ОСУШИТЕЛЬНАЯ СИСТЕМА Российский патент 2018 года по МПК E02B11/00 

Изобретение относится к мелиорации и может найти применение, как при орошении, так и осушении сельскохозяйственных угодий.

Известна осушительная система, включающая дрены и коллектор, в устье которого в дренажном колодце расположена накопительная емкость с сифоном, колено сифона установлено на отметке, соответствующей критической глубине залегания грунтовых вод для почвенно-климатических и гидрологических условий района, в которых расположена осушительная система (Патент RU №2076918, Е02В 11/00 от 10.04.1987).

К недостаткам осушительной системы относятся установка дополнительной емкости с сифоном, что не позволяет гибкое регулирование воды в колодце, соответственно, снижается эффективность работы устройства. Кроме того, в процессе эксплуатации не представляется возможность точного и гибкого регулирования уровня грунтовых вод, при этом пропускная способность таких устройств ограничена пропускной способностью самого сифона, а дополнительная емкость усложняет конструкцию устройства. Кроме того, не учитывает кавитационные явления, возникающие вследствие больших скоростей потока в выпускной трубе.

Наиболее близким техническим решением из известных является осушительная систем, включающая дрены, коллектор, дренажный колодец, выпускной патрубок, воздуховод, верхняя часть выпускного патрубка соединена с входной воронкой вертикальной трубой, расширяющейся кверху, с возможностью контактирования с установленным поплавком-обтекателем, стенки которого соединены с выжимными пружинами, размещенными в стаканах, которые корпусом закреплены в нижней части входной воронки, при этом внутри поплавка-обтекателя размещен аэрируемый насадок в форме конфузора, причем крышки стаканов снабжены направляющими трубками, через которые свободно пропущены стойки в виде регулировочных винтов с гайками, закрепленными внутри в сторону днища стакана, а поплавок связан посредством шарнирно-рычажного механизма с откидным затвором, перекрывающим устье коллектора, при этом над входной воронкой установлен регулируемый ограничитель перемещения, последний связан с поплавком-обтекателем (Патент RU №2609388, Е02В 11/00 от 01.02.2017).

Недостатком ближайшего аналога (прототипом) является недостаточная надежность установленного поплавка-обтекателя, стенки которого соединены с выжимными пружинами, так как постоянная работа пружин, как на сжатие, так и натяжение не может выдержать при длительной эксплуатации устройства, т.е. долговременно. Возможна усталость металла и поломка пружин, работающей в агрессивной среде. При движении поплавка-обтекателя вверх возникают сопротивления о корпус выходного патрубка и самой работы пружин, что требует больших усилий давления на поплавок-обтекатель, определяемую разностью горизонтов места расположения поплавка-обтекателя. Кроме того, сложность выполнения устройства в целом из-за наличия, как формы поплавка-обтекателя, так и других его элементов в работе. Таким образом, при длительной эксплуатации данного устройства не обеспечивается достаточная надежность в работе, а также необходимость в реконструкции, для применения на мелиоративной системы.

Технический результат заключается повышения быстродействия и надежности в работе в переходных режимах и упрощения конструкции, а также числа гидромеханических устройств.

Технический результат достигается тем, что осушительная система, включающая дрены, коллектор, дренажный колодец, выпускной патрубок, поплавок, который связан посредством шарнирно-рычажного механизма с откидным затвором, перекрывающим устье коллектора, регулируемый ограничитель перемещения, последний связан с поплавком, согласно изобретению, ограничитель перемещения снабжен горизонтальной пластиной, выполненную из ферромагнитного металла, при этом пластина связана посредством кольцевого диска с помощью верхнего штока с полым цилиндрическим поплавком, и поплавок со штоком и направляющими расположен в колодце, причем поплавок посредством нижнего штока сообщен с установленным на выпускном патрубке клапаном-затвором, при этом при всплытии поплавка, который связан посредством шарнирно-рычажного механизма с откидным затвором, обеспечивает через верхний шток с кольцевым диском верхнее положение примыкания к горизонтальной пластине, имеющей постоянные магниты, фиксирующие поплавок в верхнем положении после всплытия.

Кроме того, на выпускном патрубке расположен резиновый уплотнитель, при этом на клапане-затворе также расположен резиновый уплотнитель, который совместно с уплотнителем на выпускном патрубке обеспечивают герметичное закрытие выпускного патрубка, фиксирующие в нижнем положении после опускания поплавка.

Новизна заявляемого предложения заключается в том, что в результате использования в осушительной системе новой совокупности конструктивных признаков, а именно на ограничителе горизонтальной пластины из ферромагнитного металла, полого цилиндрического поплавка и направляющими расположенными внутри емкости колодца и постоянными магнитами, обеспечивается создание и накопление подъема жидкости, и ее использование для привода шарнирно-рычажного механизма и сброса воды через выпускной патрубок.

