Дренажный перепадный колодец
Владельцы патента RU 2598043:
Федеральное государственное бюджетное научное учреждение "Всероссийский научно-исследовательский институт мелиорированных земель" (ФГБНУ ВНИИМЗ) (RU)
Изобретение относится к области сельского хозяйства - к устройствам для повышения качества очистки вод в закрытом коллекторе дренажной системы и может быть применено при осушении почв закрытым дренажом и их использовании и эксплуатации дренажных систем. Дренажный перепадный колодец включает цилиндрический корпус 1 с крышкой 2, устроенные с перепадом входящие 3, 4, 5 и выходящую 6 трубы закрытых коллекторов и отстойник. При этом отстойник разделен посредством вертикальной пластины 9 с отверстиями 10 в нижней ее части и высотой, большей высоты расположения выходящей трубы 6 закрытого коллектора в стенке колодца от дна отстойника, на две секции 7 и 8 таким образом, что секция 7 отстойника выполняет роль водобойного колодца, принимающего воду из входящих труб 3, 4, 5, а секция 8 непосредственно отстойника. Каждая входящая в колодец труба 3, 4, 5 закрытого коллектора снабжена направляющей трубой 13, одним концом установленной на выходе входящей в колодец трубы 3, 4, 5. Другой конец направляющей трубы 13 имеет U-образную форму и размещен в секции водобойного колодца 7. Технический результат заключается в повышении надежности и долговечности действия не ниже нормативного срока службы закрытого коллектора ниже колодца. 2 ил.
Область техники
Изобретение относится к области сельского хозяйства - к устройствам для повышения качества очистки вод в закрытом коллекторе дренажной системы и может быть применено при осушении почв закрытым дренажом и их использовании и эксплуатации дренажных систем.
Уровень техники
Известна конструкция дренажного перепадного колодца, включающая цилиндрический корпус с крышкой, входящими и выходящей из него трубами закрытых коллекторов, устроенных с перепадом между входящими и выходящей трубами, и с отстойником, размещенным ниже выходящей из колодца трубы (Мелиорация и водное хозяйство. Осушение: Справочник / Коллектив авторов; сост. Е.И. Кормыш; под ред. Б.С. Маслова. - М.: Ассоциация «Экост», 2001. - С. 366…368; прототип). При этом в России диаметр применяемых колодцев изменяется от 100 до 200 см при их высоте от 210 до 360 см (там же, с. 368, табл. 20.12).
Недостатком данной конструкции перепадного колодца является низкая эффективность его работы ввиду поступления в выходящую из колодца трубу загрязненной воды и возникновения опасности ее заиления и, как следствие, недолговечность службы закрытого коллектора ниже колодца. Обусловлено это следующим: падающие из входящих в колодец труб водные потоки вызывают взмучивание воды в отстойнике. В результате нарушается процесс осаждения взвешенных частиц в отстойнике, загрязненная вода поступает в выходящую из колодца трубу, возникает опасность ее заиления. Усугубляется это и следующим.
Из современного уровня техники известно, что перепадные колодцы устраивают с целью снижения скорости течения воды в дренажной линии в том месте, где скорость превышает предельно допустимую, зависящую от конструкции дренажной линии и окружающих ее почвогрунтов. Поэтому скорость в дренажной линии и несущая способность водного потока наносов до перепадного колодца выше, чем после него.
Аналогичные недостатки присущи и дренажным перепадным колодцам, применяемым в Литве (Опыт осушения земель закрытым дренажем / Под ред. А.Л. Лукянаса. - М.: Колос, 1975. - С. 11…12) и Германии (Р. Эггельсманн. Руководство по дренажу / Перевод с нем. В.Н. Горинского; под ред. Ф.Р. Зайдельмана. - М.: Колос, 1978. - С. 197).
Раскрытие изобретения
Задачей, на решение которой направлено данное изобретение, является повышение эффективности работы перепадного колодца путем снижения (исключения) попадания наносов из отстойника перепадного колодца в выходящую из него трубу.
Технический результат заключается в повышении надежности и долговечности действия не ниже нормативного срока службы закрытого коллектора ниже колодца.
Поставленная задача достигается тем, что дренажный перепадный колодец включает цилиндрический корпус с крышкой, устроенные с перепадом входящие и выходящую трубы закрытых коллекторов и отстойник. При этом отстойник разделен посредством вертикальной пластины с отверстиями в нижней ее части и высотой, большей высоты расположения выходящей трубы закрытого коллектора в стенке колодца от дна отстойника, на две секции таким образом, что одна секция отстойника выполняет роль водобойного колодца, принимающего воду из входящих труб, а другая - непосредственно отстойника. Каждая входящая в колодец труба закрытого коллектора снабжена направляющей трубой, одним концом установленной на выходе входящей в колодец трубы, другой конец которой имеет U-образную форму и размещен в секции водобойного колодца.
Осуществление изобретения
В изобретении рассмотрен способ недопущения наносов, отложившихся в отстойнике дренажного перепадного колодца, в закрытый коллектор ниже колодца. Изобретение поясняется чертежами, представленными на фиг. 1 и фиг. 2.
