частности к мелиорации, и может быть применено в закрытых осушительно-увлажнительных системах, а также при регулировании уровня воды в верхних бьефах перегораживающих сооружений на оросительных и осушительно-увлажнительных каналах.
Известно устройство для регулирования уровня грунтовых вод, содержащее запорный орган водовыпускной трубы в виде конического тора из эластичного материала, полость которого через клапанную коробку с открывающимися и закрывающимися клапанами соединена с трубой и колодцем, канал связи содержит обратный клапан с фильтром. Запорный орган задвигающегося клапана соединен с поплавком осадкокамеры (Авторское свидетельство SU №1640286, Е02В 11/00, G05D 9/00 от 07.04.1991).
Данное устройство сложно в изготовлении, оно громоздко и, как следствие, большая материалоемкость. Устройство фильтра предусматривает периодическую очистку последнего, что затрудняет эксплуатацию регулятора.
Известен регулятор уровня грунтовых вод, состоящий из корпуса в виде трубы-колена под углом 90°, вертикальный конец которого представлен запорным клапаном, состоящим из патрубка со сливными окнами, перекрываемыми затвором-стаканом (Авторское свидетельство SU №1645360, Е02В 11/00 от 30.04.1991).
Данное устройство сложно в изготовлении: из-за громоздкости Г-образного патрубка, труба устанавливается высоко над днищем колодца, что ведет к заохриванию и заилению дна, кроме того, при работе Г-образного патрубка в режиме заполнения стакан будет погружаться в ил. Система для бесперебойной работы непригодна, так как требует постоянной очистки колодца. Кроме того, конструкция запорного органа и расположение его в колодце приводят к необходимости создания значительных усилий для преодоления гидростатического давления, действующего на всю площадь затвора-стакана при его открытии. Эти усилия снижают безотказность срабатывания устройства, а, следовательно, и надежность его эксплуатации.
Известен регулятор уровня грунтовых вод, содержащий отрезок трубы, запорный клапан, состоящий из жесткой конструкции с расположенным на нем рычажным устройством с грузом и поплавковым приводом (Авторское свидетельство SU №871153, G05D, E02B от 07.01.1981).
Данное устройство ненадежно из-за трения трубы в трубе, попадания мусора и отсутствия возможности управления системой для полного уравновешивания рычажного устройства и сложно в изготовлении.
Известен регулятор подпора воды в дрене, состоящий из затвора в виде кольцевой надувной камеры, насаженной на концентрически установленную в дрене трубу. К трубе посредством гибкого шланга присоединен гидростатически уравновешенный бачок с поплавковой камерой, установленный в герметичном наблюдательном колодце (Авторское свидетельство SU №491757, Е02В 11/00, 1974).
Недостатками такого регулятора является невозможность стыковки с системами телемеханики, необходимость устройства герметичного наблюдательного колодца, невозможность работы регулятора в режиме осушения, трудоемкость перестройки регулятора на другой уровень грунтовых вод.
Известны также устройства для регулирования уровня грунтовых вод по SU №658534, 1215099, 1323647.
Однако они являются громоздкими и, как следствие, большая материалоемкость, а также сложны в изготовлении.
Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является устройство для регулирования уровня грунтовых вод, содержащее полый эластичный затвор, соединенный с вертикально установленной трубой, сообщенной с управляющим элементом, размещенным в колодце, при этом управляющий элемент выполнен в виде установленного в верхней части вертикальной трубы и сообщенного с ней сильфона с поплавком и снабжен механизмом изменения положения поплавка (Авторское свидетельство SU №897933, Е02В 11/00 от 15.01.1982).
Недостатком этого устройства является то, что низкая надежность работы эластичного затвора, управляемого уровнем воды в трубе, связанной с сильфоном, в частности при регулировании грунтовых вод, соответствующей величине наполнения колодца, требует учитывать определенную величину гидростатического давления воды в сильфоне и в трубе при открытии эластичного затвора, что не позволяет вовремя освободить дрену от воды, т.е. замедленное время снижения объема сильфона и, соответственно, уменьшения объема эластичного затвора и, наоборот, увеличение времени заполнение при закрытии проходного сечения в дрене, а также недостаточная надежность устройства за счет возможности осадка, который всегда может присутствовать в воде, т.е. постоянно нужно обновлять полость эластичного затвора, полость невозможно промыть. Применение такого замкнутого затвора ведет к препятствию промывки дрены от наносов и к повреждению самой оболочки.
