СИСТЕМА ВАКУУМНОГО ДРЕНАЖА Российский патент 2016 года по МПК E02B11/00 

Изобретение относится к мелиорации и может быть использовано для осушения грунтов в особенности тяжелого по механическому составу с автоматическим регулированием уровней грунтовых вод.

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 SU №763515, Е02В 11/00 от 15.09.1980).

Известное устройство сложно в изготовлении, в процессе эксплуатации из-за заиления и заохривания датчика трубчатого фильтра не обеспечивается с достаточной точностью подержание 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 с тарельчатым затвором, соединенные 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 не надежно 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.

Известно 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 SU №1013560, Е02В 11/00 от 23.04.1984).

Недостатком данного устройства является то, что оно не может контролировать нижний бьеф, а значит, не может быть использовано в приемных колодцах с соответствующими величинами начального градиента для данного почвогрунтов в системе пропуска расходов. Кроме того, применение поплавковой камеры не обеспечивает требуемой герметичности в напорных колодцах и достаточной надежности работы устройства. При этом 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.

Известна система вакуумного дренажа, содержащая отводящие и подводящие дрены, накопительную емкость, сообщающуюся с отводящей дреной через сифон, система снабжена смотровым колодцем, в котором смонтирован сифон, и накопительная емкость связана с колодцем соединительной трубкой с поплавковым затвором, размещенным в колодце, и переливной трубой с обратным клапаном, при этом сифон связан с поплавковым затвором, гибким шлангом, имеющим отверстия и расположенный внутри поплавок, перекрывающий отверстия (Авторское свидетельство SU №1381241, Е02В 11/00 от 15.03.1988).

Недостатком этой системы является то, что сооружение, содержащее поплавок, соединенный с затвором и закрепленный на стойке с возможностью перемещения, в целом не обеспечивает достаточной чувствительности, которое связанно с большим трением самого поплавка на стойке с затвором в случае его перекоса при давлении воды на плоскость затвора при быстротечном изменении уровня воды в накопительной емкости, это связано с трущейся поверхностью, проходящей непосредственно через весь поплавок. Кроме того, оно не приспособлено для сравнительно малого уровня в колодце, рассчитанного на работу только сифона, пропускная способность которого ограничена отверстием, перекрываемым поплавком. Эти недостатки снижают безотказность срабатывания устройства, а следовательно, надежность эксплуатации и сложность конструкции.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является система вакуумного дренажа, включающая герметичный приемный колодец, коллектор и выполненные из микропористого материала дрены, соединенные с коленчатым патрубком, размещенным в приемном колодце, коленчатый патрубок выполнен V-образной формы, соединен с коллектором и снабжен установленным в нижней его части клапаном, управляемым уровнем воды в почве, а внутренняя поверхность колодца выстлана мелкопористым материалом, выведенным в верхней части колодца либо на дневную поверхность, либо в почву ниже пахотного горизонта (Авторское свидетельство SU №1232742, Е02В 11/00 от 23.05.1986).

Недостатком этой системы является то, что низкая надежность работы клапана, управляемого уровнем воды в почве, в частности при регулировании грунтовых вод, соответствующей величине начального градиента для данного почвогрунта. Кроме того, опорожнение колодца осуществляется в основном мелкопористым материалом, выведенным в верхней части колодца или в почву, однако этот процесс проходит замедлено и долго, что не позволяет вовремя освободить колодец от воды и автоматизировать процесс окончания сброса и снижения дренажного стока регулятора, установленного на дне V-образной формы патрубка, т.е. замедленное снижение грунтовых вод и снижение влажности почвы мелкопористым материалом, а также недостаточная надежность устройства.

Технический результат от использования заявленного изобретения заключается в повышении надежности работы и точности регулирования.

