Устройство для подачи воды из скважины в башню и его автоматический сливной клапан Российский патент 2004 года по МПК E03B3/06 E03B11/00 E03B7/12 F16K17/34 

Изобретение относится к области водоснабжения и может быть использовано для автоматического слива жидкости в трубопроводах, в качестве защиты башни от замерзания в ней воды, предпочтительно в водозаборных скважинах сельского хозяйства.

Чтобы исключить замерзание воды в верхней части башни и сэкономить средства в сельской местности скважины в основном работают с верхней подачей воды в башню, несмотря на то, что существующие типовые проекты сделаны с нижней подачей воды в башню. Башни в основном не утепленные, но, несмотря на это, они работают надежно за счет прохождения воды сверху донизу башни. Недостатком таких устройств является снятие обратных клапанов с погружных насосов с целью избежать замерзания воды в напорных трубопроводах.

Нарушение эксплуатации скважин, связанное с удалением обратных клапанов с насосов, является главной причиной преждевременного выхода из строя скважин и насосов. Это доказывают “исследования действия фильтров при переходных процессах”, проведенные в скважинах без обратных клапанов (4) и “предупреждение пескования скважин” (5).

Максимальная дестабилизация режима фильтрации происходит в момент пуска насоса без обратного клапана. Потому что, когда обратный клапан на месте, напорный трубопровод постоянно заполнен водой и на обратный клапан постоянно давит столб воды, который заменяет прикрытие задвижки в момент пуска, и поэтому пуск скважины осуществляется плавно. А когда нет клапана, при остановке насоса, внутри напорной трубы и водоносном слое устанавливается статический уровень воды. Т.е. при этом разность давлений, действующих на насос сверху и снизу, равно нулю. Поэтому при пуске насоса в этих условиях происходит максимальная подача воды насосом. Поэтому это условие приводит к снижению проницаемости водоприемной части и пескованию скважин. Песок попадает в насосы и выводит из строя подшипники, крыльчатки, а, поскольку песок тяжелее воды и насос расположен выше фильтра, песок и грязь заполняют фильтры и выводят из строя скважину.

Это приводит к превышению допустимого тока электродвигателя, вынужденной разрегулировке защиты, не срабатыванию ее и сгоранию двигателя насоса. Поэтому в инструкциях по обслуживанию электропогружных насосов (6, с.4, п. 10) пишут, что пуск в эксплуатацию насосного агрегата допускается только при заполненном напорном трубопроводе. Не допускается рассверление или сквозное просверление конуса клапана, так как в этом случае обратный клапан не в состоянии выполнять свои функции.

А периодический пуск скважин без обратных клапанов в автоматическом режиме является наихудшим вариантом эксплуатации скважин. По этой причине в сельской местности мало скважин, работающих в автоматическом режиме. Из-за этого много случаев переливания воды из башни и жалобы на плохое обеспечение водой населения.

Кроме того, из-за удаления обратных клапанов с насосов, из-за пескования скважин, дебет скважин используется в большинстве скважин только на 60 % по сравнению со скважинами, укомплектованными электропогружными насосами с обратными клапанами.

Проблема автоматического слива воды из напорной трубы скважин, после остановки насоса, без удаления обратного клапана и исключения замерзания воды в башне давно существует.

Уровень техники по объекту автоматический сливной клапан (а.с.к.).

Известно устройство для подъема воды из скважины, включающее насос, запорный орган с механизмом его перемещения (а.с. СССР №817161, Е 03 В 3/06, 1979 г.). Недостатком этого изобретения является сложность конструкции запорного органа с механизмом его перемещения.

Наиболее близким аналогом является автоматический сливной клапан, включающий корпус с входным и выходным отверстиями, внутри которого размещен рычаг с запорным элементом, один конец рычага шарнирно соединен с корпусом, а другой согнут, слив, выполненный в виде размещенной на боковой поверхности корпуса сливной трубки с седлом, вилку (см. патент РФ №2000392 С, Е 03 В 3/06, 07.09.1993, 3 с.). Недостаток этого клапана заключается в том, что иногда клапан не открывается, иногда в местах соединения корпуса с вилкой в корпус со сливом просачивается вода, быстро выходят из строя седло (слив), рычаг, вилка при работе в агрессивной воде.

