Устройство для регулирования уровня грунтовых вод
Изобретение относится к устройствам автоматического регулирования уровня грунтовых вод, а также регулирования уровня в рисовых чеках, открытых каналах и водозаборных колодцах осушительно-увлажнительных систем при подпочвенном увлажнении. Устройство расположено на осушительно-увлажнительной коллекторно-дренажной сети. Устройство включает дренажный колодец 2 с размещенным в нем оголовком дрены 1, запорный орган, привод и камеру 10, сообщенную посредством дополнительной камеры 28 с полостью коллектора 27. Устройство снабжено установленным саморегулирующим механизмом 3 регулятора в колодце и состоит из регулятора напора, выполненного в виде мембраны 13, снабженной снизу защитным ограничителем 22 сетчатого типа перемещения мембраны 13. Мембрана 13 закреплена сверху к корпусу 4. Надмембранная полость 12 сообщена с атмосферой и связана с клапаном 14 и штоком 16 посредством двухплечего рычага 17 с выпускным клапаном 20, перекрывающим отверстие 21 на дне камеры 10. Шток 18 выпускного клапана 20 снабжен поршнем 19 для подачи воды в полость коллектора 27. Выпускной клапан 20 размещен в дополнительной камере 28, в боковой стенке которой выполнено калиброванное отверстие 29, связанное с колодцем 2. Дно камеры 10 имеет впускное отверстие 23 с клапаном 24, связанным с поплавком 25, размещенным с возможностью примыкания последнего к выступам-ограничителям 26. Повышается эффективность устройства, эксплуатационная надежность и качество регулирования воды в дренажной системе. 2 з.п. ф-лы, 1 ил.
Изобретение относится к управлению и регулированию, а именно к устройствам автоматического регулирования уровня грунтовых вод, а также регулирования в рисовых чеках, открытых каналах и водозаборных колодцах осушительно-увлажнительных систем при подпочвенном увлажнении.
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 №763519, кл. E02B 11/00, 1980).
Известное устройство сложно в изготовлении, в процессе эксплуатации из-за заиления и заохривания датчика трубчатого фильтра не обеспечивается с достаточной точностью поддержание 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 подвижного цилиндра с тарельчатым затвором, соединенных 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 ненадежно из-за трения стойки на вертикальном штоке и отсутствия возможности управления системой для полного уравновешивания рычажного устройства в двух взаимно противоположных направлениях, что влечет за собой и случайность выбора его положения.
Наиболее близким из аналогов, принимаемым за прототип, является устройство для регулирования уровня грунтовых вод, содержащее колодец с размещенным в нем оголовком дрены, снабженным запорным органом, поплавковый привод, установленный в камере, которая сообщена с колодцем, и трубопровод соединен с дреной (Авторское свидетельство SU №1013560, кл. E02B 11/00, 1983).
Недостатком данного устройства является то, что оно не может контролировать свой нижний бьеф, а значит не может быть использовано в каскаде таких сооружений по длине коллектора, при этом в процессе эксплуатации не представляется возможность точного и гибкого регулирования уровня грунтовых вод из-за постоянного ручного открытия или закрытия затвора в боковой стенке камеры, что негативно влияет на урожайность сельскохозяйственных культур. Кроме того, 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. Оно также ненадежно из-за трения штока в ползуне и отсутствия возможности управления системой для полного уравновешивания привода при закрытии затвора, сложно в эксплуатации.
Предлагаемое устройство направлено на устранение указанных недостатков за счет конструкции, которая позволяет уменьшить величину гидростатического давления при открытии и закрытии саморегулирующего механизма в виде мембраны со штоком, связанной посредством двухплечего рычага с поршнем и клапаном, последний размещен в дополнительной камере, сообщенной с полостью коллектора, а также за счет самой конструкции в целом, что повышает эффективность устройства, эксплуатационную надежность и качество регулирования воды в дренажной системе.
Задачей данного решения является повышение эффективности устройства путем обеспечения постоянной работы дрены по всей ее длине.
Технический результат достигается тем, что устройство для регулирования уровня грунтовых вод, включающее дренажный колодец с размещенным в нем оголовком дрены, запорный орган, привод и камеру, сообщенную с полостью коллектора, отличается тем, что оно снабжено установленным саморегулирующим механизмом регулятора в колодце и состоит из регулятора напора, выполненного в виде мембраны, снабженной снизу защитным ограничителем сетчатого типа перемещения мембраны, закрепленная мембрана сверху в корпусе, надмембранная полость которой сообщена с атмосферой и связана с клапаном и штоком посредством двухплечего рычага с выпускным клапаном, перекрывающего отверстие на дне камеры, причем шток выпускного клапана снабжен поршнем для подачи воды в полость коллектора, при этом выпускной клапан размещен в дополнительной камере, в боковой стенке которой выполнено калиброванное отверстие, связанное с колодцем, кроме того, дно камеры имеет впускное отверстие с клапаном, связанного с поплавком, размещенным с возможностью примыкания последнего к выступам-ограничителям.
Кроме того, шток с клапаном саморегулирующего механизма снабжен пружиной, подпирающей клапан, закрепленный к мембране.
При этом мембрана и поршень имеют разную эффективную площадь, которые связаны посредством двухплечего рычага.
На чертеже схематически изображено устройство для регулирования уровня грунтовых вод.
