УСТЬЕ ДРЕНАЖНОГО КОЛЛЕКТОРА
DRAIN MANIFOLD HEAD

Изобретение относится к области мелиорации и может быть использовано для автоматического регулирования и стабилизации грунтовых вод, преимущественно для дренажных систем.
Известно устройство для регулирования грунтовых вод, включающее дренажный колодец с размещенным в нем оголовком дрены, снабженным запорным органом с поплавковым приводом, установленным 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, 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 встречает сопротивление при движении в направляющих, что способствует снижению точности для поддержания расчетного расхода в дренажном коллекторе. Следующим недостатком является громоздкость и, как следствие, большая металлоемкость. Кроме того, наличие поплавковой камеры с подвижным водосливом и запорного органа в виде заслонки с рычагом в ней делают работу устройства малонадежной при медленном наполнении воды, а необходимость точной взаимной центровки поплавкового привода с запорным органом и других элементов определяет жесткие требования к конструкции поплавковой камеры. Другим недостатком является ручное регулирование водослива, отметка которого изменяется с помощью подвижного щита и непосредственно связана с полостью отводящего коллектора посредством трубки, соединяющей поплавковую камеру с дренажным коллектором. Все это в целом также снижает надежность эксплуатации. Также для эффективной работы данного устройства необходимы большие величины расхода и напора.
Известно устье дренажного коллектора, включающее запорный орган с поплавковым приводом и штоком, установленный на оголовке дрены, расположенном в дренажном колодце, оно снабжено гидравлическим реле в виде двух герметичных камер с двумя впускными отверстиями и двумя выпускными отверстиями, причем на дне первой камеры выполнено водовыпускное отверстие, перекрываемое клапаном, который соединен с поплавком шарнирно-рычажным приводом, размещенным в водонаполнямой емкости с калиброванным водовыпускным отверстием, имеющим ограничитель перемещения поплавка, а вторая камера содержит впускной патрубок, оснащенный установленным на его конце клапаном, связанным через шток с клапаном первой камеры с возможностью вертикального перемещения относительно друг друга, и вторая камера сообщена с дреной через обратный клапан, а вентиль - со сливной трубкой (Патент RU №2538811, Е02В 11/00 от 23.12.2014).
Недостатком этого устройства является громоздкость и, как следствие, большая металлоемкость, т.е. значительное количество гидромеханических устройств, снижающих надежность сооружения, а также необходимость серьезной реконструкции, для применения на сооружениях.
Наиболее близким техническим решением из известных является устье дренажного коллектора, включающее запорный орган с поплавковым приводом и штоком, установленный на оголовке дрены, расположенном в дренажном колодце, рычажно-шарнирный привод, в колодец ведена водоприемная камера со сливным отверстием, внутри которой размещен клапан, ориентированный соосно полости отводящего патрубка и закрепленный к рычагу с поплавковым приводом, при этом водоприемная камера соединена с отводящим патрубком (Патент RU №2580123, Е02В 11/00 от 10.04.2016).
Недостатком ближайшего аналога (прототипа) является значительное количество гидромеханических устройств, снижающих надежность сооружения, а также необходимость в реконструкции, для применения на дренажном коллекторе с колодцем.
Техническим результатом является уменьшения числа гидромеханических устройств, повышения быстродействия и надежности в работе в переходных режимах.
Технический результат достигается тем, что устье дренажного коллектора, включающем запорный орган с поплавковым приводом и штоком, установленным на оголовке дрены, расположенном в дренажном колодце, колено коллектора с отводящим патрубком, колодец сверху закрыт крышкой, верхняя часть ее снабжена подпружиненным воздушным клапаном для выпуска сжатого воздуха в атмосферу, а поплавок со штоком и направляющими расположен в верхней части открытого снизу усеченного конуса, причем поплавок со штоком с установленным на оголовке дрены клапаном-затвором, имеет крышку, выполненную из ферромагнитного металла, наверху которой расположен резиновый уплотнитель, при этом на отводящем патрубке колена коллектора также расположен резиновый уплотнитель, который совместно с уплотнителем, расположенным на крышке, при всплытии поплавка обеспечивает герметичное закрытие отводящего патрубка колена коллектора, имеющего постоянные магниты, фиксирующие поплавок в верхнем положении после всплытия.
Новизна заявляемого предложения заключается в том, что в результате использования в конструкции устья дренажного коллектора новой совокупности конструктивных признаков, а именно колодца, сверху перекрытого крышкой, в верхней части которой она снабжена подпружиненным воздушным клапаном для выпуска воздуха в атмосферу, поплавка со штоком и направляющими расположенными внутри в верхней части открытого снизу усеченного конуса с постоянными магнитами, и использования таким образом, возможность работы в автоматическом режиме устья дренажного коллектора (при этом уменьшается число гидромеханических устройств).
