УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПОДАЧИ ВОДЫ ИЗ СКВАЖИНЫ И ЕГО АВТОМАТИЧЕСКИЙ СЛИВНОЙ КЛАПАН Российский патент 2008 года по МПК E03B3/06 E03B7/12 

Изобретение относится к области водоснабжения и может быть использовано для автоматического слива жидкости в трубопроводах в качестве защиты водоподъемных труб и башни (емкости) от замерзания в них воды, скважины и электропогружного насоса от нарушения правил их эксплуатации, устья скважины от засорения и загрязнения, предпочтительно в водозаборных скважинах, расположенных в сельской местности.

Уровень техники по объекту - устройство для подачи воды из скважины.

Известен существующий типовой проект 901-2-177.91, включающий электропогружной насос, подземный павильон (колодец) глубиной 2,4 м у устья скважины, где расположены задвижка, дополнительный обратный клапан, водомер, кран, манометр, герметичный оголовок, приборы по замерам статического и динамического уровня, иногда бактерицидные и обезжелезивающие установки, горловина с люком.

Недостатком этого типового проекта является:

1. Поскольку устье скважины находится в колодце, это еще больше затрудняет демонтаж заполненных водой труб. Вся вода, находящаяся в водоподъемных трубах при демонтаже труб, брызгается в колодец, к монтажникам (которые где только не бывают в грязных сапогах), и эта помойка просачивается в скважину. При промывке скважин колодцы вообще заполняются грязью. Но, несмотря на это, иногда вода замерзает в водоподъемных трубах. Из-за выше указанных недостатков многие эксплуатационники удаляют обратные клапана с электропогружных насосов, поставив обратный клапан между башней (емкостью) и скважиной, что создает глубокий вакуум между ними, и поэтому пуск насоса, скважины происходит в этом случае в самых худших условиях. Это доказывают исследования действия фильтров при переходных процессах, проведение в скважинах без обратных клапанов электропогружного насоса (4) и «предупреждение пескования скважин» (5). Поэтому в инструкциях по обслуживанию электропогружных насосов (6, с.4, п.10) пишут, что пуск в эксплуатацию насосного агрегата допускается только при заполненном трубопроводе. Не допускается рассверление или сквозное просверление конуса клапана, так как в этом случае обратный клапан не в состоянии выполнять свои функции, которые заключаются в содержании водоподъемных труб постоянно заполненными водой, без образования вакуума в водоподъемных трубах. Периодический пуск насосов в условиях вакуума в водоподъемных трубах в автоматическом режиме является грубым нарушением правил эксплуатации скважин и насосов, который резко сокращает срок их эксплуатации. Поэтому многие эксплуатационники скважин вообще не отключают насосы.

2. При подаче воды в башню Рожновского сверху вода замерзает в водоподъемной трубе, а при нижней подаче воды в башню вода замерзает в верхней части башни и в стволе колонн чуть выше расходной трубы. Из-за замерзания воды в водоподъемной трубе и в башне скважины не надежно работают в автоматическом режиме. По этой причине в сельской местности мало скважин, работающих в автоматическом режиме, много случаев переливания воды из башни, нет учета воды, много жалоб на плохое обеспечение водой населения.

3. Строительство, ремонт и эксплуатация павильонов, колодцев, подземных водопроводов, которые связаны с копкой в санитарной зоне; неспособность скважин работать в автоматическом режиме; переливание воды из башни; нахождение устья скважины в колодце и снабжение его столько оборудованием; нахождение оператора ежедневно несколько раз в сутки в колодце; частые перебои в обеспечении водой населения; соединение устья скважины непосредственно потребителями воды с подземными водопроводами, которые проходят где угодно; дополнительное утепление павильонов опилками, соломой; отсутствие естественного проветривания устья скважины из-за наличия павильонов над ними; увеличение количества ремонтов, бурение и недействующих скважин из-за нарушения правил технической эксплуатации скважин и насосов; - вот неполный перечень недостатков существующего типового проекта, которые ухудшают экологическую обстановку и санитарное состояние скважин в сельской местности.

Эксплуатация скважин в этих условиях автоматически исключает:

- рациональное использование водных объектов;

- поддержание оптимальных условий водопользования;

- содержание в исправном состоянии технических средств;

- оборудование скважин водорегулирующими устройствами;

- защиту подземных вод от загрязнения и засорения.