Технический результат от использования заявленного изобретения заключается в упрощении конструкции и уменьшении материалоемкости, а также в повышении надежности работы.
Технический результат достигается тем, что устройство для регулирования уровня воды в закрытой дренажной сети, содержащее наблюдательный колодец, полый эластичный затвор, соединенный с вертикально установленной трубой, и удерживающий элемент, наблюдательный колодец выполнен из закрытого резервуара, разделенного в средней части перегородкой, при этом на перегородке сверху размещена емкость в виде ресивера для накопления рабочей среды и связанного с вертикально установленной трубой, которая в нижней части имеет эластичный затвор, снабженный шарнирно прикрепленными к стенкам створок, соединенных мягкой оболочкой, причем образуемая створками и оболочкой полость используется для сообщения трубы, с ресивером нагнетающего рабочую среду, и ресивер связан с компрессором с возможностью подачи рабочей среды в виде воздуха, и ресивер дополнительно связан с насосом с возможностью откачки рабочей среды в виде воздуха, при этом используют блок управления с электрокоммутационной схемой и подключенные к нему электромагнитные датчики уровней воды, при этом блок снабжен также задатчиками продолжительности периодического включения компрессора или насоса, и их поочередного отключения.
Кроме того, в стенках дрены выполнено углубление, в котором расположен эластичный затвор.
Предлагаемое устройство направлено на устранение указанных недостатков за счет контроля, и требуемого снижения трудоемкости, и сокращения материалоемкости, и более уменьшить величину гидростатического давления при открытии эластичного затвора за счет конструкции, которая использует подачу или откачку воздуха из пневмокамеры (оболочки) до тех пор, вначале оболочка, а за ней и створки войдут в углубление стенки, при этом оболочка расположится в углублении между его плоскостями и подвижными створками, которые защитят ее от возможных механических повреждений при открытии проходного сечения дрены полностью. Процесс накопления и опорожнения при понижении уровня грунтовых вод взаимосвязаны с работой наблюдательного колодца, соответственно, опорожнение колодца будет продолжаться до тех пор, пока происходит отток воды через проходное сечение дрены и ее промывка, не повреждая мягкую оболочку, так как движение потока в дрене можно регулировать подачей и откачкой заполнителя в автоматическом режиме, при этом запорный элемент прижимается к стенке трубы или отходит от нее, меняя, таким образом, проходное сечение дрены, соответственно улучшается гидравлическая структура потока, что улучшает качество и точность регулирования уровня воды в дренажной системе.
Сопоставительный анализ заявляемого технического решения и прототипа показывает, что в заявленной совокупности признаков часть существенных признаков является новой, следовательно, заявленное решении соответствует критерию «новизна».
На фиг. 1 - устройство для регулирования уровня воды в закрытой дренажной сети; на фиг. 2 - размещение элемента в стенке дрены при необходимости удаления из сечения.
Устройство состоит из наблюдательного дренажного колодца 1, соединенного с дреной 2, в которой выполнено углубление 3. Запорный элемент 4 состоит из подвижных створок 5, соединенных мягкой оболочкой 6, причем подвижные створки 5 крепятся к стенке углубления шарниром 7. Полость мягкой оболочки 6 сообщена трубой 8 с ресивером 9 с заполнителем рабочей среды (например, воздух). Наблюдательный колодец 1 выполнен в виде закрытого резервуара и имеет входное 11 и выходное 12 отверстия, а также в средней части разделен перегородкой 10, с размещенным сверху ресивером 9, с нагнетающим воздухом или откачиваемого из него, и связанного с компрессором 13 и насосом 14. Камера 15 колодца 1 снабжена датчиками 16 и 17 верхнего и нижнего уровня воды, в камере 15 датчики соединены с компрессором 13 и насосом 14 через программный блок 18, сообщающийся с ресивером 9 посредством трубки 19, при этом все управляющие элементы связаны с программным блоком 18 управления. При этом последний имеет задатчики продолжительности периодического управления золотниками для подачи или откачки воздуха (не показано для упрощения).
