Осушительно-увлажнительная система
Изобретение относится к гидротехнической мелиорации, преимущественно к осушению земель в сельском хозяйстве с автоматическим регулированием уровней грунтовых вод. Система состоит из совмещенного осушительно-увлажнительного коллектора, к которому подключены через водоприемные колодца дренажные коллекторы. Водоприемные колодцы на осушительно-увлажнительном коллекторе оснащены регуляторами уровня двухстороннего действия. Регулятор устья коллектора состоит из колодца 2, разделенного перегородкой 3 на две емкости 4 и 5. Управляющая мембранная камера 6 в емкости 4 расположена в нижней части корпуса 7 камеры 6 и жестко связана со штоком 8 с управляемыми клапанами 9 и 10. Клапаны 9 и 10 закреплены на штоке 8 и расположены в рабочей среде, например в воде. Клапана 9 и 10 внутри корпуса 7 размещены с возможностью вертикального перемещения между седлом 11 с неподвижным экраном 12 в виде тарелки, которая установлена соосно впускному патрубку 13. Шток 8 пропущен через гаситель 14, имеющий окна 15. Осевые направляющие 16 являются гасителями потока. Корпус 7 зафиксирован на дне емкости 4 колодца 2. Коленообразный патрубок 17 связан со второй емкостью 5. Верхний конец штока 8 в своей верхней части имеет силовой механизм в виде пружины 18 растяжения. Пружина 18 растяжения соединена с регулирующим натяжением пружины, винтом 19 с ограничителем 20, закрепленными на плите перекрытия 21. Вторая емкость 5 содержит поплавковый датчик уровня 25, который соединен со штоком 26. Сбросная труба 29 с перекрываемым клапаном 28 посредством штока 26 связана с поплавком 25, и поплавковая камера срабатывает при достижении максимального уровня воды до закрепленного поплавка 25 на штоке 26. В результате этого происходит открытие отверстия сбросной трубы 29 клапаном 28. Использование изобретения позволит обеспечить поддержку оптимального баланса влажности в почве. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.
Изобретение относится к гидротехнической мелиорации, преимущественно к осушению земель для сельскохозяйственных целей с автоматическим регулированием уровней грунтовых вод.
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 снабжены в верхней части водонаполняемыми емкостями с калиброванными водовыпускными отверстиями, при этом емкости сообщены с верхним бьефом совмещенного коллектора телескопической трубой (Авторское свидетельство SU №1323647, Е02В 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 громоздкость и, как следствие большая материалоемкость. При этом конструкция подвижного запорного диска и цилиндрического затвора с направляющей втулкой требуют точной взаимной центровки конструкции регулятора и к наносам насыщенных в воде.
Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является осушительно-увлажнительная система, включающая водоприемник-водоисточник, водопроводящие и дренажные коллекторы с колодцами, снабженными автоматическими регуляторами 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 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, Е02В 11/00 от 27.04.2015).
Недостатком этой системы является сложность реализации поплавкового датчика уровня с двуплечим рычагом для обеспечения работы чувствительного мембранного элемента с многочисленными регулирующими элементами. Кроме того, изготовление изогнутого двуплечего рычага, коленообразного патрубка и каналами связи, снабженных вентилями, сложна в эксплуатации, что может, нарушит надежность работы конструкции.
Заявленное изобретение имеет своей целью решение задачи усовершенствования конструкции осушительно-увлажнительной системы, повышения надежности регулирования уровня грунтовых вод, упрощении конструкции.
Технический результат достигается тем, что 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 поплавковым датчиком уровня, согласно изобретения, управляющая мембранная камера снабжена впускным патрубком, соединенный посредством двух управляемых клапанов, расположенных непосредственно в текущей среде с возможностью вертикального перемещения между седлом внутри корпуса, при этом соосно отверстию впускного патрубка дополнительно закреплен неподвижный экран в виде тарелки, установленный в пространстве текущей среды, концы которого являются также седлом для вертикального перемещения клапанов со стороны выпускного коленообразного патрубка, при этом оба клапана соединены со штоком, причем шток в своей нижней части жестко соединен с мембранной, кроме того, мембрана одновременно выполняет роль привода непосредственно в текущей среде, а сам шток расположен в направляющих фиксатора, где нижние направляющие выполнены гасителями потока с вогнутыми стенками, имеющими окна для устранения влияния действия пульсации потока на мембрану, причем второй свободный конец штока соединен с силовой пружиной растяжения в верхней части плиты перекрытия колодца, и шток соединен с механизмом изменения положения силовой пружины растяжения, который выполнен в виде регулирующего винта и ограничителем, закрепленным на плите перекрытия колодца.