Уровень техники по объекту устройство для подачи воды из скважины в башню.

Известна глубинная установка для откачки различных жидкостей из скважин, содержащая погружной насос с обратным клапаном, напорный трубопровод, спускной клапан (а.с. СССР №612011, Е 21 В 43/00, 1976). Недостатком этого изобретения является сложность конструкции.

Удачным решением этой проблемы и наиболее близким аналогом является устройство для подачи воды из скважины в башню, включающее погружной насос с обратным клапаном, соединенный с башней посредством напорного трубопровода с верхней подачей воды в башню, задвижку, автоматический сливной клапан (см. указанный патент РФ №2000392).

Недостатком этого аналога является низкая надежность, так как при остановке насоса вода в напорной трубе иногда может замерзать из-за надежности работы а.с.к.

Задачей является увеличение надежности устройства и срока эксплуатации насосов и скважин; улучшение снабжения водой населения; сокращение расходов на эксплуатацию, на ремонт, на строительство и на ликвидацию скважин (порядка 2 раз); решение проблемных вопросов автоматизации скважин и улучшение экологической ситуации и санитарного состояния скважин в сельской местности России.

Задача решается тем, что в автоматическом сливном клапане, включающем корпус с входным и выходным отверстиями, внутри которого размещен рычаг с запорным элементом, один конец рычага шарнирно соединен с корпусом, а другой согнут, слив, выполненный в виде размещенной на боковой поверхности корпуса сливной трубки с седлом, вилку, отличающийся тем, что рычаг снабжен грузиком с возможностью опирания грузика на расположенные на противоположной стороне от седла образующие внутренней поверхности корпуса и с возможностью закрывания запорного элемента при увеличении подачи насосом в момент наступления допустимой минимальной подачи, седло и контактирующая поверхность запорного элемента с седлом выполнены плоскими, седло, рычаг и вилка выполнены из пластмассы.

Также задача решается тем, что в устройстве для подачи воды из скважины в башню, включающем погружной насос с обратным клапаном, соединенный с башней посредством напорного трубопровода с верхней подачей воды в башню, задвижку, автоматический сливной клапан, автоматическим сливным клапаном является клапан, описанный выше и заявленный в п.1 формулы изобретения.

На фиг. 1 изображено предлагаемое устройство, общий вид; на фиг. 2 - автоматический сливной клапан; на фиг.3 - разрез А-А.

Устройство содержит электропогружной насос 1 с обратным клапаном 2, напорным трубопроводом 3, автоматический сливной клапан 4, задвижку 5, башню 6.

Наземная часть напорного трубопровода 3 имеет уклон. Автоматический сливной клапан 4 установлен встык с водоподъемными трубами напорного трубопровода 3, и имеет корпус 7, приводной рычаг 10 с запорным элементом 8 и грузиком 12, сливную трубку с седлом 9, вилку 11, гайку 13. Приводной рычаг 10 с запорным элементом 8 и грузиком 12 размещен внутри корпуса, один конец приводного рычага шарнирно соединен с корпусом 7, а другой согнут. Грузик установлен с возможностью опирания на расположенные на противоположной стороне от седла образующие внутренней поверхности корпуса 7.

Устройство работает следующим образом. При включении насоса 1 вода через обратный клапан 2 по трубе 3 поднимается вверх, проходит через а.с.к. 4, задвижку 5 по надземной части напорного трубопровода 3, сверху сливается в башню 6, проходит через башню и снизу вода идет на расход. При движении воды по внутренней части корпуса 7 вверх под действием скоростного напора массы жидкости приводной рычаг 10 с запорным элементом 8 и грузиком 12 поворачивается относительно оси вилки 11 и запорный элемент 8 закрывает седло сливной трубки 9. Вода проходит по корпусу 7, не сливаясь.

При остановке насоса 1, т.е. при остановке движения жидкости в трубопроводе 3 и, следовательно, внутри корпуса 7, приводной рычаг 10 с запорным элементом 8 и грузиком 12 поворачивается относительно оси вилки 11, открывая седло сливной трубки 9.