По данным патентной и научно-технической литературы не обнаружено аналогичное техническое предложение, что позволяет судить об изобретательском уровне предложения.
Сущность предложения поясняется чертежом, где показана принципиальная схема устья дренажного коллектора.
Устройство содержит размещенные дрены 1, коллектор 2 с нижним коленом 3, прямолинейный участок 4 трубы с последующим верхним коленом 5, камеру разряжения 6 и водозаборную камеру 7, примыкающие к выпуклым стенкам колен 3 и 5 и трубки 8, соединенные концами с камерами 6 и 7, и отводящий патрубок 9. Камеры 6 и 7 соединены с помощью коллектора 2, отверстия 10 и 11 выполнены в стенках колен 3 и 5.
Отверстие 10 колена 3 ориентированы в сторону последующего колена 5, а отверстия 11 колена 3 - в сторону предыдущего колена 3. Колодец 12 сверху перекрыт крышкой 13 и представляет собой герметичную камеру, верхняя крышка которого снабжена подпружиненным воздушным клапаном 14. При этом колодец 12 имеет в верхней части открытый снизу усеченный конус 15. Усеченный открытый снизу конус 15 снабжен поплавком 16, который соединен штоком 17 с клапаном-затвором 18, установленным на оголовке дрены 19. Верхняя крышка 20 поплавка 16, выполнена из ферромагнитного металла. На верху крышки 20 расположен резиновый уплотнитель 21, а на отводящем патрубке 9 расположен резиновый уплотнитель 22, который совместно с резиновым уплотнителем 21, при всплытии поплавка 16, ходящего вдоль направляющих 23, расположенных в открытом снизу усеченном конусе 15 и направляющие 23 закреплены к стенкам усеченного конуса 15, обеспечивает герметичное закрытие отводящего патрубка 9, на котором установлены постоянные магниты 24, фиксирующие поплавок 16 в верхнем положении после всплытия. Поплавок 16, с клапаном-затвором 18, направляющими 23 и постоянными магнитами 24 в совокупности представляют собой регулятор доступа и сброса воды в колодец 12.
Устье дренажного коллектора работает следующим образом.
та
min
При открытом положении отводящего патрубка 9, оголовок дрены 19 закрыт клапаном-затвором 18, при этом вода поступает в накопительный колодец 12 и заполняет его из коллектора 2 через колена 3 и 5. При этом подпор воды в концевой части коллектора 2 обеспечивает поступление воды в колодец 12 чрез колена 3 и 5. При заполнении колодца 12 водой горизонт воды повышается до заданного УВх, при котором гидростатическая подъемная сила (архимедова сила) становится больше силы гидростатического давления действующая на клапан-затвор 18, и выталкивает полый цилиндрический поплавок 16. При наполнении колодца 12 происходит подъем поплавка 16 вдоль направляющих 23 до верхнего резинового уплотнителя 22 отводящего патрубка 9. Достигнув резинового уплотнителя 22 отводящего патрубка 9 в верхней части открытого снизу усеченного конуса 15, крышка 20 поплавка 16 притягивается и фиксируется постоянными магнитами 24, что приводит к герметичному закрытию отводящего патрубка 9. При смене положения поплавка 16 происходит закрытие отводящего патрубка 9 и открытие оголовка дрены 19 и начинается этап слива воды из колодца 12, при этом происходит открытие подпружиненного воздушного клапана 14 в крышке 13 колода 12, через который происходит выпуск воздуха в атмосферу. Опорожнение колодца 12 (сливе) происходит до уровня УВ, когда постоянные магниты 24 не могут удерживать поплавок 16 в верхнем положении, так как удерживающая сила постоянных магнитов 24 становится меньше веса поплавка 16 и силы давления воды на крышку 20 со стороны отводящего патрубка 9, что приводит к смене положения поплавка 16, и он опускается, и клапан-затвор 18 закрывает выпускной оголовок дрены 19, открывается отводящий патрубок 9. Начинается наполнение колодца 12 водой, начинается следующий цикл.
Расход коллектора с колодцем рассчитывают на пропуск максимального расхода воды через выпускной оголовок дрены 19, перекрываемый клапаном-затвором 18. Для этого по известным формулам гидравлики рассчитывают объем полого цилиндрического поплавка W, соответственно, все геометрические размеры герметичного колодца 12 с его элементами рассчитывают на заданный выпуск воды через сбросной оголовок дрены 18 и увязывают длину штока 17 клапана-затвора 18, поплавка 16 и высотой герметичного колодца 12.
Таким образом, по сравнению с прототипом, устройство позволяет упростить конструкцию и осуществить регулирование подпора воды в коллекторе 2 в автоматическом режиме с высокой точностью и повышением быстродействия. Усеченный открытый конус 15 открыт снизу, в котором размещен поплавок 16 с направляющими 23. Это позволяет осуществить регулирование в автоматическом режиме, имея простую систему узлов. Повышается эффективность осушения переувлажненных почв.