Патент на изобретение №2233941

(54) ОСУШИТЕЛЬНАЯ СИСТЕМА

(57) Реферат:

Изобретение относится к сельскому хозяйству и может быть использовано в осушительных мелиорациях земель. Осушительная система включает дрены, коллектор, герметичную накопительную емкость, снабженную входным и сливным патрубками и разделенную между ними на две изолированные друг от друга камеры, гидравлически связанные между собой вакуумным устройством. Верхняя и нижняя камеры соединены между собой дополнительными вакуумными устройствами в виде трубок с калиброванными отверстиями, причем по крайней мере одна из них выполнена капиллярной с калиброванным отверстием, расположенным ниже верхнего среза основного вакуумного устройства в верхней камере, и выпущена под уровень воды в нижней камере выше нижнего среза как основного, так и дополнительных вакуумных устройств. Техническим результатом изобретения является повышение надежности осушительной системы, ускорение процесса осушения за счет обеспечения надежной зарядки вакуумных устройств для импульсной промывки полости дренажных труб от илистых отложений, в том числе и при ничтожно малых расходах притекающей воды. 1 ил.

Изобретение относится к сельскому хозяйству и может быть использовано в осушительных мелиорациях земель, в частности, для промывки полости дренажных труб от илистых отложений, а также для ускорения процесса осушения.

Известно устройство, предназначенное для установки в аналогичных осушительных системах, которое содержит восходящий участок сифона, трубопровод и нисходящий участок сифона, выполненный в виде трубок. Каждая трубка нисходящего участка сифона помещена внутри восходящего участка сифона, выполненного в виде опрокинутого стакана, и снабжена калиброванным отверстием (патент РФ № 2138698, 6 F 04 F 10/02, 1999 – аналог).

Недостатком данного устройства является невозможность его зарядки при минимальных расходах притока (от 0,001 л/с и менее), что снижает надежность системы, в которой оно используется.

Известна осушительная система, которая включает дрены, коллектор, герметичную накопительную емкость, снабженную входным патрубком, сливным патрубком и вакуумным устройством, причем емкость между входным и сливным патрубками разделена на две изолированные друг от друга камеры, гидравлически связанные между собой вакуумным устройством, выполненным сборно-разборным, которое установлено с возможностью перемещения относительно камер емкости (авторское свидетельство СССР № 1630344, Е 02 В 11/00, 1989 -прототип).

Недостатком данной осушительной системы является то обстоятельство, что для надежной зарядки вакуумного устройства, кроме достижения заданного уровня воды в коллекторе, требуется еще и наличие притока воды по нему к верхней камере, причем расход притекающей воды должен быть не меньше определенного значения, зависящего от диаметра трубы вакуумного устройства. В противном случае вода станет переливаться через верхний срез трубы, не захватывая пузырей воздуха из верхней камеры, и устройство не сможет зарядиться до тех пор, пока расход воды не возрастет до требуемой величины.

Вместе с тем, осушительные системы работают в широком диапазоне расходов отводимой воды, причем на долю малой приточности приходится наибольшая часть периода их работы. Отсюда очевидна необходимость в усовершенствовании вакуумного устройства с целью обеспечения надежной зарядки при любых, в том числе и ничтожно малых расходах притекающей воды.

Предлагаемым изобретением решается задача повышения надежности в работе, ускорение процесса осушения за счет обеспечения надежной зарядки вакуумных устройств при импульсной промывке полости дренажных труб от илистых отложений, в том числе и при ничтожно малых расходах притекающей воды.

Технический результат достигается тем, что осушительная система, включающая дрены, коллектор, герметичную накопительную емкость, снабженную входным и сливным патрубками, и разделенные между ними две изолированные друг от друга камеры, гидравлически связанные между собой вакуумным устройством, снабжена дополнительными вакуумными устройствами в виде трубок малого диаметра с калиброванными отверстиями, причем по крайней мере одна из них выполнена капиллярной с калиброванным отверстием ниже верхнего среза основного вакуумного устройства в верхней камере и выпущена под уровень воды в нижней камере выше нижнего среза как основного, так и дополнительных вакуумных устройств.

Признаки, отличающие предлагаемую осушительную систему от наиболее близкой к ней (прототипа), – это наличие дополнительных вакуумных устройств в виде трубок малого диаметра с калиброванными отверстиями, причем по крайней мере одна из них выполнена капиллярной с калиброванным отверстием ниже верхнего среза основного вакуумного устройства в верхней камере и выпущена под уровень воды в нижней камере выше нижнего среза как основного, так и дополнительных вакуумных устройств. Введение дополнительных вакуумных устройств и такая их установка в системе позволяет произвести ступенчатую зарядку устройства при очень небольшом притоке воды из коллектора (менее 0,001 л/с). Возможность зарядки зависит от диаметра трубки (чем меньше диаметр, тем меньше необходимый расход), поэтому воздух из верхней камеры сначала начнет утекать через капиллярную трубку, затем через трубку большего диаметра и т.д. В результате вакуум в верхней камере устройства, созданный оттоком воздуха через малые трубки, увеличит приток воды из коллектора и позволит зарядить основную трубу и осуществить промывку.

На чертеже изображена осушительная система, разрез по оси коллектора.