Кроме того, нижняя часть замкнутой управляющей подмембранной полости сообщена с атмосферой посредством канала сообщения в виде вертикальной трубки.
Предлагаемая осушительно-увлажнительная система направлена на устранение указанных недостатков за счет использования конструкции, которая обеспечивает возможность свободного хода двух запорных клапанов на одном штоке и с пружиной растяжения, прикрепленной одним концом к регулирующему винту регулируемого перемещением мембраны непосредственно в текущей среде, которая обеспечивает бесперебойную работу системы при изменении уровня воды в колодце. При этом позволяет рабочей среде, например воде, свободно перемещаться через впускной патрубок, гасится энергия потока, вода проходит через окна гасителя с вогнутыми стенками в направляющих штока для устранения пульсации потока на мембрану. При превышении давления от столба воды в колодце во второй емкости с разделенной перегородкой, мембрана, преодолевая воздействие растяжения пружины, опускает шток с клапанами вниз. Таким образом, проход в седле управляемой камеры закрывается, а когда давление во второй емкости снижается, т.е. срабатывает поплавковый регулятор уровня положения до нужного предела и пружина растяжения внутри седла, связанная со свободным концом штока (настройкой), который в верхней своей части контактирует с ограничителем, закрепленным на плите перекрытия колодца, мембрана поднимается вверх при помощи штока, возвращая клапана в нормальное открытое положение. При этом сами клапана выполнены плоскими пластинами, которые контактируют с концами впускного патрубка и неподвижного экрана в виде тарелки (концы их выполнены седлами), установленным соосно впускному патрубку. Клапаны закреплены в средней части штока (можно сказать седла корпуса) с возможностью перекрытия выпускных отверстий в седле корпуса, которые направлены как вверх, так и в сторону мембраны, на которую воздействует давление столба воды, находящейся во второй емкости до нужной величины. Размещение открытой нижней части мембраны позволяет ей обеспечить работу при гашении потока в корпусе регулятора давления и устойчивое положение запорных двух клапанов при закрытии седла в корпусе с впускным патрубком.
Следует обратить внимание на форму седла на выходной конец впускного патрубка, выполненным в виде ограничителя перемещения двух клапанов, а также, соответственно размещения неподвижного экрана в виде тарелки соосно отверстия впускному патрубку, который также является ограничителем перемещения соответствующих двух клапанов в седле корпуса. За счет обтекаемости спокойного режима воды (омывания) мембраны в полости корпуса, обеспечено уменьшение влияние скорости движения воды выпускаемой через впускной патрубок, которое отсутствует в известных устройствах.
Следует отметить положительный фактор наличия размещения во второй емкости поплавкового привода, где система имеет в нижней части емкости разделенного колодца выходное отверстие, оборудованное затвором со сбросным патрубком и полного перекрытия отверстия в автоматическом режиме. Поплавковый привод выполнен с клапаном и поплавком, связанным с рычагом и примерно в средней его части, имеет дополнительный рычаг, соединенный шарнирно с боковой стенкой второй емкости колодца, что служит для устранения отклонения поплавкового привода в вертикальном своем положении при волнении поверхности воды и влияния изменения уровня воды в ней на поплавок при перемещении его вертикально в емкости колодца.
Все это в целом упрощает конструкцию при регулировании грунтовых вод на осушительно-увлажнительной системе.
Сопоставительный анализ заявляемого технического решения и прототипа показывает, что в заявляемой совокупности признаков является новой, следовательно, заявляемое решение соответствует критерию «новизна».