По данным патентной и научно-технической литературы не обнаружено аналогичное техническое предложение, что позволяет судить об изобретательском уровне предложения.

На чертеже изображена осушительная система, разрез по оси коллектора.

Осушительная система включает дрены 1, коллектор 2, в устье которого размещена емкость 3 колодца 4. Верхняя часть выпускного патрубка 5 размещена с коленом 6 выше дна колодца 4. На выпускном патрубке 5 размещен соосно клапан-затвор 7 соединенный штоком 8 с полым цилиндрическим поплавком 9, установленным вдоль направляющих 10, расположенных в емкости 3 колодца 4, при опускании поплавка 9 обеспечивает герметичное закрытие выпускного патрубка 5. Верхняя крышка 11 поплавка 9 соединена штоком 12, верх которого снабжен кольцевым диском 13. Позицией 14 обозначен регулируемый ограничитель перемещения вверх поплавка 9 с клапаном-затвором 7, установленным над выпускным патрубком 5. Нижний конец ограничителя 14 снабжен горизонтальной пластиной 15, которая выполнена из ферромагнитного металла. Нижняя часть клапана-затвора 7 имеет резиновый уплотнитель 16, который совместно с резиновым уплотнителем 17, при опускании поплавка 9, ходящего вдоль направляющих 10, расположенных в емкости 3 колодца 4, обеспечивает герметичное закрытие выпускного патрубка 5. Пластина 14 из ферромагнитного металла имеет установленные постоянные магниты 18, фиксирующие кольцевой диск 13 с поплавком 9 в верхнем положении после всплытия. Шток 12 шарниром 19 соединен с рычагом 20 и через шарнир 21 связан со штоком 22 с откидным затвором 23, перекрывающим устье коллектора 2. Поплавок 9 с клапаном-затвором 7, направляющими 10, постоянными магнитами 18 на горизонтальной пластине 15, ограничителя 14 положения поплавка 9 и шарнирно-рычажный механизм с откидным затвором 23 в совокупности представляют собой регулятор поступления и сброса воды в емкости 3 колодца 4.

Осушительная система работает следующим образом.

При осушении вода через дрены 1 поступает в коллектор 2, и при открытом откидном затворе 23, который за счет веса пустотелого цилиндрического поплавка 9 открыт, емкость 3 колодца 4 заполняется водой, в которой размещены колено 6 с выпускным патрубком 5, над которым размещен поплавок 9 в направляющих 10. В этом случае начинается наполнение емкости 3 колодца 4. Наполнение происходит за счет гидравлического перелада между уровнем верхнего бьефа дрены 1 с коллектором 2 и уровнем воды в емкости 3 колодца 4. Гидравлический перепад создается при сопряжении с коллектором различных порядков, при работе дрен. Наполнение емкости 3 колодца 4 происходит до определенного уровня УВ_max, при котором гидравлическая подъемная сила (архимедова сила) становится больше силы гидростатического давления действующего на клапан-затвор 7, и выталкивает полый цилиндрический поплавок 9. Происходит подъем поплавка 9 вдоль направляющих 10 до верхнего положения до тех пор, насколько давление воды будет отрегулировано откидным затвором 23 за счет открытия устья коллектора 2 с помощью регулировочного ограничителя 14 с горизонтальной пластиной 15 с притягивающим и фиксирующим постоянными магнитами 18 кольцевого диска 13 поплавка 9, что приведет к открытию клапана-затвора 7 и удержанию его в верхнем положении. Опорожнение емкости 3 колодца 4 происходит до УВ_min, при котором гидростатическая подъемная сила и удерживающая сила постоянных магнитов 18 становится меньше веса поплавка 9 и силы давления воды сверху на откидной затвор 23 со стороны емкости 3 колодца 4, что приводит к смене положения поплавка 9. Поплавок 9 опускается, клапаном-затвором 7 закрывается выпускной патрубок 5, открывается устье коллектора 2 откидным затвором 23. Начинается наполнение емкости 3 колодца 4, начинается следующий цикл. Происходит при этом опускание клапана-затвора 7 с резиновым уплотнителем 16 и резиновым уплотнителем 17 на выпускном патрубке 5 герметичное закрытие выпускного патрубка 5.

