ОСУШИТЕЛЬНО-УВЛАЖНИТЕЛЬНАЯ СИСТЕМА Российский патент 2018 года по МПК E02B11/00 

Изобретение предназначено для осуществления новых методов хозяйствования при регулировании водного режима на гидромелиоративных системах, позволяющих дифференцированно управлять уровнем грунтовых вод на осушительно-увлажнительных мелиоративных массивах.

Известен регулятор уровня грунтовых вод на закрытой коллекторно-дренажной сети, установленный на выходном коллекторе, имеющий телескопическое устройство для поддержания уровня воды на заданной отметке. Для полного перекрытия коллектора служит дроссельный затвор, управляемый рычагом (Основы автоматики и автоматизации производственных процессов в гидромелиорации / Я.В. Бочкарев, Е.Е. Овчаров. - M: Колос, 1981).

Недостатком данного регулятора является то, что поддержание расчетного уровня производится вручную и требует постоянного обслуживающего персонала на системе.

Известна осушительно-увлажнительная система, включающая водоприемник-водоисточник, водопроводящие и дренажные коллекторы с колодцами, снабженными автоматическими поплавковыми регуляторами уровня двухстороннего действия, водопроводящие и дренажные коллекторы совмещены, а поплавки регуляторов уровня в серединных колодцах снабжены в верхней части водонаполняемыми емкостями с калиброванными водовыпускными отверстиями, при этом емкости сообщены с верхним бьефом совмещенного коллектора телескопической трубкой (Авторское свидетельство SU №1323647, E02B 11/00 от 15.07.1987).

Недостатком данной системы является то, что узел устья коллектора, в котором установлен регулятор уровня в положение регулируемого осушения, не обеспечивают с большой задержкой времени, необходимой для аэрации почвы из-за открытого участка устья коллектора при наполнении колодца. Другим недостатком является то, что устройство узла регулятора является громоздким и, как следствие, очень материалоемким. При этом конструкция подвижного запорного диска цилиндрического затвора с направляющей втулкой требует точной взаимной центровки на цилиндрической трубе и других элементов, определяет жесткие требования к конструкции регулятора.

Известны также, например, водовыпуск-регулятор, устройство для регулирования уровня воды в дренажной сети и осушительная система по авторским свидетельствам SU: №№ 1830520, 1408014, по патентам RU: №№ 2079601, 2163067.

Однако известные устройства сложны в изготовлении из-за громоздкости самих элементов конструкции. Кроме того, необходимость создания значительных усилий для преодоления гидростатического давления, действующего на всю площадь затвора при его открытии. Эти усилия снижают безотказность срабатывания устройства, а следовательно, и надежность его эксплуатации. Кроме того, некоторые устройства из известных ненадежны из-за трения трубы в трубе, отсутствия уравновешивания рычажного устройства и сложны в эксплуатации.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является осушительно-увлажнительная система, включающая водоприемник-водоисточник, водопроводящие и дренажные коллекторы с колодцами, снабженными автоматическими регуляторами уровня двухстороннего действия, на выходном устье коллектора установлен регулятор уровня в положении регулирования осушения, колодец разделен перегородкой на две емкости, в одной из которых установлена управляющая мембранная камера, а вторая емкость снабжена водосливным коленообразным патрубком, имеющим на выходной своей части клапан, соединенный механически с плечом двуплечего рычага поплавкового датчика уровня, при этом коленообразный патрубок входной частью жестко закреплен на конце канала, сообщения с вентилем с управляющей мембранной камерой (Патент RU №2593530, E02B 11/00 от 10.08.2016).

Недостатком этой системы является сложность ее эксплуатации. Кроме того, в связи с усложнением конструкции управляющей мембраны в камере требуется увязывать со временем открытия и закрытия после заполнения емкостей, и период повторения зависит от регулировки вентилей, и, как следствие, необходимо использовать усложнение конструкции.

Задачей данного решения является повышение эффективности работы, упрощение конструкции и уменьшение материалоемкости.