Таким образом, открытие и закрытие седла и, следовательно, слив жидкости обратно в скважину при остановке насоса осуществляются автоматически, что предотвращает замерзание воды в напорном трубопроводе в холодное время.

Повышение эксплуатационной надежности устройства а.с.к. достигается тем, что седло и контактирующая поверхность запорного элемента с седлом выполнены плоскими, что обеспечивает использование потенциальной энергии запорного элемента полностью для отталкивания рычага, обеспечивает одновременное открытие сливного отверстия по всему сечению и, следовательно, ускоренное повышение давления в полости слива и лучшее использование обратного удара при остановке насоса. Все это улучшает четкое надежное открывание а.с.к. после остановки насоса и тем самым исключает замерзание воды в напорном трубопроводе.

Плотность соединения корпуса с вилкой и корпуса со сливом, долговечность эксплуатации и удешевление изготовления а.с.к. достигается изготовлением седла, рычага и вилки из пластмассы. При этом колебание запорного элемента с рычагом при открытии клапана, связанное с изготовлением рычага из пластмассы, устраняется снабжением рычага грузиком с возможностью опирания грузика на расположенные на противоположной стороне от седла образующие внутренней поверхности корпуса.

Повышение эксплуатационной надежности устройства за счет автоматического исключения аварии достигается снабжением рычага грузиком с возможностью закрывания запорного элемента при увеличении подачи насосом в момент наступления допустимой минимальной подачи. Т.е. при уменьшении подачи воды насосом меньше допустимой минимальной подачи (при недопустимом износе крыльчаток и при недопустимом понижении динамического уровня воды в скважине) запорный элемент с рычагом и грузиком не закрывают седло. При этом вода циркулируется через слив клапана, резко уменьшая давление над рабочими органами насоса, следовательно, увеличивая подачу, нормализует работу насоса и тем самым исключает аварию в устройстве, сигнализирует о необходимости принятия мер и продолжает работать с меньшим КПД насоса до тех пор, пока не наступит возможность устранить неполадки.

А.с.к. устанавливается между первой и второй трубой сверху обычным заворачиванием труб с тем расчетом, чтобы исключить промерзание воды в напорных трубах, расположенных выше сливного клапана. Длина первой трубы сверху устанавливается в зависимости от климатических условий и расстояния между башней и скважиной.

Таким образом, установка а.с.к. по заявке в скважину исключает замерзание воды в напорных трубах, обеспечивает верхнюю подачу воды в башню (емкость, накопитель) без удаления обратного клапана с электропогружного насоса и устраняет замерзание воды в верхних частях башни. При этом на обратный клапан постоянно давит столб воды, поэтому

- пуск скважины в эксплуатацию осуществляется плавно;

- исключается пескование скважины и перезагрузка электродвигателя в момент пуска;

- исключается обратное вращение ротора при остановке насоса и, следовательно, исключается самый худший случай пуска электродвигателя;

- создается условие для защиты электропогружного насоса и естественного фильтра от гидравлических ударов;

- создаются необходимые условия для работы скважины в автоматическом режиме при любых погодных условиях;

- создаются необходимые условия для дистанционного управления и для работы скважины без обслуживающего персонала;

- исключается переливание воды из башни при установке датчиков.

Кроме того, установка автоматического сливного клапана

- автоматически защищает электропогружной насос от нагрева при недопустимом износе крыльчаток;

- автоматически защищает электропогружной насос от сухого хода из-за понижения динамического уровня воды;

- исключает необходимость строительства и эксплуатации будки, колодцев и разборки будок при капитальном ремонте;

- исключает перерасход электроэнергии для отопления будки, для отопления верхней части башни от промерзания воды и для преодоления сопротивления воды в башне при нижней подаче воды в башню.

При этом в несколько раз улучшается экологическая обстановка и санитарное состояние скважины при внедрении автоматического сливного клапана, т.к.

