СИСТЕМА СИФОННОГО ВОДООТВОДА Российский патент 1995 года по МПК E02B11/00 

Изобретение относится к области мелиорации и касается, в частности, отведения воздуха из системы сифонного водоотвода вертикального дренажа.

В тех случаях, когда необходимо обеспечить значительное понижение уровня грунтовых вод на объектах осушения (водопонижения), в качестве водопроводящих устройств для вертикальных дренажей, состоящих из ряда или группы колодцев, используют системы сифонного водоотвода. В процессе работы сифона в его полости скапливается воздух, выделяющийся из воды и проникающий через отдельные неплотности (стыки) трубопровода. Наличие воздуха может стать причиной разрыва струи и, как следствие, разрядки сифонов, поэтому для обеспечения бесперебойной работы сифона в системе сифонного водоотвода необходимо предусматривать наличие устройства для автоматического или непрерывного удаления воздуха из вершины сифона без перерыва отвода воды из колодцев вертикального дренажа.

Известна конструкция вертикального дренажа с системой сифонного водоотвода, в которой всасывающая труба сифонного трубопровода опущена в трубчатый колодец, а стояк сифона имеет воздушный котел, соединенный воздуховодом с вакуум-насосом. Известная конструкция системы сифонного водоотвода позволяет обеспечить водоотведение и автоматическое удаление воздуха из полости сифона путем его откачки вакуум-насосом.

Недостатки известной конструкции - необходимость использования для удаления воздуха энергоемкого оборудования (основного и резервного вакуума насосов), наличие источников электроэнергии, сложность автоматизации процесса воздухоотведения и высокая стоимость эксплуатации системы.

В малых установках водопонижения для постоянного отвода воздуха во время работы сифонного водоотвода применяют воздухоудалительные аппараты различной конструкции.

Известна автоматически действующая установка Кертинга, которую размещают в точке перегиба сифонного водоотвода, включающая воздушный колпак с поплавком, оснащенным системой рычажков, и клапаном на трубе, подводящей рабочую воду под напором. При накоплении в колпаке воздуха поплавок опускается и открывает клапан на трубе, подводящей рабочую воду под напором. Тем самым включается в действие всасывающий аппарат: воздух из колпака засасывается в аппарат и удаляется вместе с отработавшей напорной водой.

Недостатки известной конструкции установки автоматического отвода воздуха - необходимость подвода большого количества рабочей воды под напором и наличие движущихся частей, что сужает область ее применения и снижает надежность действия, а также то обстоятельство, что она требует больших затрат на эксплуатацию.

Известна конструкция системы автоматического отвода воздуха из сифонных систем (конструкции Ю.В.Ланге), принятая за прототип, включающая воздушную трубку, соединяющую суженное устье сифона, выполненное в виде трубы Вентури, с верхней частью сифонного трубопровода, где скапливается воздух. Эффект отведения воздуха создается за счет эжектирования его потоком воды, сбрасываемой через сифон.

Недостатком известной системы автоматического отвода воздуха из сифона является то, что для эффективного захвата воздуха и сброса его по сифону необходима достаточно большая скорость движения воды, а также то, что установка трубы Вентури в устье сифона снижает его пропускную способность. Указанные обстоятельства не позволяют обеспечить отведение воздуха как скапливающегося в полости сифонного водоотвода вертикального дренажа при малых (до 0,5 л/с) скоростях движения воды в ней, присущих системам осушения (водопонижения), так и выделяющегося из воды при полной остановке потока, например, в меженные периоды.

Цель изобретения - расширение области применения при повышении надежности и стабильности работы системы сифонного водоотвода.

Поставленная цель достигается тем, что в системе сифонного водоотвода, включающей воздушную трубку, соединенную с верхней частью сифонного трубопровода, эта трубка соединена с дополнительным сифоном через диагональ гидравлического моста, вершины которого, противолежащие этой диагонали, включены в нисходящую ветвь дополнительного сифона, выполненную в виде по крайней мере одной капиллярной трубки.

Сопоставительный анализ заявляемого технического решения и прототипа показывает, что в заявляемой совокупности признаков часть существенных признаков является новой, следовательно заявляемое решение соответствует критерию "новизна".