Таким образом, существующий типовой проект создает:

- в природе не существующие новые проблемы, которые приводят устье скважин необратимо в антисанитарное состояние и в сотни раз увеличивают вероятность заражения воды, поступающей из скважин;

- условия, при которых невозможно эксплуатировать без нарушения правил эксплуатации скважины и насосы, что приводит к резкому сокращению срока их эксплуатации;

- проблемы по защите башни Рожновского от замерзания воды в ней;

- проблемы в работе скважин в автоматическом режиме.

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 (АСК, см. указанный патент РФ №2222671).

Недостатком этого аналога является:

- просачивание воды через АСК в условиях, когда давление недостаточно над клапаном для прижатия запорного элемента к седлу;

- при подаче воды из скважины в накопитель, в емкость и невысокую башню при больших скоростях потока воды в водоподъемных трубах АСК не может регулировать допустимую минимальную подачу насосом, которую рекомендует завод-изготовитель.

Задачей является увеличение надежности устройства.

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 (емкость, накопитель), задвижку, автоматический сливной клапан, автоматическим сливным клапаном является клапан, описанный ниже и заявленный в п.1 формулы изобретения.

Уровень техники по объекту - автоматический сливной клапан (АСК). Известно устройство для подъема воды из скважин, включающее насос, запорный орган с механизмом его перемещения (а.с. СССР №817161, Е03В 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, 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 седлом выполнены плоскими, седло, рычаг и вилка выполнены из пластмассы (см. патент РФ №2222671 С2 Е03В 3(06)).

Недостаток этого клапана заключается в том, что вода иногда просачивается через АСК, когда над клапаном недостаточное давление для прижатия запорного элемента к седлу.

Кроме того, при замене насоса производительностью меньшей на большую в скважине (при использовании этих же водоподъемных труб) АСК не может обеспечить требование инструкции заводов-изготовителей насосов по допустимой минимальной подаче воды насосом, т.к. клапан в этом случае закрывается до наступления допустимой минимальной подачи воды насосом.

Задачей является увеличение надежности автоматического сливного клапана.

Задача решается тем, что АСК по патенту №2222671 снабжается делителями потока жидкости, действующего на грузик, и шайбой. Кроме того, одна из деталей рычага (гайка или болт, или грузик, или один из делителей), при недостатке общего веса груза, делается из постоянного магнита.

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

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, грузиком 12, делителем 14, сливную трубку с седлом 9, вилку 11, гайку 13, 16, болт 17. Приводной рычаг 10 с запорным элементом 8, грузиком 12 и делителем 14 размещен внутри корпуса, один конец приводного рычага шарнирно соединен с корпусом 7, а другой согнут. Одна из деталей рычага (гайка 16 или болт 17, или грузик, или делитель 14) установлена 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 АСК 4, задвижку 5, по надземной части напорного трубопровода 3, сверху сливается в башню (подземный накопитель, емкость) 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, грузиком 12 и делителем 14 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, грузиком 12 и делителем 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.

При этом устранение просачивания воды через АСК в зависимости от давления над клапаном и скорости потока воды в водоподъемных трубах достигается делителями потока жидкости, действующего на грузик.

При высоком давлении над клапаном делитель потока жидкости, действующего на грузик, устанавливается с нижней стороны рычага, фиг.2.

При низком давлении над АСК и малой скорости потока воды в водоподъемных трубах необходимо сильнее прижать запорный элемент к седлу. Это достигается снабжением дополнительным делителем потока жидкости, действующего на грузик, установленным выше грузика на толщину шайбы, фиг.3.

Когда давление над АСК в пределах между двух, указанных выше вариантах, делитель потока жидкости, действующего на грузик, устанавливается выше грузика на толщину шайбы, фиг.4.

При этом делители разделяют поток жидкости, действующий на грузик, увеличивают действия жидкости на рычаг и тем самым увеличивают силу прижатия запорного элемента к седлу, улучшают герметичность АСК и делают его надежным для применения во всех условиях эксплуатации скважин. При этом вес грузика уменьшается по сравнению с аналогом.

Устранение закрытия клапана до наступления минимальной подачи воды насосом (при больших скоростях воды в водоподъемных трубах) достигается снабжением рычага деталью (гайка или болт, или грузик, или делитель), сделанной из постоянного магнита с возможностью контактирования ее с корпусом. Таким образом, действие магнита устраняет преждевременное закрытие клапана.

АСК устанавливают между первой и второй трубой сверху обычным заворачиванием с тем расчетом, чтобы исключить промерзание воды в напорных трубах, расположенных выше сливного клапана.