Технический результат от использования предлагаемого изобретения заключается в автоматизации процесса регулирования уровня грунтовых вод с возможностью дифференцированного управления уровнем грунтовых вод полей мелиорируемого массива.

Технический результат достигается тем, что в осушительно-увлажнительной системе, включающей водоприемник-водоисточник, водопроводящие и дренажные коллекторы с колодцами, снабженными автоматическими регуляторами уровня двухстороннего действия, на выходном устье коллектора установлен регулятор уровня в положении регулирования осушения, который состоит из колодца, разделенного перегородками на емкости, в одной из которых установлена управляющая камера, закрепленная к коленообразному патрубку, закрепленному к устью коллектора, причем коленообразный патрубок имеет на выходной своей части клапан, соединенный с рычагом поплавкового датчика уровня, шток и поплавок, она снабжена саморегулирующим механизмом уровня грунтовых вод, причем саморегулирующий механизм размещен в емкости и соединен посредством гидравлического канала, выполненного в виде гибкого шланга, с поплавком, при этом саморегулирующий механизм соединен гидравлическим каналом с управляющей камерой по принципу сообщающихся сосудов, причем управляющая камера выполнена для настройки системы на заданную отметку регулирования уровня грунтовых вод, а свободный конец рычага поплавкового датчика уровня снабжен грузом с возможностью перемещения для уравновешивания и уменьшения усилия поплавкового датчика, и шток связан с запорным органом в виде клапана конусной формы, при этом в средней части перегородки, отделяющей емкость с саморегулирующим механизмом от емкости для отвода воды, расположен трубопровод, а отводящая труба введена в емкость для отвода воды.

Кроме того, гибкий шланг на конце соединен с выходным расширяющимся патрубком, к которому прикреплен поплавок.

Следовательно, можно отметить, что использование системы дифференцированного регулирования уровня грунтовых вод позволит осуществлять автоматическое регулирование осушительно-увлажнительного мелиоративного массива, разделенного на поля, имеющие определенные саморегулирующие механизмы уровня грунтовых вод. В предложенном изобретении вода поступает до тех пор, пока не наступит равновесие - приток станет равным отбору. При этом в предложенной системе в каждом конкретном случае емкость с саморегулирующим механизмом уровня грунтовых вод и управляющая камера принимают от эксплуатационных условий, принятых системой регулирования отбора воды. Система имеет прямую и обратную гидравлическую связь между заданным уровнем грунтовых вод и саморегулирующим механизмом восстановления этого уровня.

Исходя из вышесказанного, автор считает возможным утверждать, что предлагаемое техническое решение отвечает критерию «существенные отличия».

На фиг. 1 изображен схематический план осушительно-увлажнительной системы; на фиг. 2 - установка регулятора уровня устья коллектора в колодце, разделенного перегородками на четыре емкости на осушительно-увлажнительном коллекторе.

Осушительно-увлажнительная система состоит из водоприемника 1, водопроводящих каналов (обводнительного 2 и сбросного 3), шлюзов-регуляторов 4, закрытых коллекторов: осушительно-увлажнительного 5, дренажных 6 и 7 дрен, водоприемных 8, водосбросных 9, срединных 10 и потайных 11 колодцев, регуляторов-увлажнителей (не показаны для упрощения) и регулятора устья коллектора в виде водосброса 9. Регулятор устья коллектора состоит из колодца 12, разделенного перегородками 13, 14 и 15 на четыре емкости 16, 17, 18 и 19. Управляющая камера 20 в емкости 17 соединена штоком 21 с клапаном 22 в конусной форме, пропущенным через камеру 20, и шток 21 соединен с рычагом 23 шарнирно-рычажного привода, закрепленного к оси 24.