Технический результат достигается тем, что система вакуумного дренажа, включающая герметичный приемный колодец, коллектор и выполненные из микропористого материала дрены, соединенные с коленчатым патрубком, размещенным в приемном колодце, коленчатый патрубок выполнен V-образной формы, соединен с коллектором и снабжен с установленным в нижней его части клапаном, управляемым уровнем воды в почве, а внутренняя поверхность колодца выполнена мелкопористым материалом, выведенным в верхней части колодца на дневную поверхность или в почву ниже пахотного слоя, V-образной формы патрубок в основание имеет встроенную подклапанную камеру с дополнительным впускным патрубком с возможностью перекрытия входного отверстия клапаном, соединенным через шток с поплавком с водонаполняемой емкостью с калиброванным отверстием, помещенным в корпус, при этом пружина установлена между крышкой корпуса мембраны и регулируемым поплавком с емкостью.

Кроме того, подклапанная камера сверху перекрыта сеткой с направляющей втулкой, через которую пропущен шток клапана.

Предлагаемая система вакуумного дренажа направлена на устранение указанных недостатков за счет конструкции, которая позволяет за счет работы подклапанной камеры и регулируемого поплавка с водонаполняемой емкостью понизить уровень грунтовых вод и снизить влажность почвы до минимального уровня, когда расход воды увеличится до максимальных значений в приемном колодце, опасных для перенаполнения его. Это связано в случае изменения гидрологических условий дренирования, когда расход воды через мелкопористый материал, выведенный в верхней части колодца наружу или в почву, необходимо будет быстро уменьшить по времени до минимального испарения, вследствие чего сработка уровня в колодце должна быть ускорена. Процесс накопления и опорожнения при понижении уровня грунтовых вод взаимосвязаны с работой колодца, соответственно, опорожнение колодца будет продолжаться до тех пор, пока будет происходить отток воды через подклапанную камеру с открытым отверстием в дополнительном впускном патрубке, который регулируется поплавком с водонаполняемой емкостью и ее сливом, с пружиной, шток поплавка, которой связан и с мембранным приводом. Следует отметить положительный фактор наличия промывной защитной сетки, закрепленной сверху над подклапанной камерой с втулкой, через которую пропущен шток клапана. Втулка в то же время может играть и роль ограничителя при перемещении вверх клапана, шток которого связан с мембранной и зависит от растяжения пружины, поддерживающей поплавок с емкостью для ускорения всплытия ее вверх. В результате чего происходит плавное открытие клапана при освобождении поплавка с камерой от воды в автоматическом режиме на сброс воды из колодца при минимальном уровне грунтовых вод в грунте.

Сопоставительный анализ заявляемого технического решения и прототипа показывает, что в заявленной совокупности признаков часть существенных признаков является новой, следовательно, заявленное решение соответствует критерию «новизна».

Система вакуумного дренажа поясняется чертежным материалом.

На чертеже показана предлагаемая система вакуумного дренажа, продольный разрез.

Система вакуумного дренажа включает дрены 1, выполненные из микропористого материала и соединенные с дренажным коллектором 2, устье которого снабжено коленчатым V-образной формы патрубком 3.

Противоположный конец патрубка 3 выведен в сбросную сеть, например сбросной коллектор 4. V-образной формы патрубок 3 помещен в приемный колодец 5. В колодце 5 на дне (основания) V-образной формы патрубка 3 установлен корпус 6 с подклапанной камерой 7 с дополнительным патрубком 8 с клапаном 9, который перекрывает отверстие впускного патрубка 8 путем нажатия поплавка 10 с открытой водонаполняемой емкостью 11, размещенной в корпусе 12, перемещающейся по направляющим 13 и имеющей сливное калиброванное отверстие 14. Клапан 9 жестко прикреплен к штоку 15. В средней части штока 15 прикреплена мембрана 16, закрепленная в корпусе 17. К верхней части корпуса 17 в виде крышки прикреплен жестко дном корпус 12 (кожухом), в котором помещается поплавок 10 с емкостью 11, расположенный на пружине 18 и снаружи изолирующего сильфона 19 для разобщения полости от воды между крышкой корпуса 17 и поплавком 10, через которые проходит шток 15. Верхняя часть штока 15 через шайбу 20 соединена с дном поплавка 10 с емкостью 11.

