ВЕТРОПНЕВМАТИЧЕСКАЯ ВОДОПОДЪЕМНАЯ УСТАНОВКА ДЛЯ МАЛОДЕБИТНОГО ШАХТНОГО КОЛОДЦА Российский патент 1995 года по МПК F04F1/06 

Изобретение относится к сельскохозяйственному водоснабжению малодебитных шахтных колодцев (т.е. до 1 м³/ч), в частности к водоснабжению в пустынных районах юга страны в условиях отгонного животноводства.

Для районов, где среднегодовая скорость ветра превышает 4 м/с, стоимость энергии, вырабатываемой ветродвигателем, дешевле энергии, вырабатываемой тепловым двигателем. Эффективность использования энергии ветра для водоснабжения в отгонном животноводстве особенно возрастает. Многочисленные попытки создать надежную ветронасосную установку для водоснабжения в условиях пустыни не имели успеха. Основным недостатком используемого насосного оборудования (ленточного ВЛМ-100 и др.) является расхождение режимов эффективной работы водоподъемника с эффективной работой колодца, что приводит к 3 - 4-разовому осушению колодца ежедневно, преждевременной кольматации водоисточника и к его выходу из строя на 3 - 5 лет эксплуатации вместо запланированных 40 - 60 лет работы.

Известна конструкция ветронасосной установки малой мощности для подачи воды из шахтных колодцев в условиях отгонного животноводства, выбранная в качестве прототипа, содержащая быстроходное ветроколесо, воздушный компрессор и двухкамерный пневмонасос, работающий по замкнутому циклу, т.е. с возвратом сжатого воздуха из камеры насоса в компрессор. В целях уменьшения пускового момента ветродвигателя при малом числе оборотов ветроколеса предусмотрен кран, управляемый регулятором скорости и обеспечивающий холостой ход компрессора.

Недостатком известной конструкции является отсутствие функциональной зависимости работы водоподъемника от рабочего режима водоисточника, что приводит к многократному осушению малодебитного колодца в течение рабочего дня и к преждевременной его кольматации. Принятый с целью повышения КПД режим работы двухкамерного насоса с возвратом сжатого воздуха из камеры насоса в компрессор приводит к тому, что этот воздух насыщается парами воды в камере насоса и парами масла в цилиндре компрессора. Следствием принятого режима является попадание масла в перекачиваемую воду и перенос воды в цилиндр компрессора и в пусковой кран холостого хода. Это приводит к замерзанию влаги в зимнее время, в период безветрия, и к нарушению пускового режима агрегата. Конструктивная реализация воздушного распределителя оказалась сложной конструктивно, дорогостоящей в изготовлении и ненадежной в условиях длительной эксплуатации.

Целью изобретения является повышение эксплуатационной надежности механической системы "малодебитный шахтный колодец - ветропневматический водоподъемник" до таких пределов, при которых обслуживание ее заменяется трехкратным в течение года контролем за автоматической работой узлов системы при обеспечении всех современных технических, санитарных и экологических норм эксплуатации водоисточника.

Цель достигается тем, что устанавливается механическая связь между оптимальным режимом скоростей фильтрации малодебитного колодца и рабочим режимом пневматического водоподъемника с помощью клапана - поплавка, обеспечивающего поддержание в колодце допускаемого уровня воды во время рабочего цикла. Для исключения попадания влаги в цилиндр компрессора отработанный воздух выбрасывается в атмосферу вслед за водой, для реализации чего используется разомкнутая схема работы однокамерного пневматического насоса пульсирующего действия. Попадание паров масла в камеру насоса исключается введением маслоотделителя в ресивере системы на пути следования сжатого воздуха из компрессора в камеру насоса. С целью повышения механического КПД и увеличения надежности рабочего процесса установки для согласования моментных характеристик быстроходного ветроколеса с моментными характеристиками компрессора последний исполняется с аксиальным расположением поршней, приводимых в движение плавающей косой шайбой через тронковый узел, содержащий регулируемую ширину люфта.

Сопоставительный анализ с прототипом показал, что заявляемая установка отличается тем, что используют аксиально-поршневой привод с плавающей косой шайбой для согласования рабочих характеристик ветроколеса и компрессора и содержит механическую связь с работой водоисточника и таким образом соответствует критерию изобретения "Hовизна". Сравнение заявленного решения не только с прототипом, но и с другими техническими решениями в данной области техники не позволило выявить в них признаки, отличающие заявляемое решение от прототипа, что позволяет сделать вывод о соответствии критерию "Существенные отличия".

На фиг.1 представлена схема ветропневматической водоподъемной установки; на фиг.2 - разрез тронкового узла.