Один конец рычага 23 связан с поплавком 25 через шток 26, на другом конце, размещенном в емкости 16, закреплен регулируемый груз 27 (противовес). Шток 21 размещен в направляющих 28 в крышке камеры 20. Управляющая камера 20 закреплена к патрубку 29, закрепленного к устью коллектора трубой 30 в виде водосброса 9. Клапан 22 конусной формы установлен на выпускном отверстии 31. Вертикальная перегородка 14 имеет расположенный в нижней части впускной патрубок 32, конец которого снабжен гибким шлангом 33, который верхним концом прикреплен к поплавку 34 со сливным расширяющимся патрубком 35. При этом устройство является саморегулирующим механизмом уровня грунтовых вод, размещенным в емкости 18. Для настройки саморегулирующего механизма, состоящего из патрубка 35, поплавка 34 и гибкого шланга 33, присоединенного к впускному патрубку 32, он выполнен гидравлическим каналом в виде гибкого шланга 33, а также имеет гидравлический канал с емкостью 17 с управляющей камерой 20, в которой закреплен патрубок 29, который закреплен к устью коллектора трубой 30 по принципу сообщающихся сосудов.

Один конец отводящей трубы 36 введен в емкость 19 для отвода воды через трубопровод 37 в вертикальной перегородке 15, выполненного в ее средней части, в которой настроен саморегулирующий механизм на определенной расчетный уровень для оттока воды в емкость 19, а поплавок 34 соединен с выпускным патрубком 32, так что уровень воды в емкости 18 превышает верхнюю кромку трубопровода 35 для оттока воды в емкость 19. Рабочий объем емкости 18 устанавливается на прием воды из емкости 17 и расположение в верхнем положении поплавка 25, связанного через шток 21, рычаг 23 и клапан 22 уравновешивающей камеры 20, и если верхний уровень наполнения в емкости 17 превысит допустимый верхний предел в емкости 18, то клапан 22 закроет выпускное отверстие 31.

Таким образом, и саморегулирующий механизм отделен перегородкой 14, а отбор воды с отводящей трубой 34 происходит через трубопровод 35 в перегородке 15.

Осушительно-увлажнительная система работает следующим образом.

Для перепуска избыточного дренажного стока с верхнего в нижний бьеф и далее до колодца 9, на выходе устья коллектора с трубой 34, при открытии клапана 22 уровень в емкости 17 начинает повышаться, что вызывает вытекание из канала сообщения, в виде гибкого шланга 33 с патрубком 32, в емкость 18. Таким образом, обе емкости 17 и 18 наполняются водой. Поднятие поплавка 34 вверх, следовательно, гибкого шланга 33 на заданную отметку регулирования уровня грунтовых вод , следовательно, уровень воды в емкости 17 повышается. При поднятии поплавка 25, рычага 23 со штоком 21 и клапаном 22, который закрывает постепенно выпускное отверстие 31 в камере 20, тем самым определяется время закрытия клапана 22 управляющей камеры 20. Это обеспечивает поддержание заданного уровня и отток воды из емкости 18 через трубопровод 37 в емкость 19, далее в отводящую трубу 36. Следовательно, при сработке верхнего уровня воды в емкости 18, при опускании поплавка 34, уровень воды в емкости 17 также понижается, увеличивая степень открытия клапана 22 в камере 20 до тех пор, пока не наступит равновесие - приток станет равным отбору (оттоку). Таким образом, команда от сброса воды через трубопровод 37 передается снизу вверх от одной емкости 18 к следующей емкости 17, пока соответственно не произойдет сработка емкости 18. Параметры системы дифференцированного регулирования уровня грунтовых вод задаются расчетным путем гидравлики из условия пропуска максимального расхода с сохранением бесподпорного режима отводящей трубы 36.

Предлагаемая система отличается простотой, позволит осуществлять автоматическое управление водным режимом осушительно-увлажнительного массива, разделенного на поля, имеющие определенные саморегулирующие механизмы уровня грунтовых вод. Система имеет прямую и обратную связь между заданным уровнем грунтовых вод и саморегулирующим механизмом восстановления этого уровня, а следовательно, уменьшаются опасность поднятия уровня грунтовых вод и развитие процессов вторичного засоления.