Устройство для регулирования уровня грунтовых вод включает подводящую дрену 1, накопительный колодец 2 в котором установлен саморегулирующий механизм 3. Саморегулирующий механизм 3 состоит из корпуса 4, который крепится к трубчатой дрене 1 и к перегородке 5, разделяющей колодец 2 на верхнюю 6 и нижнюю 7 части посредством выпускного отверстия 8, кроме того, верхняя 6 часть колодца 2 дополнительно перекрыта плитой 9, на которой закреплена камера 10. Настройка саморегулирующего механизма 3 включает трубопровод 11 для соединения надмембранного пространства 12 с атмосферой мембраны 13, с клапаном 14, сжатой пружины 15 и привода штока 16 двухплечего рычага 17, штока 18, поршня 19, выпускного клапана 20, перекрывающего отверстие 21 в камере 10, защитного ограничителя 22 сетчатого типа (куполообразной формы) перемещения мембраны 13, причем защитный ограничитель 22 закреплен в сторону дна колодца 2.
Камера 22 сообщена с колодцем 2 посредством впускного отверстия 23, перекрываемого клапаном 24, связанного с поплавком 25, контактирующего с выступами-ограничителями 26. Камера 10 сообщается с полостью коллектора 27 посредством дополнительной камеры 28, в которой размещен выпускной клапан 20, боковая стенка камеры 28 через калиброванное отверстие 29 сообщается с верхней 6 частью колодца 2.
Устройство для регулирования уровня грунтовых вод работает следующим образом.
Поступающая в дрену 1 вода, стекая по уклону, попадает в накопительный колодец 2. Накопительный колодец принимает воду до тех пор, пока вода в нем не поднимется до уровня поплавка 25 и наполнения камеры 10, а следовательно, до тех пор, пока вода в камере не поднимется до поршня 19. Давление в колодце 2, то есть в интервале перепада, происходит деформация мембраны 13, изменяющей ее форму, т.е. стенки которой прогибаются, перемещая вверх шток 16, сжатие пружины 15, а через двухплечий рычаг 17 шток 18 перемещает поршень 19 в камере 10. Перемещаясь вниз, поршень 19 нагнетает воду из камеры 10 через открывшийся выпускной клапан 20 в дополнительную камеру 28, которая связана с полостью коллектора 27. Одновременно вода из верхней 6 части колодца 2 вытекает через калиброванное отверстие 29 в боковой стенке камеры 28.
При достижении мембраны 13 верхнего положения прекратится сжатие пружины 15, а следовательно, прекратится и дальнейшее перемещение поршня 19. Клапан 24 закроется. Давление воды в колодце 2 уменьшается в интервале слива из камеры 10 через выпускное отверстие 21 с клапаном 20 и снижается. Мембрана 13 под воздействием пружины 15 начнет перемещаться в сторону защитного ограничителя 26, а шток 18 перемещать поршень 16 и клапан 20. Клапан 20 перекроет выпускное отверстие 21. Вода из подводящей дрены 1 вновь начнет поступать в колодец 2 и увеличивать давление воды в колодце 2. С этого момента подача воды в коллектор 27 начнет повторяться аналогично вышеизложенному.
При превышении уровня воды в колодце 2 возрастает пьезометрический напор в дренах-увлажнителях, что приводит к повышению уровня грунтовых вод. Таким образом, благодаря наличию саморегулирующего механизма и гидравлической связи с камерой 22 с поршнем 19, и запорным клапаном 25 представляет собой регулятор напора, ограничиваются пьезометрический напор в дренах-увлажнителях (на чертеже не показано для упрощения) посредством поддержания заданного уровня в колодце 2 и зависящий от него уровень грунтовых вод. При достижении грунтовыми водами заданного уровня этот уровень будет поддерживаться, пока влажность почвы не достигнет заданной капиллярного подпитывания, т.е. пока влажность не снизится.
Уровень воды в подмембранной полости со стороны защитного ограничителя 22 повышается пропорционально изменению уровня в регулируемом объекте и вызывает открытие клапана 20. Площадь мембраны 13 выбирается такой, чтобы величина напора воды в колодце 2 обеспечила открытие клапана 20 за счет передвижения поршня 19 на штоке 18 вниз, в результате чего вода поступает в дополнительную камеру 28, связанную с полостью коллектора 27. Колодец 2 постепенно может быть разгружен до определенного уровня через выпускное калиброванное отверстие 29 боковой стенки дополнительной камеры 28, тем самым в колодце может накапливаться заданный расход воды до уровня поплавка 25, и, в конечном счете, количество воды в колодце 2 также ограничивает поддержание пьезометрического напора в дренах-увлажнителях.
Таким образом, установка саморегулирующего механизма в колодце, защита от повреждения мембраны и других элементов замкнутого механизма, находящегося в постоянном контакте с атмосферой, позволяют полностью устранить недостатки, присущие известным регуляторам уровня грунтовых вод, и тем самым повысить эффективность устройства.
1. Устройство для регулирования уровня грунтовых вод, включающее дренажный колодец с размещенным в нем оголовком дрены, запорный орган, привод и камеру, сообщенную с полостью коллектора, отличающееся тем, что оно снабжено установленным саморегулирующим механизмом регулятора в колодце и состоит из регулятора напора, выполненного в виде мембраны, снабженной снизу защитным ограничителем сетчатого типа перемещения мембраны, мембрана закреплена сверху к корпусу, надмембранная полость сообщена с атмосферой и связана с клапаном и штоком посредством двухплечего рычага с выпускным клапаном, перекрывающим отверстие на дне камеры, причем шток выпускного клапана снабжен поршнем для подачи воды в полость коллектора, при этом выпускной клапан размещен в дополнительной камере, в боковой стенке которой выполнено калиброванное отверстие, связанное с колодцем, кроме того, дно камеры имеет впускное отверстие с клапаном, связанным с поплавком, размещенным с возможностью примыкания последнего к выступам-ограничителям.
2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что шток с клапаном саморегулирующего механизма снабжен пружиной, подпирающей клапан, закрепленный к мембране.
3. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что мембрана и поршень имеют разную эффективную площадь и связаны посредством двухплечего рычага.
