ВОДОЗАБОРНОЕ УСТРОЙСТВО Российский патент 1998 года по МПК E03B3/10 E03B3/12 E21B33/127 

Изобретение относится к устройствам и механизмам, предназначенным для эксплуатации источников подземных вод и водозаборных сооружений, в частности, для откачки артезианской воды в магистральные линии городских систем водоснабжения.

Известны водозаборные устройства, содержащие напорный трубопровод, погруженный в скважину многосекционный насос с трансмиссионным валом, проходящим внутри напорного трубопровода, и электродвигатель, установленный на станине над устьем скважины [1].

Наличие у известных устройств трансмиссионной передачи, не позволяющей точно отрегулировать зазоры между рабочими колесами и направляющими аппаратами насоса, приводит к большим объемным потерям, снижению подачи, напора и коэффициента полезного действия насоса.

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности и достигаемому эффекту является водозаборное устройство, содержащее размещенные в обсадной трубе скважины напорный трубопровод, многосекционный насос с погружным электродвигателем и приспособление гидроуплотнения в составе корпуса, жестко установленного на напорном трубопроводе ниже статического уровня воды в скважине, и уплотняющего элемента, внутренняя полость которого соединена с линией повышенного давления, проложенной вдоль напорного трубопровода [2].

Недостаток известного устройства заключается в следующем. Известно, что подземные источники подвержены сезонным колебаниям естественного уровня воды. При этом наиболее нежелательными являются необратимые понижения статического уровня воды в скажине, которые могут быть вызваны, например, образованием районной депрессии под влиянием забора воды из ближайших скважин. Независимо от гидрологических условий на мощности водозабора могут сказываться засорение скважины оборвавшимися деталями водозаборных устройств, засорение сетчатого фильтра скважины и т.п. Поэтому известное устройство снабжено приспособлением гидроуплотнения, которое жестко установлено между фланцами (верхним и нижним) двух отрезков труб, напорного трубопровода, размещенных ниже статического уровня воды. Это позволяет уменьшить влияние естественного уровня воды в скважине на мощность водозабора. Однако в результате жесткого крепления приспособления гидроуплотнения, во-первых, ужесточаются усложняющие конструкцию указанного приспособления требования к надежности устройства, что является следствием образования в обсадной трубе скважины столба воды, за счет веса которого на уплотняющий элемент воздействует избыточное давление при одновременном воздействии снизу на указанный элемент разреженной воздушной среды, во-вторых, не достигается максимальный эффект от использования приспособления гидроуплотнения, который тем выше, чем ближе к статическому уровню воды размещен уплотняющий элемент (от расстояния между указанным элементом и корпусом насоса зависит степень разрежения воздушной среды над динамическим уровнем воды в скважине), что сказывается на мощности водозабора.

Технической задачей изобретения является повышение мощности водозабора.

Указанная задача решается тем, что в водозаборном устройстве, содержащем размещенные в обсадной трубе скважины напорный трубопровод, многосекционный насос с погружным электродвигателем и приспособление гидроуплотнения в составе корпуса и уплотняющего элемента, внутренняя полость которого соединена с линией повышенного давления, проложенной вдоль напорного трубопровода, корпус приспособления гидроуплотнения установлен на поплавке с возможностью возвратно-поступательного смещения вдоль оси напорного трубопровода и выполнен в виде двух фланцев, жестко скрепленных посредством шпилек, уплотняющий элемент приспособления гидроуплотнения выполнен в виде внутренней и внешней надувных камер цилиндрической формы, смонтированных на фланцах корпуса, а с линией повышенного давления соединена полость между надувными камерами.

На чертеже изображено предлагаемое устройство и поясняется его работа.

Устройство монтируется в обсадной трубе 1 скважины и содержит напорный трубопровод 2, многосекционный насос 3 с водоприемной сеткой 4, погружной электродвигатель 5, линию 6 повышенного давления и установленное на поплавке 7 приспособление 8 гидроуплотнения в составе двух фланцев 9-10, шпилек 11 и уплотняющего элемента, выполненного в виде внутренней и внешней надувных камер 12-13 цилиндрической формы.

Устройство работает следующим образом. Естественный уровень воды в обсадной трубе 1 характеризуется статическим уровнем, значение А1 (А2) которого зависит от гидродинамических особенностей подземных вод и величины атмосферного давления. При заборе воды из водоносного слоя ее уровень в скважине понижается на величину S1 (S2), которая тем большем, чем выше производительность агрегата в составе насоса 3 и электродвигателя 5. С наступлением равновесия между количеством откачиваемой через водоприемную сетку 4 воды и количеством ее притока из водоносного слоя в скважине установится постоянный до выключения электродвигателя 5 динамический уровень (кривая B1 (B2) на чертеже), который, постепенно повышаясь по мере удаления от скважины, образует так называемую воронку депрессии радиусом R1 (R2).