Таким образом, установка АСК по заявке в скважину устраняет просачивание во всех случаях подачи воды из скважин, исключает замерзание воды в напорных трубах, обеспечивает верхнюю подачу воды в башню (емкость, накопитель) без удаления обратного клапана электропогружного насоса и устраняет замерзание воды в башне (емкости). 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 нагревания 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 сотни 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;

- дает возможность удалять большинство оборудования от устья скважины и свести к минимальному вмешательства человека в природу у устья скважины.

Таким образом, увеличивается надежность устройства, защищается напорный трубопровод, башня (емкость) от замерзания в них воды, скважина и электропогружной насос - от преждевременного выхода из строя, а устье скважины - от засорения и загрязнения. При этом сокращаются расходы на эксплуатацию, на ремонт, на строительство и на ликвидацию скважин порядка 2-х раз, решаются проблемные вопросы автоматизации скважин и в сотни раз улучшается экологическая обстановка и санитарное состояние скважин в сельской местности по сравнению с действующими типовыми проектами по Российской Федерации.

Источники информации

1. Патент №2222671 С2, 7 Е03В 3/06, 05.12.2001.

2. Существующий типовой проект - подземная насосная станция №901-2-177.91.

3. Авторское свидетельство СССР №817161, Е03В 3/06, 1979 г.

4. Гаврилко В.М., Алексеев В.С. Фильтры буровых скважин. Москва. 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 11-4с4-17.

Изобретение относится к области водоснабжения и может быть использовано для автоматического слива жидкости в трубопроводах в качестве защиты водоподъемных труб и башни (емкости) от замерзания в них воды, скважины и электропогружного насоса от нарушения правил их эксплуатации, устья скважины от засорения и загрязнения, предпочтительно в водозаборных скважинах, расположенных в сельской местности. Технический результат: увеличение надежности устройства и срока эксплуатации электропогружных насосов и скважин; сокращение расходов на эксплуатацию, на ремонт, на строительство и на ликвидации скважин. Автоматический сливной клапан включает корпус с входным и выходным отверстиями, внутри которого размещен рычаг с запорным элементом, грузиком, болтом и гайкой с возможностью опирания одной из деталей рычага 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. Один конец рычага шарнирно соединен с корпусом, а другой согнут. Клапан также содержит слив, выполненный в виде размещенной на боковой поверхности корпуса сливной трубки с седлом, вилку, при этом седло и контактирующая с ним поверхность запорного элемента выполнены плоскими, сливная трубка с седлом, рычаг и вилка выполнены из пластмассы. Рычаг снабжен делителем потока жидкости, действующего на грузик, при этом при высоком давлении над клапаном делитель установлен с нижней стороны рычага, а при давлении над клапаном в пределах между высоким и низким - выше грузика на толщину шайбы. Причем при низком давлении над клапаном рычаг снабжен дополнительным делителем потока жидкости, действующего на грузик, установленным выше грузика на толщину шайбы. Также описано устройство для подачи воды из скважины с использованием вышеописанного клапана. 2 н. и 1 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. Автоматический сливной клапан, включающий корпус с входным и выходным отверстиями, внутри которого размещен рычаг с запорным элементом, грузиком, болтом и гайкой с возможностью опирания одной из деталей рычага 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, один конец рычага шарнирно соединен с корпусом, а другой согнут, слив, выполненный в виде размещенной на боковой поверхности корпуса сливной трубки с седлом, вилку, при этом седло и контактирующая с ним поверхность запорного элемента выполнены плоскими, сливная трубка с седлом, рычаг и вилка выполнены из пластмассы, отличающийся тем, что рычаг снабжен делителем потока жидкости, действующего на грузик, при этом при высоком давлении над клапаном делитель установлен с нижней стороны рычага, а при давлении над клапаном в пределах между высоким и низким установлен выше грузика на толщину шайбы, причем при низком давлении над клапаном рычаг снабжен дополнительным делителем потока жидкости, действующего на грузик, установленным выше грузика на толщину шайбы.2. Клапан по п.1, отличающийся тем, что деталь рычага, выполненная с возможностью опирания на расположенные на противоположной стороне от седла образующие внутренней поверхности корпуса, сделана из постоянного магнита.3. Устройство для подачи воды из скважины, включающее электропогружной насос с обратным клапаном, соединенный с башней, или емкостью, или накопителем посредством водоподъемных труб с верхней подачей воды в них, задвижку и автоматический сливной клапан, отличающееся тем, что в качестве автоматического сливного клапана использован клапан по п.1.