Авторами не выявлены технические решения с признаками, сходными с признаками, отличающими заявляемое решение от прототипа, следовательно, заявляемое решение соответствует критерию "существенные отличия".

На фиг. 1 сифонный трубопровод, разрез по оси; на фиг. 2 - узел I на фиг. 1; на фиг. 3 - узел II на фиг. 2.

Система сифонного водоотвода включает в себя собственно сифонный трубопровод 1, снабженный противоразрядной емкостью 2, проложенный с обратным уклоном в направлении к приемному резервуару 3. Воздушная трубка 4 соединена с верхней частью сифонного трубопровода 1, выполненной в виде колена - воздухосборника 5. Противоположный конец воздушной трубки 3 соединен с дополнительным сифоном 6, имеющим большую, чем сифонный трубопровод 1, величину разрежения, например, за счет более низкого расположения его выхода опущенного в противоразрядную емкость 7. Восходящая ветвь дополнительного сифона 6 введена в полость сифонного трубопровода 1. Воздушная трубка 4 включена в диагональ 8 гидравлического моста 9, вершины 10 и 11 которого, противолежащие этой диагонали, включены в нисходящую ветвь дополнительного сифона 6, выполненную в виде капиллярной трубки для исключения возможности всплытия пузырьков воздуха и разрыва потока (разрядки сифона) при всех режимах работы сифонного трубопровода. При необходимости увеличения темпов отвода воздуха из сифонного трубопровода нисходящая ветвь дополнительного сифона 6 выполняется в виде нескольких капиллярных трубок, соединенных в точке подсоединения воздушной трубки 4 посредством воздушной камеры 12.

Система сифонного водоотвода работает следующим образом.

Сифонный трубопровод 1 и дополнительный сифон 6 заряжают одним из известных способов, например, путем заполнения водой их полостей. После включения в работу сифонный трубопровод 1 отводит избыточную воду из скважин или колодца вертикального дренажа (не показаны), а дополнительный сифон 6 отводит воду из полости сифонного трубопровода 1 в приемный резервуар 3.

Если скорость движения воды в полости сифонного трубопровода 1 превышает 0,5-0,7 м/с, происходит вынос воздушных скоплений в приемный резервуар 3 вместе с транспортируемой водой. Если скорость движения воды в полости сифонного трубопровода 1 становится менее 0,5 м/с, вынос воздушных скоплений с потоком воды прекращается, воздух скапливается в верхней части сифонного трубопровода 1, снижая его пропускную способность, что приводит к подъему уровней воды в колодцах вертикального дренажа и подтоплению территории.

После включения дополнительного сифона 6 вода, движущаяся по нему, попадает в нисходящую ветвь, опущенную ниже выхода нисходящей ветви сифонного трубопровода 1 на некоторую величину Н. В результате этого в нисходящей ветви дополнительного сифона 6 образуется разрежение, величина которого достаточна для захвата воздуха, поступающего по воздушной трубке 3 из колена-воздухосборника 5 сифонного трубопровода 1. При этом в нисходящей ветви сифона 6 образуется водовоздушная смесь, которая сбрасывается в резервуар 3 до полной ликвидации воздушного скопления, после чего воздушная трубка 3 и дополнительный сифон 6 отводит воду из полости сифонного трубопровода 1. При формировании в полости сифонного трубопровода 1 следующего воздушного скопления цикл работы дополнительного сифона 6 повторяется.