На фиг. 1 приведен поперечный разрез дренажного перепадного колодца. При этом приняты следующие обозначения: 1 - корпус колодца, 2 - крышка; 3, 4 и 5 - входящие в колодец трубы закрытых коллекторов; 6 - выходящая из колодца труба закрытого коллектора, отводящая из колодца осветленную воду; 7 - секция отстойника перепадного колодца - водобойный колодец, 8 - секция-отстойник, 9 - вертикальная пластина - разделительная стенка между водобойным колодцем 7 и секцией-отстойником 8; 10 - отверстия, по которым вода из водобойного колодца поступает в отстойник 8; 11 - отметка уровня воды в водобойном колодце 7 в момент времени Т, 12 - то же в отстойнике 8; 13 - труба, по которой вода из закрытого дренажного коллектора 3 сбрасывается в водобойный колодец 7 (аналогичные трубы из коллекторов 4 и 5 не показаны), 14 - направление движения воды в колодец, внутри колодца и из него, 15 - осадок взвешенных минеральных частиц (ила) в отстойнике, 16 - поверхность почвы, 17 - присыпка верха корпуса колодца почвогрунтом.
На фиг. 2 представлен вид на вертикальную пластину - разделительную стенку 9 со стороны водобойного колодца (см. фиг. 1). При этом на фиг. 1 отверстие 10 в стенке показано условно (для пояснения процесса поступления и течения воды в отстойнике), фактическое размещение отверстий показано на фиг. 2.
Дренажный перепадный колодец работает следующим образом. Движение воды в колодце показано на фиг. 1 стрелками 14. Относительно большая потенциальная энергия воды во входящих в колодец трубах 3, 4 и 5 закрытых коллекторов непосредственно в водобойном колодце частично переходит в кинетическую энергию, в связи с чем скорость движения воды в водобойном колодце увеличивается.
Водобойный колодец имеет назначение погасить (преобразовать) энергию падающей воды и создать условия для появления скоростей, способствующих осаждению взвешенных в водном потоке минеральных частиц почвогрунта. Поступающая в колодец струя воды из трубы 13 затоплена - вода из трубы 13 изливается под уровень воды в водобойном колодце. При этом затопление имеет достаточную величину.
Преобразование части образовавшейся в водобойном колодце избыточной кинетической энергии в потенциальную происходит за счет увеличения глубины воды в водобойном колодце, а оставшаяся часть избыточной кинетической энергии гасится за счет рассеивания ее (преобразуется в тепло за счет работы сил трения).
На пути водного потока устроены препятствия, заставляющие его деформироваться. В результате такой деформации потока происходит интенсивная диссипация (рассеивание) энергии.
В водобойном колодце вода, опускаясь в придонные слои, постепенно уменьшает скорость, но в отстойник 8 она поступает через отверстия 10 еще с достаточно большой скоростью. В отстойнике скорость течения воды, проходящей через толщу воды в нем, и дальше падает, постепенно приближаясь к скорости, не превышающей заиляющей для закрытого коллектора.
По данным В.Т. Климкова (Мелиорация: Энцикл. Справочник / Под общей ред. А.И. Мурашко. - Мн.: Белорус. Сов. Энцикл., 1984. - С. 512) для выноса частиц размером не более 0,1 мм, которые могут проходить через защитные дренажные фильтры, необходима скорость воды в дрене не менее 0,3 м/с. По данным А.И. Мурашко (там же, с. 185) транспортирующие скорости, при которых наносы не осаждаются: для мелких наносов - V≥25…30 см/с, для крупных - V≥50 см/с. Эти данные свидетельствуют о том, что скорость движения воды в отстойнике менее 0,2 м/с.
Вода из труб 3, 4 и 5 закрытых коллекторов посредством труб 13 сливается в водобойный колодец 7 под толщу воды и движется снизу вверх. При этом происходит гашение энергии падающей воды. В водобойном колодце вода, опускаясь в придонные слои, постепенно уменьшает скорость, но в отстойник она поступает через отверстия 10, размещенные по периферии разделительной стенки (см. фиг. 2), еще с достаточно большой скоростью. В отстойнике, проходя через толщу воды в нем, скорость течения воды и дальше падает, постепенно приближаясь к скорости, меньшей заиляющей для закрытого коллектора. Взвешенные в водном потоке минеральные частицы - наносы выпадают в осадок 15, а в выходящую из отстойника трубу 6 поступает осветленная вода.
Для проведения контроля работы перепадного колодца и очистки отстойника 8 от наилка 15 открывают крышку 2 и проводят необходимые работы. Расходы воды, отводимые закрытым дренажом, в связи с неравномерным выпадением осадков, в частности и таяния снега, колеблются во времени. При этом имеют место и низкие расходы воды, способствующие отложению наилка не только в отстойнике, но и в водобойном колодце, который также нуждается в периодической очистке от ила.
Изобретение промышленно применимо.
Предложенная усовершенствованная конструкция дренажного перепадного колодца обеспечивает ожидаемый технический результат.
Дренажный перепадный колодец, включающий цилиндрический корпус с крышкой, устроенные с перепадом входящие и выходящую трубы закрытых коллекторов и отстойник, отличающийся тем, что отстойник разделен посредством вертикальной пластины с отверстиями в нижней ее части и высотой, большей высоты расположения выходящей трубы закрытого коллектора в стенке колодца от дна отстойника, на две секции таким образом, что одна секция отстойника выполняет роль водобойного колодца, принимающего воду из входящих труб, а другая - непосредственно отстойника, при этом каждая входящая в колодец труба закрытого коллектора снабжена направляющей трубой, одним концом установленной на выходе входящей в колодец трубы, другой конец которой имеет U-образную форму и размещен в секции водобойного колодца.