Изобретение относится к гидротехнической мелиорации, преимущественно к осушению земель в сельском хозяйстве с автоматическим регулированием уровней грунтовых вод. Система расположена на мелиорируемом массиве, разделенном на поля с осушительно-увлажнительной коллекторно-дренажной сетью, имеющей регулятор устья коллектора в виде водосброса. Система состоит из совмещенного осушительно-увлажнительного коллектора, к которому подключены через водоприемные колодцы дренажные коллекторы. Водоприемные колодцы на осушительно-увлажнительном коллекторе оснащены автоматическими регуляторами уровня двухстороннего действия. Регулятор устья коллектора состоит из колодца 12, разделенного перегородками 13, 14 и 15 на четыре емкости 16, 17, 18 и 19. Управляющая камера 20 в емкости 17 соединена штоком 21 с клапаном 22 конусной формы, пропущенным через камеру 20, и шток 21 соединен с рычагом 23 шарнирно-рычажного привода. Емкость 17 содержит поплавковый датчик уровня 25, жестко соединенный со штоком 26, связанным шарниром с одним концом рычага 23, а другой конец рычага 23 снабжен регулируемым грузом 27, размещенным в емкости 16. Рычаг 23 закреплен к оси 24 вращения на упоре в верхней части перегородки 13. Шток 21 размещен в направляющих 28 в крышке камеры 20. Управляющая камера 20 закреплена к патрубку 29, закрепленному к устью коллектора трубой 30. Вертикальная перегородка 14 имеет расположенный в нижней части впускной патрубок 32, конец которого снабжен гибким шлангом 33. Верхний конец гибкого шланга 33 прикреплен к поплавку 34 со сливным расширяющимся патрубком 35. Саморегулирующий механизм состоит из патрубка 35, поплавка 34 и гибкого шланга 33 с впускным патрубком 32 и соединен гидравлически в виде канала с емкостью 17 по принципу сообщающихся сосудов. Отводящая труба 36 одним концом введена в емкость 19 для отвода воды. Вертикальная перегородка 15 имеет расположенный в средней части трубопровод 37, соединяющий между собой емкости 18 и 19, при этом саморегулирующий механизм размещен в емкости 18. Рабочий объем емкости 18 устанавливается на прием воды из емкости 17 с расположением в верхней части выпускного патрубка 35 с поплавком 34, а также в верхнем положении поплавка 25 в емкости 17. Использование изобретения позволит автоматизировать процесс регулирования уровня грунтовых вод, повысит эффективность и надежность работы, а также уменьшит опасность поднятия уровня грунтовых вод и развитие процессов вторичного засоления. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Осушительно-увлажнительная система, включающая водоприемник-водоисточник, водопроводящие и дренажные коллекторы с колодцами, снабженными автоматическими регуляторами уровня двухстороннего действия, на выходном устье коллектора установлен регулятор уровня в положении регулирования осушения, который состоит из колодца, разделенного перегородками на емкости, в одной из которых установлена управляющая камера, закрепленная к коленообразному патрубку, закрепленному к устью коллектора, причем коленообразный патрубок имеет на выходной своей части клапан, соединенный с рычагом поплавкового датчика уровня, шток и поплавок, отличающаяся тем, что она снабжена саморегулирующим механизмом уровня грунтовых вод, причем саморегулирующий механизм размещен в емкости и соединен посредством гидравлического канала, выполненного в виде гибкого шланга, с поплавком, при этом саморегулирующий механизм соединен гидравлическим каналом с управляющей камерой по принципу сообщающихся сосудов, причем управляющая камера выполнена для настройки системы на заданную отметку регулирования уровня грунтовых вод, а свободный конец рычага поплавкового датчика уровня снабжен грузом с возможностью перемещения для уравновешивания и уменьшения усилия поплавкового датчика, и шток связан с запорным органом в виде клапана конусной формы, при этом в средней части перегородки, отделяющей емкость с саморегулирующим механизмом от емкости для отвода воды, расположен трубопровод, а отводящая труба введена в емкость для отвода воды.

2. Система по п.1, отличающаяся тем, что гибкий шланг на конце соединен с выходным расширяющимся патрубком, к которому прикреплен поплавок.