В нижней части штока 15 установлена втулка 21, которая служит направляющей для штока 15 с клапаном 9, связанная с сеткой 22 крестовиной (не показано), перекрывающей сверху подклапанную камеру 7.

Направляющая втулка 21 одновременно может служить указателем упора для открытия клапана 9 и поднятия вверх поплавка 10 с емкостью 11 при отсутствии в ней воды, перемещение поплавока ограничено растяжением установленной пружины 18.

Диаметр клапана 9 меньше диаметра мембраны 16 на столько, чтобы получить гидростатическую силу, способную закрыть водовыпускной клапан 9 штоком 15 от веса воды, заполняемой емкость 11 поплавка 10 сверху, имеющей калиброванное отверстие 14 с последующим сливом воды в колодец 5, и опорожнения емкости 11 поплавка 10 в том случае, когда уровень воды в накопительном колодце 5 минимальный и не превышает соответствующей величине начального градиента до уровня, соответствующего необходимой норме осушения (например, отметка «с»).

Таким образом, подклапанная камера 7 с клапаном 9 с сеткой 22 отделены от влияния уровня воды в колодце 5, что надежно обеспечивает работу поплавка 10 с водонаполняемой емкостью 11, поддерживаемых пружиной 18 сжатия, а также закрытия дополнительного впускного патрубка 8 и ликвидируется засорение подклапанной камеры 7, при этом сетка 22 одновременно промывается потоком воды, проходящим сверху, а снизу через камеру 7 при открытом клапане 9, так как в этом случае V-образной формы патрубок 3 работает в режиме «сифон», конец патрубка 3 выведен в сбросной коллектор 4 ниже отметки дна (основания) V-образной формы патрубка 3. Система вакуумного дренажа работает следующим образом.

При избыточном природном подъеме уровня воды выше заданного в грунте и соответственно изменяется уровень воды в дренах и в приемном колодце 5, где установлен в средней части V-образной формы патрубка 3 с регулятором уровня. В режиме уровня воды до максимальной отметки вода поступает в открытую емкость 11 поплавка 10, лишая его плавучести, который под действием веса воды будет опускаться вниз, сжимая пружину 18, закрывая клапан 9, и прекращает подачу воды в подклапанную камеру 7 снизу за счет штока 15, перемещаясь вместе с изгибом мембраны 16. В этом случае по сбросному колену V-образной формы патрубка 3 избыток воды максимально стекает в сбросной коллектор 4, и дрены будут работать в режиме, близком к самотечному при минимальном отрицательном давлении. Одновременно с понижением уровня грунтовых вод и снижением влажности почвы как и мелкопористый материал в верхней части колодца 5, так и открытая емкость 11 поплавка 10 начинает опорожняться в основании ее от воды через калиброванное сливное отверстие 14 в колодец 5 для перепуска воды в подклапанную камеру 7. В этом случае в положении регулируемого осушения при опорожнении емкости 11 поплавка 10 одновременно под действием усилия пружины 18 поплавок 10 также поднимается вверх, при этом шток 15 с выгибом мембраны 16 вверх поднимает клапан 9 вверх и открывает доступ воде из колодца 5 через дополнительный впускной патрубок 8 в подклапанную камеру 7. Вода из подклапанной камеры 7 поступает через сетку 22 в V-образной формы патрубок 3 и далее в сбросной коллектор 4, патрубок 3, который работает в режиме «сифон». Клапан 9 в верхнем положении упирается в торец втулки 21, образуя походное сечение в сетке 22 и смыва на ней наносов, которые увлекаются водой при работе сбросного конца патрубка 3 (происходит отсос взвешенных частиц грунта) со сбросом в коллектор 4.

Небольшое количество воды в колодце 5 постепенно может опорожняться мелкопористым материалом, выведенным в верхней части колодца 5.