На чертеже показана принципиальная схема установки регулятора уровня устья коллектора в колодце, разделенного перегородкой на две емкости на осушительно-увлажнительной системе.
Осушительно-увлажнительная система состоит из регулятора устья коллектора 1 в виде водосброса с колодцем 2, разделенного перегородкой 3 на две емкости 4 и 5. Управляющая мембранная камера 6 в емкости 4, расположена в нижней части корпуса 7 и жестко связана со штоком 8, управляемые клапана 9 и 10 соединены со штоком 8, которые расположены в рабочей среде, например в воде, с возможностью вертикального перемещения между седлом 11 внутри корпуса 7 и неподвижного экрана 12, который выполнен в виде тарелки, и установлен соосно впускному патрубку 13, конец которого также является седлом 11. Шток 8 пропущен через гаситель 14, имеющего окна 15, осевые направляющие 16 являются гасителями потока. Корпус 7 зафиксирован на дне колодца 2 емкости 4 и связан с коленообразным патрубком 17 с емкостью 5. Конец штока 8 в своей верхней части имеет силовой механизм, выполненный в виде пружины 18 растяжения с регулирующим натяжением пружины винтом 19 с ограничителем 20, закрепленными на плите перекрытия 21 колодца 1.
Регулятор в емкости 4 колодца 1 устанавливают и настраивают управляющие клапана 9 и 10 на определенное открытие и закрытие седла 11 в корпусе 7, для чего фиксируют длину штока 8 с регулирующей растяжение пружины 18 и управляющую мембрану 22 регулировочным винтом 19, и в качестве направляющих для штока 8 служат осевые направляющие 16 с гасителя потока.
Нижняя часть корпуса 7 с чувствительным элементом мембраны 22, которая образует замкнутую подмембранную полость 23, соединенную каналом сообщения 24 в виде вертикальной трубки, закрепленной в плите перекрытия 21. Вторая емкость 5 содержит поплавковый привод уровня 25 жестко соединенный со штоком 26 и, примерно в средней его части, имеет дополнительный рычаг 27, соединенный шарнирно с боковой стенкой емкости 5 колодца 2 и служит для устойчивого вертикального перемещения поплавкового привода уровня 25 с клапаном 28 при перемещении штока 8 вертикально в емкости 5.
Сбросная труба 29 второй емкости 5 с запорным органом 28 в виде клапана посредством штока 26 связана с поплавковым датчиком уровня 25, выполненного в виде поплавка.
Таким образом, подмембранная полость 23 соединена с атмосферой каналом сообщения 24 и не связана с давлением воды с одной из сторон, а чувствительный мембранный элемент, выполняющий одновременно роль привода, расположен в нижней части корпуса 7, не заиливается наносами.
Осушительно-увлажнительная система работает следующим образом.
Дренажный сток на выходе устья коллектора с трубой 1 поступает в колодец 2, далее через впускной патрубок 13 при открытых тарельчатых управляемых клапанов 9 и 10 в рабочем положении подпружиненные пружиной 18, позволяет рабочей среде, например воде, свободно заполнять надмембранную камеру 6, где клапана 9 и 10 могут перемещаться в направляющих 16, при этом вода омывает через окна 15 мембрану 22.
Под напором в трубе 1 устья коллектора, уровень воды в емкости 4 поднимается вверх и вода через окна 15, коленообразный патрубок 17 поступает в емкость 5 колодца 2, поплавок 25 в это время опущен вниз и переводит шток 26 с клапаном 28 в закрытое положение, а рычаг 27 устраняет не только возможность от перекоса клапана 28, но и поддерживает вертикально поплавок 25 штоком 26 при его вертикальном перемещении. Поплавок 25 фиксируется на штоке 26 установочным болтом в поплавковой емкости 5 для изменения настройки клапана 28. По мере наполнения вода во второй емкости 5 постепенно поднимается до высоты расположения поплавка 25. При наполнении этой емкости, соответственно в управляющей надмембранной камере 6 корпуса 7, повышается давление, мембрана 22, преодолевая воздействия пружины 18, опускает оба клапана 9 и 10 вниз «Закрыто». В данный момент во второй емкости 5 уровень воды достигает критического, под действием напора поплавок 25 всплывает вверх, обеспечивающее требуемую силу для открытия запорного органа 28 «Открыто». Так как происходит сброс воды через сбросную трубу 29, то происходит опускание поплавка 25, и, следовательно, тем самым определяется время до нового заполнения емкости 5. Это обеспечивает открытие в проходе седла 11 клапанов 9 и 10, так как давление на мембрану 22 снижается до нужного предела и мембрана под действием усилия растяжения пружины 18 со штоком 8 опускается вниз в открытое положение впускного патрубка 13 и давление в обеих емкостях выравнивается, тем самым определяется время до нового закрытия клапанов 9 и 10 в надмембранной камере 6. В дальнейшем процесс повторяется. Период повторения связан с усилием растяжения пружины 18 в нормальное открытое положение. Период повторения зависит от скорости заполнения емкостей 4 и 5, их сброса воды.