Поскольку отводимая сифонным трубопроводом 1 вода может содержать механические примеси, для предохранения от закупорки места подвода воздуха воду в нисходящей ветви сифона 6 разделяют в вершине 10 гидравлического моста 9 на два потока, каждый из которых, минуя диагональ 8 захватывает пузырьки воздуха, подводимого к ней воздушной трубкой 4. При этом достаточно небольших различий в количестве захваченных воздушных пузырьков или даже в их размерах, чтобы гидравлическое сопротивление в трубках, образующих гидравлический мост 9, изменилось. Изменение сопротивлений немедленно приводит к изменению скоростей и направления движения потоков водовоздушной смеси в правой и левой частях моста и, следовательно, и к изменению степени разрежения в них, поскольку величина разрежения пропорциональна квадрату скоростей движущихся потоков. Различия в степени разрежения во всех четырех трубках и диагонали 8 гидравлического моста 9 приводят к возникновению весьма беспорядочной циркуляции водовоздушной смеси в нем. Скорость и направление движения потоков постоянно меняются, что обеспечивает наряду с хорошим перемешиванием водовоздушной смеси непрерывную промывку отверстия для подвода воздуха, как, впрочем и всех узлов соединения гидравлического моста 9. При необходимости увеличения регулирования темпов отвода воздуха из полости сифонного трубопровода 1 нисходящая ветвь дополнительного сифона 6 выполняется в виде нескольких капиллярных трубок, соединенных с полостью дополнительного сифона 6 посредством воздушной камеры 12, расположенной в месте соединения воздушной трубки 4 с полостью дополнительного сифона 6. Уменьшение величины воздухоотведения, например после ликвидации большого скопления воздуха в полости сифонного трубопровода, и устранение непроизводительного сброса воды из его полости достигаются простым выключением из работы ряда капиллярных трубок, например, путем их пережатия.

После прекращения тока воды по сифонному трубопроводу 1, например, в меженный период он не разряжается, поскольку его выход снабжен противоразрядной емкостью 2. При этом дополнительный сифон 6, выход котоpого опущен в противоразрядную емкость 7 продолжает отводить воздух, выделяющийся из воды, находящейся в полости сифонного трубопровода 1 в момент остановки потока и предохраняя его от разрядки. При поступлении в скважину (колодец вертикального дренажа) очередного количества воды сифонный трубопровод 1 немедленно включается в работу по ее отводу и цикл работы системы повторяется.

Основным преимуществом предлагаемой системы сифонного водоотвода по сравнению с прототипом является то, что она позволяет, не снижая величины пропускной способности сифонного трубопровода, обеспечить удаление воздушных скоплений из его полости при всех возможных режимах (скоростях) движения воды в нем вплоть до полной остановки потока, что расширяет область применения системы и позволяет использовать предлагаемую конструкцию на всех типах сифонов и, в первую очередь, на системах вертикального дренажа (водопонижения) с сифонным водосбросом, режим отведения избыточных вод на которых характеризуется постепенным снижением величин расходов в течение вегетационного периода с максимумом расхода во время паводков.

Выполнение нисходящей ветви дополнительного сифона в виде капиллярных трубок приводит к повышению надежности действия системы.

Включение воздушной трубки в диагональ гидравлического моста позволяет стабилизировать режим воздухоотведения, поскольку при сколь угодно большим размере воздушного скопления в дополнительный сифон поступает то количество воздуха, которое соответствует величине создаваемого им разрежения.

Использование принципа мостового соединения позволяет создать самоорганизующуюся систему воздухоотведения с повышенными скоростями движения водовоздушной смеси в ней, стохастически меняющегося направления во времени, что позволяет обеспечить самопромывку всех узлов соединения обратным током воды.

Простота конструкции предлагаемой системы сифонного водоотвода и низкая стоимость составляющих ее частей позволяет использовать систему на любых сифонных водосбросах, имеющих достаточную величину перепада уровней.

Использование: в мелиорации, в частности в устройствах для отвода воздуха из системы сифонного водоотвода вертикального дренажа. Сущность изобретения: система водоотвода содержит сифонный трубопровод, трубку для отвода из него воздуха и дополнительный сифон, гидравлически связанный с сифонным трубопроводом. Трубка соединена с дополнительным сифоном через гидравлический мост. Нисходящая ветвь дополнительного сифона выполнена в виде капиллярной трубки. 2 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. СИСТЕМА СИФОННОГО ВОДООТВОДА, включающая сифон с подсоединенной к нему в верхней части воздушной трубкой, отличающаяся тем, что система снабжена дополнительным сифоном, соединенным с воздушной трубкой, восходящая ветвь которого гидравлически сообщена с основным сифоном, при этом выход нисходящей ветви дополнительного сифона расположен ниже выхода основного. 2. Система по п.1, отличающаяся тем, что воздушная трубка соединена с дополнительным сифоном через диагональ гидравлического моста, вершины которого, противолежащие этой диагонали, включены в нисходящую ветвь сифона. 3. Система по п.1, отличающаяся тем, что нисходящая ветвь дополнительного сифона выполнена в виде по крайней мере одной капиллярной трубки.