Если местный дренажный сток превышает сброс воды из колодца 4 и уровень воды в емкости 3 повышены ниже допустимого значения и необходимо поддерживать увлажнение почвы над дренами 1, то регулировочный ограничитель 14 с горизонтальной пластиной 15 из ферромагнитного металла с постоянными магнитами 18 перемещают вниз и ограничивают ход поплавка 9 вдоль направляющих 10 вверх при контакте со штоком 12 с кольцевым диском 13, уровень в емкости 3 колодца 4 повышается на величину, достаточную для подъема уровня воды в коллекторе 2, хотя поступление воды в колодец 4 не ограничено открытием откидного затвора 23. Клапан-затвор 7 прикрывает выпускной патрубок 5, а постоянные магниты 18 удерживают поплавок 9 в верхнем положении совместно, когда гидростатическая подъемная сила (архимедова сила) становится больше силы гидростатического давления действующего на клапан-затвор 7, и выталкивает полый цилиндрический поплавок 9.

При этом в режиме осушения система автоматически поддерживает заданный уровень в коллекторе 2 при настройке поплавка 9 с клапаном-затвором 7 в направляющих 10, постоянных магнитов 18 и откидного затвора 23 с помощью регулируемого ограничителя 14, а также горизонтальной пластины 15, выполненной из ферромагнитного металла.

Сброс воды прекращается путем опускания вниз регулировочного ограничителя 14 с горизонтальной пластиной 15 при контакте с кольцевым диском 13 на штоке 12 поплавка 9, связанного с клапаном-затвором 7 с резиновыми уплотнителями 16 и 17 в автоматическом закрытии выпускного патрубка 5.

Успешное функционирование устройства обеспечивает правильный выбор и распределение веса всех его элементов и постоянных магнитов. Вес и расположение поплавка в направляющих, постоянных магнитов, вес откидного затвора взаимно увязаны в зависимости от конструкции полого цилиндрического поплавка с клапаном-затвором.

Гидравлический расчет устройства проводится по известным формулам гидравлики, полученным для оголовков, входная часть которых имеет перекрытие клапаном-затвором с конструкцией поплавка. Эти формулы позволяют определять все параметры устройства, связанные с расчетом наполнения водой емкости колодца.

Применение изобретения позволяет повысить надежность мелиоративной системы и увеличить срок ее службы, а также обеспечить простоту кинематической связи между всеми элементами и уменьшить материалоемкость.

Изобретение относится к мелиорации и может найти применение, как при орошении, так и при осушении сельскохозяйственных угодий. Осушительная система содержит дрены 1, коллектор 2, в устье которого размещена емкость 3 колодца 4. Колодец 4 снабжен выпускным патрубком 5 с коленом 6 трубы. Поплавок 9 со штоком 8 и направляющими 10 расположен в емкости 3 колодца 4. Поплавок 9 в своей нижней части сообщен с установленным на выпускном патрубке 5 клапаном-затвором 7 и имеет резиновое уплотнение 16, на выпускном патрубке 5 также расположен резиновый уплотнитель 17. Поплавок 9 в своей верхней части имеет крышку 11, прикрепленный шток 12, снабженный кольцевым диском 13, который при всплытии поплавка 9 соприкасается (контактирует) с горизонтальной пластиной 15, выполненной из ферромагнитного металла. Пластина 15 имеет постоянные магниты 18, фиксирующие кольцевой диск 13 с поплавком 9 в верхнем положении после всплытия. Шток 12 шарниром 19 соединен с рычагом 20 и через шарнир 21 связан со штоком 22 с откидным затвором 23, перекрывающим устье коллектора 2. Позицией 14 обозначен регулируемый ограничитель перемещения поплавка 9 с клапаном-затвором 7. Обеспечивается упрощение условий эксплуатации и повышение надежности мелиоративной системы за счет простоты устройства, увеличивается срок ее службы и создаются условия для уменьшения материалоемкости. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Осушительная система, включающая коллектор, дренажный колодец, выпускной патрубок, поплавок, который связан посредством шарнирно-рычажного механизма с откидным затвором, перекрывающим устье коллектора, регулируемый ограничитель перемещения, последний связан с поплавком, отличающаяся тем, что ограничитель перемещения снабжен горизонтальной пластиной, выполненной из ферромагнитного металла, при этом пластина связана посредством кольцевого диска с помощью верхнего штока с полым цилиндрическим поплавком, и поплавок со штоком и направляющими расположен в колодце, причем поплавок посредством нижнего штока сообщен с установленным на выпускном патрубке клапаном-затвором, при этом при всплытии поплавка, который связан посредством шарнирно-рычажного механизма с откидным затвором, обеспечивается через верхний шток с кольцевым диском верхнее положение примыкания к горизонтальной пластине, имеющей постоянные магниты, фиксирующие поплавок в верхнем положении после всплытия.

2. Система по п.1, отличающаяся тем, что на выпускном патрубке расположен резиновый уплотнитель, при этом на клапане-затворе также расположен резиновый уплотнитель, который совместно с уплотнителем на выпускном патрубке обеспечивают герметичное закрытие выпускного патрубка, фиксирующие в нижнем положении после опускания поплавка.