Емкости описанной системы регулятора в каждом конкретном случае принимают в зависимости от эксплуатационных усилий, принятой схемы регулирования сброса воды и самого коллектора.
Энергия воды, истекающей из- под нижнего клапана 10, гасится на гасителе потока 14 имеющего окна 15 в осевых направляющих 16, смягчая, таким образом, действие пульсации потока на мембрану 22, а подмембранная полость 23 с каналом сообщения 24 обеспечивает большую надежность работы в результате гашения энергии воды, поскольку она разгружена с одной стороны от большого давления и дает возможность надежность в работе в виде пружины 18 растяжения с регулирующим натяжением пружины винтом 19 с ограничителем 20, закрепленных на плите перекрытия 21 колодца 2.
Таким образом, предлагаемое устройство с размещением мембраны в текущее среде, например в воде, позволяет создать саморегулирующую систему водоотведения с повышенными скоростями из устья коллектора через входной патрубок в корпусе, что также позволяет погасить скорость в корпусе и в автоматическом режиме сброс дренажных вод в режиме осушения. Кроме того, простота конструкции предлагаемой системы и низкая стоимость составляющих ее частей позволяет использовать с достаточно высокой точностью для регулирования сброса воды в режиме осушения, когда в целом в колодце имеется достаточная величина наполнения и создания напора (давления) во второй емкости и происходит самопромывка омывающей надмембранной поверхности и поддерживается правильный баланс влажности в почве.
1. Осушительно-увлажнительная система, включающая водоприемник-водоисточник, водопроводящие и дренажные коллекторы с колодцами, снабженными автоматическими регуляторами уровня двухстороннего действия, установленный на выходном устье коллектора регулятор уровня в положении регулирования осушения, колодец, разделенный перегородкой на две емкости, в одной из которых установлен корпус управляющей мембранной камеры, а вторая емкость снабжена поплавковым датчиком уровня, отличающаяся тем, что управляющая мембранная камера снабжена впускным патрубком, соединенным с камерой посредством двух управляемых клапанов, расположенных непосредственно в текущей среде с возможностью вертикального перемещения между седлом внутри корпуса камеры, при этом соосно отверстию впускного патрубка дополнительно закреплен неподвижный экран в виде тарелки, установленный в пространстве текущей среды, концы которой являются также седлом для вертикального перемещения клапанов со стороны выпускного коленообразного патрубка, при этом оба клапана соединены со штоком, а шток в своей нижней части жестко соединен с мембраной, кроме того, мембрана одновременно выполняет роль привода непосредственно в текущей среде, а сам шток расположен в направляющих фиксатора, где нижние направляющие выполнены гасителями с вогнутыми стенками, имеющими окна для устранения влияния действия пульсации потока на мембрану, причем второй свободный конец штока соединен с силовой пружиной растяжения в верхней части плиты перекрытия колодца, а шток соединен с механизмом изменения положения силовой пружины растяжения, который выполнен в виде регулирующего винта, и ограничителем, закрепленными на плите перекрытия колодца.
2. Система по п. 1, отличающаяся тем, что нижняя часть замкнутой управляющей подмембранной полости сообщена с атмосферой посредством канала сообщения в виде вертикальной трубки.