Таким образом, учитывая работу регулятора уровня, встроенного в основание (дно) V-образной формы патрубка 3, на котором характеризуется постепенным снижением избытком воды в нем в режиме отведения избыточных вод в течение вегетационного периода, соответствующего подъема уровня грунтовых вод выше минимальной отметки, и наоборот, для данного почвогрунта клапан 15 закрывается или открывается и система, после заполнения V-образной формы патрубка 3, работает постоянно надежно в самотечном режиме. Работа регулятора при этом также надежна при любых перепадах уровня в колодце и фиксированном положении между крышкой корпуса мембраны и дном поплавка, отрегулированным усилием пружины, взаимодействующей с работой штока с клапаном.

Регулирующее устройство работает в автоматическом режиме, более просто по конструкции и надежно в работе, позволяет более точно регулировать нижний предел уровня воды в колодце, используя встроенную снизу изогнутого патрубка подклапанную камеру в средней его части, а использование сетки предотвращает поступление взвешенных наносов в полость подклапанной камеры и возможность ее промывки водой.

Изобретение относится к мелиорации и может быть использовано для осушения грунтов в особенности тяжелых по механическому составу с автоматическим регулированием уровней грунтовых вод. В водоприемном колодце 5 в основании V-образной формы патрубка 3 размещена подклапанная камера 7 с дополнительным впускным патрубком 8 с клапаном 9. Клапан 9 перекрывает отверстие впускного патрубка 8 путем нажатия поплавка 10 с открытой водонаполняемой емкостью 11, размещенной в корпусе 12, перемещающейся по направляющим 13. Клапан 9 жестко прикреплен к штоку 15. В средней части штока 15 прикреплена мембрана 16, закрепленная в корпусе 17. К верхней части корпуса 17 в виде крышки прикреплен жестко дном корпус 12, в котором помещен поплавок 10 с емкостью 11, расположенный на пружине 18. Верхняя часть штока 15 через шайбу 20 соединена с дном поплавка 10 с емкостью 11. Водонаполняемая емкость 11 имеет калиброванное отверстие 14. В нижней части штока 15 установлена направляющая втулка 21. Подклапанная камера 7 сверху перекрыта сеткой 22. Пружина 18 служит для поддержания поплавка 10 с емкостью 11 при закрытии или открытии клапана 9 в подклапанной камере 7, а также является чувствительным элементом для перемещения поплавка 10 с емкостью 11 и устраняет ударные нагрузки между собой корпуса 17 и поплавка 10 с емкостью 11, а также клапана 9 о торец патрубка 8. Открытие отверстия в патрубке 8 в подклапанной камере 7 происходит только после освобождения водонаполняемой емкости 11 поплавка 10 от воды через калиброванное отверстие 14 в колодец 5. В результате обеспечивается автоматический режим работы V-образной формы патрубка 3 и в целом регулятора уровня в режиме отведения избыточных вод в течение вегетационного периода, соответствующего подъема уровня грунтовых вод от максимальной до минимальной отметки. Повышается надежность устройства, обеспечивается повышение точности регулирования и расширяется арсенал технических средств, предназначенных для регулирования уровня воды в колодце, снабженном микропористым материалом и регулятором. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Система вакуумного дренажа, включающая герметичный приемный колодец, коллектор и выполненные из микропористого материала дрены, соединенные с коленчатым патрубком, размещенным в приемном колодце, коленчатый патрубок выполнен V-образной формы, соединен с коллектором и снабжен установленным в нижней его части клапаном, управляемым уровнем воды в почве, а внутренняя поверхность колодца выстлана мелкопористым материалом, выведенным в верхней части колодца на дневную поверхность или в почву ниже пахотного горизонта, отличающаяся тем, что V-образной формы патрубок в основании имеет встроенную подклапанную камеру с дополнительным впускным патрубком с возможностью перекрытия входного отверстия клапаном, соединенным через шток с поплавком с водонаполняемой емкостью с калиброванным выпускным отверстием, помещенным в корпус, при этом пружина установлена между крышкой корпуса мембраны и регулируемым поплавком с емкостью.

2. Система по п.1, отличающаяся тем, что подклапанная камера сверху перекрыта сеткой с направляющей втулкой, через которую пропущен шток клапана.