Осушительная система включает дрены 1, коллектор 2, герметичную накопительную емкость, снабженную входным и сливным патрубками. Между этими патрубками емкость разделена герметичной перегородкой на верхнюю 3 и нижнюю 4 камеры, соединенные между собой через отверстия (с герметизацией по периметру) вакуумными устройствами: основным, в виде отрезка трубопровода 6, и пусковыми в виде трубок малого диаметра с калиброванными отверстиями для входа в них воды (7, 8). По крайней мере одна из них (8) имеет капиллярное поперечное сечение (с диаметром от 2 до 5 мм), а остальные – размеры от 1 см и больше. Верхняя камера накопительной емкости 3 через входной патрубок герметично соединена с устьем коллектора 2, а нижняя камера через сливной патрубок соединена со сбросным трубопроводом 5, выведенным в водоприемник, например канал.

Труба 6 и трубки пусковых вакуумных устройств выпущены в нижнюю камеру с таким расчетом, чтобы выход из них располагался ниже сливного патрубка. При этом выходы из трубок 7 расположены на одном уровне с выходом трубы 6, а капиллярная трубка 8 имеет выход несколько выше.

Верх трубы 6 расположен с небольшим (около 1-2 см) превышением над требуемым уровнем подтопления коллектора 2, а верх всех пусковых трубок доведен до потолка камеры и обрезан под углом 45.

Осушительная система действует следующим образом. В период избыточного увлажнения фильтрующаяся из почвы вода по дренам 1 и коллектору 2 поступает в верхнюю камеру герметичной накопительной емкости, постепенно ее заполняя. Если в нижней камере нет воды, то воздух из верхней камеры при этом свободно вытесняется по соединяющим обе камеры трубам в атмосферу. Когда уровень воды в верхней камере достигнет калиброванного отверстия в капиллярной трубке 8 и она станет поступать внутрь последней, ниже отверстия за счет сил смачивания немедленно образуется водяная пробка, удерживаемая менисковыми силами. Дальнейший подъем уровня в верхней камере вызовет постепенное увеличение длины этой пробки, пока, наконец, ее вес не превысит удерживающие силы. После этого пробка начнет движение вниз, постепенно ускоряясь и увеличивая свою длину, за счет воды, поступающей через калиброванное отверстие. Когда расход воды, отводимой пробкой, превысит расход, поступающий через отверстие, в сечении капиллярной трубки образуется вакуум, который немедленно возместится воздухом, подводимым из верхней части трубки. В результате этого поток разорвется, в верхней части водяной пробки образуется еще один мениск, и движение водяной пробки замедлится. Тем временем поступающая через калиброванное отверстие вода образует новую водяную пробку, которая перекрывает вошедший воздух, создавая пузырь, и цикл неоднократно повторится, в результате чего в капиллярной трубке установится поток водовоздушной смеси.

Вытекающая из капиллярной трубки вода постепенно заполнит нижнюю камеру до такого уровня, при котором выход из всех остальных труб окажется затопленным водой, и поступление воздуха в верхнюю камеру прекратится. Теперь захват воздуха потоком в капиллярной трубке будет сопровождаться понижением его давления и, соответственно, повышением уровня воды в камере. Когда он перекроет калиброванное отверстие в трубке большего диаметра 7, она после непродолжительного перетекания воды по стенкам зарядится и станет более интенсивно отводить воздух. В результате вскоре зарядится следующая трубка, а затем все трубки вместе зарядят трубу основного вакуумного устройства 6, а после отвода из верхней камеры оставшегося воздуха станут отводить только воду.

Если нижняя камера к началу зарядки была заполнена водой, то находящийся в верхней камере воздух, по мере поступления в нее воды из коллектора 2, будет сначала вытесняться по трубке 8 в атмосферу, так как выход из нее погружен в воду меньше остальных, а затем процесс зарядки пойдет аналогично описанному выше.

Преимуществом предлагаемой конструкции по сравнению с прототипом является то, что при сравнительно небольших дополнительных затратах на пусковые вакуумные устройства они позволяют получить новое качество: практически свести к минимуму влияние расхода притекающей воды на процесс зарядки основного. Более того, если на вакуумируемой системе коллектор 2 заполнен настолько, что уровень воды в верхней камере стоит вблизи калиброванного отверстия трубки 8, то процесс зарядки может начаться даже при отсутствии притока за счет интенсивного снижения атмосферного давления. Поэтому в отличие от прототипа, включающегося в работу лишь в периоды значительного избыточного увлажнения, в предлагаемой конструкции весь объем воды, стекающей по коллектору за сезон работы, будет отводиться в импульсном режиме.

Важно также и то обстоятельство, что скоростью зарядки и ее продолжительностью можно управлять, меняя количество и диаметры пусковых вакуумных устройств.

Формула изобретения

Осушительная система, включающая дрены, коллектор, герметичную накопительную емкость, снабженную входным и сливным патрубками и разделенную между ними на две изолированные друг от друга камеры, гидравлически связанные между собой вакуумным устройством, отличающаяся тем, что верхняя и нижняя камеры соединены между собой дополнительными вакуумными устройствами в виде трубок с калиброванными отверстиями, причем по крайней мере одна из них выполнена капиллярной с калиброванным отверстием, расположенным ниже верхнего среза основного вакуумного устройства в верхней камере, и выпущена под уровень воды в нижней камере выше нижнего среза, как основного так и дополнительных вакуумных устройств.

РИСУНКИ