УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПОДАЧИ ВОДЫ ИЗ СКВАЖИНЫ (ВАРИАНТЫ) Российский патент 1998 года по МПК 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 устройства для подачи воды из скважины, 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 устройство для подачи воды из скважины, содержащее размещенные в обсадной трубе скважины напорный трубопровод, многосекционный насос с погружным электродвигателем и установленное на напорном трубопроводе ниже статического уровня воды в скважине приспособление гидроуплотнения в составе корпуса и уплотняющего элемента [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 скважине, 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 на напорном трубопроводе ниже статического уровня воды. Это позволяет уменьшить влияние естественного уровня воды в скважине на мощность водозабора. Однако, при этом, во-первых, ужесточаются усложняющие конструкцию приспособления гидроуплотнения 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 разряженной воздушной среды. Во-вторых, не достигается максимальный эффект от использования приспособления гидроуплотнения, который тем выше, чем ближе к статическому уровню воды размещен уплотняющий элемент, т.к. степень разряжения воздушной среды над динамическим уровнем воды в скважине зависит от расстояния между указанным уровнем, который должен быть не менее, чем на полтора метра выше последней секции многосекционного насоса, и уплотняющим элементом приспособления гидроуплотнения. Это сказывается на мощности водозабора.

Технической задачей изобретения является повышение мощности водозабора.

Указанная задача решается тем, что в устройстве для подачи воды из скважины, содержащем размещенные в обсадной трубе скважины напорный трубопровод, многосекционный насос с погружным электродвигателем и установленное на напорном трубопроводе основное приспособление гидроуплотнения в составе корпуса и уплотняющего элемента, основное приспособление гидроуплотнения установлено выше статического уровня воды в скважине, на напорном трубопроводе жестко установлены дополнительные приспособления гидроуплотнения, на которых размещено по одному поплавку заданной массы, полости уплотняющих элементов основного и дополнительных приспособлений гидроуплотнения через водоотводы, соединены с полостью напорного трубопровода, водоотводы дополнительных приспособлений гидроуплотнения снабжены клапанами, установленными с обеспечением нежесткого контакта их чувствительного элемента запорного органа, выполненного в виде толкателя, с нижним торцом соответствующего поплавка.

Указанная задача решается также тем, что в устройстве для подачи воды из скважины, содержащем размещенные в обсадной трубе скважины напорный трубопровод, многосекционный насос с погружным электродвигателем и установленное на напорном трубопроводе основное приспособление гидроуплотнения в составе корпуса и уплотняющего элемента, основное приспособление гидроуплотнения установлено выше статического уровня воды в скважине, на напорном трубопроводе жестко установлены дополнительные приспособления гидроуплотнения, к которым на основных гибких элементах равной длины подвешено по одному поплавку заданной массы, полости уплотняющих элементов приспособлений гидроуплотнения через водоотводы соединены с полостью напорного трубопровода, водоотводы дополнительных приспособлений гидроуплотнения снабжены клапанами, чувствительный элемент запорного органа каждого из которых выполнен в виде толкателя, нежестко связанного с соответствующим поплавком через дополнительный гибкий элемент, суммарное значение длины которого и величины рабочего хода толкателя равно длине основных гибких элементов.

На фиг. 1 приведена схема предлагаемого устройства для подачи воды из скважины; на фиг. 2 - конструкция его приспособлений гидроуплотнения.

Устройство располагается в обсадной трубе 1 скважины и содержит секции напорного трубопровода 2 с фланцами 3, многосекционный насос 4 с водоприемной сеткой 5, погружной электродвигатель 6, основное приспособление 7 гидроуплотнения, дополнительные приспособления 8-9 гидроуплотнения и поплавки 10-11 (12-13).

Приспособления гидроуплотнения составлены из корпусов 14, уплотняющих элементов 15, водоотводов 16-19, клапанов 20-22 с толкателями 23, основных гибких элементов 24 и дополнительных гибких элементов 25.

Работает устройство следующим образом.

Естественный уровень воды в обсадной трубе 1 характеризуется статическим уровнем A_o. При заборе воды из водоносного слоя ее уровень в скважине понижается на величину S_o, соответствующую равновесию между количеством воды, откачиваемой насосом 4 через водоприемную сетку 5 и количеством притока воды из водоносного слоя. С наступлением указанного равновесия в скважине установится постоянный на время откачки динамический уровень, который, постепенно повышаясь по мере удаления от скважины /кривая B_o на фиг. 1/ образует так называемую воронку депрессии радиусом R_o.