При монтаже устройства в обсадную трубу 1 его приспособление 8 гидроуплотнения размещают на поплавке 7. Корпус приспособления 8 выполнен в виде двух фланцев 9-10, жестко скрепленных посредством шпилек 11, а его уплотняющий элемент - в виде внутренней и внешней надувных камер 12-13.

Полость между камерами 12 и 13 соединена с линией 6 повышенного давления, посредством которой естественное давление Po в указанной полости доводят до значения Px, при котором зазор с напорным трубопроводом 2 перекрывается стенками внутренней камеры 12, а зазор с обсадной трубой 1 - стенками внешней камеры 13.

В результате после запуска электродвигателя 5 достижение равновесия между объемом откачиваемой в разводящую сеть воды и ее объемом, поступающим в обсадную трубу 1 из водоносного слоя (т.е. достижение динамического уровня воды) будет происходить при пониженном (по сравнению с атмосферным) давлении на поверхность воды, что вызывает дополнительный ее приток в обсадную трубу 1 скважины из водоносного слоя и тем самым повышает мощность водозабора.

При выключении электродвигателя 5 с целью проведения профилактических или ремонтных работ давление Px в полости между надувными камерами 12 и 13 через линию 6 понижают до исходного значения Po, при котором восстанавливаются зазоры с обсадной трубой 1 и с напорным трубопроводом 2, обеспечивающие беспрепятственный подъем устройства из скважины.

Таким образом, в результате обеспечения приспособлению 8 возвратно-поступательного смещения вдоль оси напорного трубопровода 2 полностью исключается возможность образования в обсадной трубе скважины столба воды, избыточное давление которого на стенки надувных камер 12 и 13 при наличии разреженной среды под последними накладывало бы дополнительные ограничения на выбор конструкции приспособления 8 гидроуплотнения устройства. При этом совмещение рабочей плоскости приспособления гидроуплотнения со статическим уровнем позволяет достигнуть максимального эффекта от использования указанного приспособления, т. к. степень разрежения воздушной среды над динамическим уровнем воды в скважине определяется расстояние между уплотняющим элементом приспособления и корпусом насоса, что позволяет повысить мощность водозабора.

Кроме того, при сезонных колебаниях или необратимых понижениях статического уровня A1 воды в скважине, например при понижении его до значения A2, давление Px воздуха в камерах 12-13 приспособления 8 при выключенном электродвигателе 5 понижают до Po, при котором приспособление 8 гидроуплотнения под собственным весом смещается вниз на поплавок 7. В результате исключается влияние столба воздуха высотой dS на степень разрежения воздушной среды над динамическим уровнем воды в скважине, что позволяет частично скомпенсировать снижение мощности водозабора при сезонных и необратимых понижениях статического уровня воды в скважине.

Источники информации
1. Шабалин А.Ф. Эксплуатация промышленных водопроводов. - М.: Изд. Металлургия, 1972, с. 143.

2. Заявка N 95105997/03, (011002) от 18.04.95 г. на "Водозаборное устройство". Решение ВНИИГПЭ о выдаче патента на изобретение от 22.04.96 г.

Водозаборное устройство относится к устройствам и механизмам, предназначенным для эксплуатации подземных вод и водозаборных сооружений, в частности, для откачки артезианской воды в магистральные линии городских систем водоснабжения. Устройство включает размещенные в обсадной трубе скважины напорный трубопровод, многосекционный насос с погружным электродвигателем и приспособление гидроуплотнения в составе корпуса и уплотняющего элемента, внутренняя полость которого соединена с линией повышенного давления, проложенной вдоль напорного трубопровода, причем корпус приспособления гидроуплотнения установлен на поплавке с возможностью возвратно-поступательного смещения вдоль оси напорного трубопровода и выполнен в виде двух фланцев, жестко скрепленных посредством шпилек. Уплотняющий элемент приспособления гидроуплотнения выполнен в виде внутренней и внешней надувных камер цилиндрической формы, смонтированных на фланцах корпуса, а с линией повышенного давления соединена полость между надувными камерами. Это позволяет совместить рабочую плоскость приспособления гидроуплотнения со статическим уровнем воды в скважине, т.е. увеличить степень разрежения воздушной среды над ее динамическим уровнем и тем самым повысить мощность водозаборов. 1 ил.

Водозаборное устройство, содержащее размещенные в обсадной трубе скважины напорный трубопровод, многосекционный насос с погружным электродвигателем и приспособление гидроуплотнения в составе корпуса и уплотняющего элемента, внутренняя полость которого соединена с линией повышенного давления, проложенной вдоль напорного трубопровода, отличающееся тем, что корпус приспособления гидроуплотнения установлен на поплавке с возможностью возвратно-поступательного смещения вдоль оси напорного трубопровода и выполнен в виде двух фланцев, жестко скрепленных посредством шпилек, уплотняющий элемент приспособления гидроуплотнения выполнен в виде внутренней и внешней надувных камер цилиндрической формы, смонтированных на фланцах корпуса, а с линией повышенного давления соединена полость между надувными камерами.