Блок 18 управления с электронно-коммутирующей схемой (не показано) предназначен для управления всем устройством и включает в себя также электронные ключевые элементы, электромагнитное реле времени, блок сравнения, стабилизатор напряжения и блок переключателя (не показано).
Предлагаемое устройство работает следующим образом.
Камера 15 колодца 1 гидравлически сообщается с дреной 2 и с дренажными водами. Для приведения в рабочее состояние включается программный блок 18 управления.
В запорный элемент 4, состоящий из подвижных створок 5 и мягкой оболочки 6, нагнетательным устройством (например, компрессором 13) подают воздух в ресивер 9, далее посредством трубы 8 заполняют запорный элемент 4. В результате чего элемент 4 наполняется им, приобретая форму шара, и перекрывает углубление 3 в дрене 2. Далее вода начинает наполнять камеру 15 колодца 1, так как входное 11 и выходное 12 отверстия одинаковые, а напор перед входным отверстием больше, чем перед выходным. При превышении уровня при заполнении камеры 15 и в течение выдержки времени контролирует задатчиком продолжительности времени (не показано). Программный блок 18 с электромагнитом воздействует на золотниковый механизм (не показано), а также на само устройство. Компрессор 13 отключается и включается насос 14 для откачки воздуха из ресивера 9, соответственно и из запорного элемента 4, при этом элемент 4 прижимается к стенке углубления 3 дрены 2, меняя, таким образом, живое сечение потока дрены 2, т.е. воздух откачивается из пневмокамеры 4 до тех пор, пока вначале оболочка 6, а за тем за ней и створки 5 войдут в углубление 3 дрены 2. При этом оболочка 6 расположится в углублении 3 между его плоскостями и подвижными створками 5, которые защитят ее от возможных механических повреждений (наносов и т.д.). Таким образом, регулируют горизонт воды в камере 15 колодца 1, т.е. уменьшается объем воздуха в полости элемента 4, освобождая тем самым некоторую часть дрены 2 и сбрасывая излишек воды. Верхний и нижний уровень воды в камере 15 колодца 1 контролируется датчиками 16 и 17, сигналы от которых поступают в программный блок 18 для управления работой компрессора 13 или насоса 14, при этом через определенный промежуток времени работа программного блока 18 непосредственно связана как с работой компрессора, так с работой насоса, когда датчики 16 и 17 контролируют верхний и нижний уровень воды в камере 15 колодца 1. Вследствие этого возможна система автоматического управления регулированием и расширения области применения, следовательно, и точность регулирования уровня воды возрастает, поступающей из дренажных систем. Работа известного программного блока 18 здесь не описывается в полном объеме с его элементами для упрощения описания заявки. В целом процесс через определенный промежуток времени повторяется. Информация наполнения и слива воды из камеры 15, т.е. уровни ее, регулирует поднятие или снижение дренажных вод в колодце 1, непосредственно работой самим запорным элементом 4, поскольку последний всегда связан через трубу 8 с ресивером 9.
Таким образом, в течение всего периода работы устройства, уровень воды в камере 15 наблюдательного колодца 1 постоянно следует за поступлением дренажных вод из системы. Эта связь на дренажной системе приводит к снижению трудоемкости контроля и материалоемкости предложенного устройства в сравнении с прототипом.
Основным достоинством устройства, определяющим его надежность и обеспечение долговечной (продолжительной) эксплуатации и улучшения условий труда обслуживающего персонала, является независимость процесса задания и поддержания возможностью автоматического управления нормой осушения в процессе увлажнения-осушения, т.е. наполнения и слива.
Благодаря углублению в дрене запорный элемент не подвержен износу из-за возможного отложения наносов перед ним, а также возможности постоянно их промывки, даже в ходе продолжительной эксплуатации запорный элемент не выйдет из строя, гибкая оболочка, которая входит в сторону углубления дрены.