Расстояние S_o между динамическим и статическим уровнями воды пропорционально производительности скважины при откачке из нее воды без использования приспособлений гидроуплотнения. При этом статический уровень определяется гидродинамическими особенностями подземных вод и величиной атмосферного давления, а динамический уровень должен быть не менее, чем на полтора метра выше многосекционного насоса 4 (это условие обеспечивает требуемый режим охлаждения корпуса последнего). Поэтому, для увеличения производительности скважины предлагаемое устройство снабжено основным и N-ным количеством дополнительных приспособлений 7-9 гидроуплотнения, позволяющих повысить значение S_o на величину dS_x за счет условного повышения статического уровня A_o до значения A_x (фиг. 1).

Как показано на фиг. 1 основное приспособление 7 гидроуплотнения устанавливают на напорном трубопроводе 2 выше статического уровня A_o воды в скважине, что исключает образование избыточного давления на уплотняющий элемент 15 приспособления 7 при одновременном воздействии на него снизу разряженной воздушной среды при подаче воды из скважины.

Дополнительные приспособления 8-9 гидроуплотнения снабжены поплавками 10-11, каждый из которых установлен на напорном трубопроводе 2 над соответствующим приспособлением. Полости уплотняющих элементов 15 посредством водоотводов 16-18 соединены с полостью напорного трубопровода 2. При этом водоотводы 17-18 снабжены клапанами 20-21, установленными с обеспечением нежесткого контакта их чувствительного элемента запорного органа, выполненного виде толкателя 23, с нижним торцом соответствующего поплавка при монтаже устройства (фиг. 2).

При погружении устройства в скважину на заданную глубину поплавки 10-11 приспособлений 8-9 под действием выталкивающей силы всплывут к фланцам 3 напорного трубопровода 2. После окончания монтажа устройства запускают электродвигатель 6. Под действием центробежной силы, создаваемой многосекционным насосом 4, вода, заполняющая скважину, через водоприемную сетку 5 начнет поступать в напорный трубопровод 2, а через водоотвод 16 - в полость уплотняющего элемента 16 основного приспособления 7.

При достижении давлением в элементе 16 значения P_x приспособление 7 перекроет зазор со стенкой обсадной трубы 1, вследствии чего достижение динамического уровня B_o воды в скважине будет сопровождаться ослаблением влияния на границу раздела сред атмосферного давления.

Спустя время, необходимое для понижения статического уровня A_o воды в скважине на величину L_o поплавок 10 опустится на верхний торец первого дополнительного приспособления 8 гидроуплотнения и, воздействуя своим весом на толкатель 23, поднимет золотник над седлом клапана 20. Клапан 20 откроется и под действием давления P_x воды, поступающей из напорного трубопровода 3 в полость уплотняющего элемента 15 через водоотвод 17, приспособление 8 аналогично приспособлению 7 перекроет зазор со стенкой обсадной трубы 1. Через указанный выше промежуток времени под действием веса поплавка 11 откроется клапан 21 и т.д. (фиг. 2).

В результате, каждое очередное понижение уровня воды на величину L_o будет сопровождаться ускорением процесса ослабления влияния атмосферного давления на поверхность воды в скважине. Суммарный эффект ослабления указанного влияния выразится приращением dS_x к дебиту S_o скважины (условным повышением статического уровня A_o на величину dS_x до значения A_x) и определяется количеством дополнительных приспособлений гидроуплотнения.

При этом, увеличение притока воды в обсадную трубу 1 скважины из водоносного слоя будет сопровождаться увеличением радиуса R_o воронки депрессии на значение dR_x (дебит скважины при использовании предлагаемого устройства на фиг. 1 отражает кривая B_x).

При выключении электродвигателя 6 для проведения профилактических работ, или при аварийном отключении электродвигателя 6 повышенное давление P_x в напорном трубопроводе 2 снижается до исходного значения P_o. При этом, повышение уровня воды в обсадной трубе 1 скважины (за счет поступления ее из водоносного слоя и стекания из напорного трубопровода через водоприемную сетку 5) до уровня A_o будет происходить после процесса понижения давления P_x в приспособлениях 7-9 до значения P_o. Т.е. зазоры между приспособлениями гидроуплотнения устройства и стенкой обсадной трубы 1, обеспечивающие беспрепятственный подъем устройства из скважины, восстановятся до момента всплытия поплавков 10-11, при котором клапаны 20-21 закроются под действием пружин (на фиг. 1-2 не показаны), возвращающих толкатели 23 указанных клапанов в исходное состояние.

Согласно второму варианту поплавки 12-13 размещают на напорном трубопроводе 2 ниже дополнительных приспособлений 8-9 гидроуплотнения (фиг. 1). При этом указанные поплавки посредством основных гибких элементов 24, равномерно размещенных вдоль окружности выбранного радиуса, подвешивают к нижнему торцу корпусов 14 соответствующих приспособлений 8-9, а толкатели 23 клапанов 22 нежестко связывают с соответствующим поплавком через дополнительные гибкие элементы 25, суммарное значение длины которых и величины рабочего хода толкателя 23 выбирают равным длине основных гибких элементов 24 (фиг. 3).