- обеспечивается 100% изоляция водоносного слоя от необходимых инженерных сетей;

- в санитарной зоне отсутствуют подземные строения будки, колодцы, водопроводы и их эксплуатация;

- не допускается переливание воды из башни;

- постоянно проветривается устье скважины, т.к. нет будки;

- скважина может работать круглый год в автоматическом режиме с дистанционным управлением и поэтому нет необходимости нахождения обслуживающего персонала в санитарной зоне;

- порядка нескольких раз уменьшается забор воды из скважины и, следовательно, получается экономия подземных вод и электроэнергии;

- порядка нескольких раз улучшается снабжение водой населения, значит, резко уменьшается потребление некачественной воды населением;

- порядка нескольких раз увеличивается срок эксплуатации насосов и скважин и, следовательно, в несколько раз уменьшается количество ремонтов, строительств и ликвидаций скважин.

Таким образом, увеличивается надежность устройства и срок эксплуатации электропогружных насосов и скважин; улучшается снабжение водой населения; сокращаются расходы на эксплуатацию, на ремонт, на строительство и на ликвидацию скважин порядка 2 раз; решаются проблемные вопросы автоматизации скважин и намного улучшается экологическая обстановка и санитарное состояние скважин в сельской местности России.

Источники информации

1. Патент №2000392 С, Е 03 В 3/06, 31.03.89.

2. Авторское свидетельство СССР №612011, Е 21 В 43/00, 1976 г.

3. Авторское свидетельство СССР №817161, Е 03 В 3/06, 1979 г.

4. Гаврилко В.М., Алексеев В. С. Фильтры буровых скважин. - М.: Недра, 1985 г., с.239-245.

5. Башкатов А.Д. Предупреждение пескования скважин. - М.: Недра, 1991 г.

6. Инструкция по обслуживанию подводных центробежных насосов с моторным приводом 1978 г. Изготовитель: ФЭБ Пумпенфабрик Ошерслебен 323 Ошерслебен/ боде Хорнхойзер Штрассе 11-4 с 4-17.

Изобретение относится к области водоснабжения для автоматического слива жидкости в трубопроводах, в качестве защиты башни от замерзания в ней воды, предпочтительно в водозаборных скважинах сельского хозяйства. Технический результат заключается в увеличении надежности устройства и срока эксплуатации насосов и скважин, улучшении снабжения водой населения, сокращении расходов на эксплуатацию, на ремонт, на строительство и т.д. Автоматический сливной клапан включает корпус с входным и выходным отверстиями, внутри которого размещен рычаг с запорным элементом, один конец рычага шарнирно соединен с корпусом, а другой согнут, слив, выполненный в виде размещенной на боковой поверхности корпуса сливной трубки с седлом, вилку. Рычаг снабжен грузиком с возможностью опирания грузика на расположенные на противоположной стороне от седла образующие внутренней поверхности корпуса и с возможностью закрывания запорного элемента при увеличении подачи насосом в момент наступления допустимой минимальной подачи, седло и контактирующая поверхность запорного элемента с седлом выполнены плоскими, седло, рычаг и вилка выполнены из пластмассы. Устройство для подачи воды из скважины в башню включает погружной насос с обратным клапаном, соединенный с башней посредством напорного трубопровода с верхней подачей воды в башню, задвижку, и указанный выше автоматический сливной клапан. 2 с.п. ф-лы, 3 ил.

1. Автоматический сливной клапан, включающий корпус с входным и выходным отверстиями, внутри которого размещен рычаг с запорным элементом, один конец рычага шарнирно соединен с корпусом, а другой согнут, слив, выполненный в виде размещенной на боковой поверхности корпуса сливной трубки с седлом, вилку, отличающийся тем, что рычаг снабжен грузиком с возможностью опирания грузика на расположенные на противоположной стороне от седла образующие внутренней поверхности корпуса и с возможностью закрывания запорного элемента при увеличении подачи насосом в момент наступления допустимой минимальной подачи, седло и контактирующая поверхность запорного элемента с седлом выполнены плоскими, седло, рычаг и вилка выполнены из пластмассы.2. Устройство для подачи воды из скважины в башню, включающее погружной насос с обратным клапаном, соединенный с башней посредством напорного трубопровода с верхней подачей воды в башню, задвижку, автоматический сливной клапан, отличающееся тем, чтоавтоматическим сливным клапаном является клапан по п.1.