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 корпус приспособления гидроуплотнения установлен с возможностью возвратно-поступательного смещения вдоль оси напорного трубопровода и выполнен в виде отрезка трубы, торцы которого снабжены фланцами, уплотняющий элемент выполнен в виде двух надувных камер, одна из которых размещена во внутренней полости корпуса, другая - в области между корпусом приспособления гидроуплотнения и стенкой обсадной трубы скважины, средний диаметр отрезка трубы корпуса выбран равным половине разности между значениями внешнего диаметра фланцев и диаметра напорного трубопровода, а полости надувных камер соединены шлангом, проложенным через сквозное отверстие, выполненное в стенке отрезка трубы корпуса приспособления гидроуплотнения.

На чертеже изображено предлагаемое устройство и поясняется его работе.

Устройство монтируется в обсадной трубе 1 скважины и содержит напорный трубопровод 2, многосеционный насос 3 с водоприемной сеткой 4, погружной элеткродвигатель 5, приспособление 6 гидроуплотнения и линию 7 повышенного давления. Корпус приспособления гидроуплотнения выполнен в виде отрезка трубы 8 с фланцами 9 и 10, а его уплотняющий элемент - в виде двух надувных камер 11 и 12, полости которых соединены шлангом 13.

Устройство работает следующим образом.

Естественный уровень воды в обсадной трубе 1 характеризуется статическим уровнем, значение A1 (A2) 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 больше, 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 6 гидроуплотнения размещают на той секции напорного трубопровода 2, стенки которой при погружении устройства на заданную глубину будут проходить через границу раздела сред в скважине. В состав приспособления 6 включены выполненные из легкого материала отрезок трубы 8 с фланцами 9 и 10, между которыми размещены надувные камеры 11 и 12. Полости камер соединены шлангом 13, поэтому при подаче воздуха по линии 7 повышенного давления объем камер 11 и 12 вначале под действием давления Po достигает такого значения, при котором приспособление 6 всплывает, а затем под действием давления Px перекрывает зазоры с обсадной трубой 1 и напорным трубопроводом 2.

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 11 и 12 через линию 7 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 нежесткого крепления приспособления 6 на напорном трубопроводе 2 полностью исключается возможность образования в обсадной трубе скважины столба воды, избыточное давление которого на стенки надувных камер 11 и 12 при наличии разреженной среды под последними накладывало бы дополнительные ограничения на выбор конструкции приспособления 6 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 расстоянием между уплотняющим элементом приспособления и корпусом насоса, что позволяет повысить мощность водозабора.

Кроме того, при сезонных колебаниях или необратимых понижениях статического уровня А1 воды в скважине, например при понижении его до значения A2, давление Px воздуха в камерах 11-12 приспособления 6 при выключенном электродвигателе 5 понижают до Po, при котором приспособление 6 гидроуплотнения смещается вниз до совмещения его рабочей плоскости с уровнем A2. 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.: 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 с возможностью возвратно-поступательного смещения вдоль оси напорного трубопровода и выполнен в виде отрезка трубы, торцы которого снабжены фланцами. Уплотняющий элемент выполнен в виде двух надувных камер, одна из которых размещена во внутренней полости корпуса, другая - в области между корпусом приспособления гидроуплотнения и стенкой обсадной трубы скважины, средний диаметр отрезка трубы корпуса выбран равным половине разности между значениями внешнего диаметра фланцев и диаметра напорного трубопровода. Полости надувных камер соединены шлангом, проложенным через сквозное отверстие, выполненное в стенке отрезка трубы корпуса приспособления гидроуплотнения. 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 с возможностью возвратно-поступательного смещения вдоль оси напорного трубопровода и выполнен в виде отрезка трубы, торцы которого снабжены фланцами, уплотняющий элемент выполнен в виде двух надувных камер, одна из которых размещена во внутренней полости корпуса, другая - в области между корпусом приспособления гидроуплотнения и стенкой обсадной трубы скважины, средний диаметр отрезка трубы корпуса выбран равным половине разности между значениями внешнего диаметра фланцев и диаметра напорного трубопровода, а полости надувных камер соединены шлангом, проложенным через сквозное отверстие, выполненное в стенке отрезка трубы корпуса приспособления гидроуплотнения.