В исходном состоянии поплавки 12-13 под действием выталкивающей силы прижимаются к нижнему торцу корпусов 14 приспособлений 8-9 гидроуплотнения и удерживают в закрытом состоянии клапаны 22, запорный орган чувствительного элемента которых, по сравнению с первым вариантом устройства, не снабжен пружинами. Т. е. в процессе понижения статического уровня A_o поплавки 12-13 посредством дополнительных гибких элементов воздействуют на толкатели 23 и поочередно открывают клапаны 22, удерживая их в открытом состоянии своим весом.

Таким образом, как было сказано, благодаря размещению основного приспособления 7 гидроуплотнения выше статического уровня A_o воды в скважине исключается возможность образования над указанным приспособлением столба воды, избыточное давление которого на стенки уплотняющего элемента 15 при наличии разряженной среды под последним накладывало бы дополнительные ограничения на выбор конструкции приспособления 7 гидроуплотнения устройства.

При этом, включение в состав устройства дополнительных приспособлений 8-9 гидроуплотнения позволяет не только скомпенсировать снижение эффекта от использования приспособления 7 при его размещении выше статического уровня A_o, но и значительно увеличить степень разряжения воздушной среды над динамическим уровнем воды в скважине и, тем самым, повысить мощность водозабора.

Источники информации.

1. Шабалин А.Ф. Эксплуатация промышленных водопроводов. Изд. "Металлургия", 1972, с. 143.

2. Патент RU N 2083768, кл. E 03 B 3/08, 1977, Бюл. 19.

Устройство для подачи воды из скважины относится к устройствам и механизмам, предназначенным 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 установленное на напорном трубопроводе основное приспособление гидроуплотнения в составе корпуса и уплотняющего элемента, причем задача повышения мощности водозабора решается тем, что основное приспособление гидроуплотнения установлено выше статического уровня воды в скважине, на напорном трубопроводе жестко установлены дополнительные приспособления гидроуплотнения, на которых размещено по одному поплавку заданной массы, полости уплотняющих элементов основного и дополнительных приспособлений гидроуплотнения через водоотводы соединены с полостью напорного трубопровода, водоотводы дополнительных приспособлений гидроуплотнения снабжены клапанами, установленными с обеспечением нежесткого контакта их чувствительного элемента запорного органа, выполненного в виде толкателя, с нижним торцом соответствующего поплавка, или тем, что поплавки по одному подвешены на основных гибких элементах равной длины к дополнительным приспособлениям гидроуплотнения, а толкатели клапанов нежестко связаны с соответствующим поплавком через дополнительный гибкий элемент, суммарное значение длины которого и величины рабочего хода толкателя равно длине основных гибких элементов. 2 с. п.ф-лы, 3 ил.

1. Устройство для подачи воды из скважины, содержащее размещенные в обсадной трубе скважины напорный трубопровод, многосекционный насос с погружным электродвигателем и установленное на напорном трубопроводе основное приспособление гидроуплотнения в составе корпуса и уплотняющего элемента, отличающееся тем, что основное приспособление гидроуплотнения установлено выше статического уровня воды в скважине, на напорном трубопроводе жестко установлены дополнительные приспособления гидроуплотнения, на которых размещено по одному поплавку заданной массы, полости уплотняющих элементов основного и дополнительных приспособлений гидроуплотнения через водоотводы соединены с полостью напорного трубопровода, водоотводы дополнительных приспособлений гидроуплотнения снабжены клапанами, установленными с обеспечением нежесткого контакта их чувствительного элемента запорного органа, выполненного в виде толкателя, с нижним торцом соответствующего поплавка. 2. Устройство для подачи воды из скважины, содержащее размещение в обсадной трубе скважины напорный трубопровод, многосекционный насос с погружным электродвигателем и установленное на напорном трубопроводе основное приспособление гидроуплотнения в составе корпуса и уплотняющего элемента, отличающееся тем, что основное приспособление гидроуплотнения установлено выше статического уровня воды в скважине, на напорном трубопроводе жестко установлены дополнительные приспособления гидроуплотнения, к которым на основных гибких элементах равной длины подвешено по одному поплавку заданной массы, полости уплотняющих элементов приспособлений гидроуплотнения через водоотводы соединены с полостью напорного трубопровода, водоотводы дополнительных приспособлений гидроуплотнения снабжены клапанами, чувствительный элемент запорного органа каждого из которых выполнен в виде толкателя, нежестко связанного с соответствующим поплавком через дополнительный гибкий элемент, суммарное значение длины которого и величины рабочего хода толкателя равно длине основных гибких элементов.