Установка состоит из быстроходного ветроколеса 1, аксиально-поршневого компрессора 2, нагнетающего сжатый воздух по пневматическому трубопроводу 3 в ресивер 4, где редукционный клапан 15 преобразует непрерывный расход сжатого воздуха в пульсирующий по пневматическому трубопроводу 5 в камеру насоса 6 и вытесняет из нее воду по напорному трубопроводу 7 на заданную высоту Н из колодца 8. Сжатый воздух следует за вытесненной водой в напорный трубопровод 7 и выбрасывается в атмосферу, что приводит к падению давления во всей пневматической системе до значения, при котором редукционный клапан 15 закрывается. Дальнейшее падение давления в камере насоса продолжается до значения, при котором сила тяжести открывает клапан-поплавок 16 и остатки воздуха из камеры насоса вытесняются через выхлопную трубку 17 водой, поступающей в насос, после открытия всасывающего клапана 18. При заполнении камеры водой клапан-поплавок 16 всплывает и закрывает входное сечение выхлопной трубки 17 и рабочий цикл повторяется после следующего открытия редукционного клапана 15.

Плавающая косая (наклонная) шайба 11 аксиально-поршневого компрессора 2 обеспечивает полное уравновешивание масс привода машины и соответствующее повышение механического КПД компрессора, а также предельное снижение его пусковых моментов за счет введения односторонней связи между валом ветроколеса и поршневой группой 13 при помощи люфта λ в тронковом узле 12. Тронковый узел 12 состоит из цилиндрического сухаря, посаженного на опорный цилиндрический палец 19 плавающей шайбы, направляющей цилиндрической обоймы 20, ось которой совпадает с осью цилиндрического сухаря и всегда перпендикулярна оси цилиндра компрессора, и крышки 21 обоймы, положением которой регулируется необходимая величина зазора λ.

Согласование рабочего режима водоподъемника с оптимальным режимом работы малодебитного колодца 8 обеспечивается сохранением в этом водоисточнике динамического уровня I-I не ниже отметки II-II, определенной допустимой скоростью фильтрации воды в грунте, при которой гарантируется ламинарный режим течения воды без переноса илистых частиц, т.е. без фильтрационной деформации грунта, приводящей к кольматажу колодца.

Заданный минимальный динамический уровень воды в колодце поддерживается с помощью клапана-поплавка 16. Входное сечение выхлопной трубки 17, являющееся седлом клапана-поплавка 16, устанавливается на заданной отметке II-II. При снижении уровня воды в колодце ниже отметки II-II уровень воды, поступающей в камеру насоса, не может подняться выше отметки воды в колодце согласно закону сообщающихся сосудов и клапан-поплавок в этом случае остается открытым. Поэтому после открытия редукционного клапана 18 поступающая порция сжатого воздуха стравливается через трубку 17 в атмосферу и вода из насоса не вытесняется в трубопровод 7. Так продолжается до тех пор, пока уровень воды в колодце не поднимется до отметки II-II, при достижении которой вода в камере насоса поднимет клапан-поплавок 16 и закроет выхлопное сечение стравливающей трубки 17, после чего происходит рабочий режим вытеснения воды.

Использование: в сельском хозяйстве при сооружении шахтных колодцев. Сущность изобретения: установка содержит ветроколесо, на валу которого установлен аксиально-поршневой компрессор с наклонной шайбой и тронковыми узлами, выполненными в виде направляющих обойм, соединенных с поршнями, и сухарей, установленных на пальцах шайбы и размещенных в обоймах с возможностью поворота и перемещения. Установка включает пневматический насос, клапан-поплавок, выхлопную трубку и всасывающий клапан, размещенный в колодце. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

ВЕТРОПНЕВМАТИЧЕСКАЯ ВОДОПОДЪЕМНАЯ УСТАНОВКА ДЛЯ МАЛОДЕБИТНОГО ШАХТНОГО КОЛОДЦА, содержащая быстроходное ветроколесо, кинематически связанный с ним поршневой компрессор с цилиндром и поршнем, воздухопровод с воздухораспределителем и насос, включающий резервуар, погруженный в колодец, напорный трубопровод и расположенный в резрвуаре поплавок, отличающаяся тем, что, с целью повышения КПД, надежности в работе и улучшения условий эксплуатации колодца, компрессор снабжен плавающей наклонной шайбой с опорными пальцами, установленной на валу ветроколеса, дополнительными цилиндрами с поршнями, расположеными аксиально с образованием поршневых групп, и тонковыми узлами, выполненными в виде направляющих обойм, соединенных с поршнями, и сухарей, установленных на пальцах и размещенных в обоймах с возможностью поворота вокруг осей цилиндров и пальцев и перемещения внутри обоймы на необходимую величину зазора λ, регулируемую положением крышки обоймы.