СИСТЕМА ЭНЕРГОСНАБЖЕНИЯ ВОДОЗАБОРНЫХ СКВАЖИН БЕРЕГОВОГО ВОДОЗАБОРА Российский патент 2014 года по МПК H02J1/00 E03B5/00 

Изобретение относится к водоснабжению и может быть использовано в энергоснабжении водозаборных скважин береговых водозаборов и в ирригационных системах.

Известны береговые водозаборы, которые включают десятки скважин. К примеру: 55 скважин на «Березовском» водозаборе», 86 на «Киевском» водозаборе и 32 скважины 1-ой очереди из 102 строящегося «Шумаковского» водозабора для г.Курска. Скважины расположены вдоль рек. Расстояние между скважинами от десятков метров до сотен метров. Мощность погружных насосов в скважинах от 7,5 до 15 кВт. Система энергоснабжения на водозаборе «Березовский» г.Железногорска (аналогичные на других) представляет собой трансформаторные подстанции (понижение напряжения от 6-10 кВт до 0,4) и кабельные разводки к скважинам. Мощность подстанций близка к суммарной мощности подключаемых к ней погружных скважинных насосов. Скважины сгруппированы в три ветви. Самая отдаленная от водоприемного пункта ветвь включает 13 скважин, другие ветви по 21 скважине. Ветви направлены в сторону водоприемного пункта, протяженность водозабора вдоль реки 3,2 км. Водоприемный пункт расположен (станция 2-го подъема - Ст2) от последней скважины водозабора на расстоянии 2,3 км («Гидрогеологические исследования на водозаборах Курской области с целью выработки рекомендаций на их оптимальную эксплуатацию», Отчет НИР, рук. Кичигин Е.В., г.Белгород, ЗАО НПФ «Экотон», 2006, С.159).

Прототипом предлагаемого технического решения является водозабор «Березовский» г.Железногорска, выполненный по проекту «Союзводоканалпроект», в 1983 г., водосборная сеть, которого включает трансформаторные подстанции и кабельную разводку к скважинам с установленными в них погружными насосами. Водосборная сеть выполнена стальными трубами с увеличенной толщиной стенок. Так в трубах диаметром 219 и 325 мм по 9 мм; в трубах 426 и 530 мм по 12 мм и в трубах 720 мм по 14 мм, увеличенная толщина стенки труб принята как мера компенсации коррозии (приложение 1).

Расчеты показывают, что давление прокачки расчетного объема воды по трубопроводу и подъему на высоту 23 м (геодезическая разность отметки водозабора и водоприемного пункта) не превышает 0,6 МПа. Новые стальные трубопроводы допускают от 4 до 8 МПа давления. Напряжение сети от 6 кВ до 0,4 кВ.

Основным недостатком прототипа является то, что к трансформаторным подстанциям подключается по 6-7 погружных насосов (приложение 1), что не соответствует условиям работы и требованиям к водосборной сети, а именно, как показала эксплуатация скважин береговых водозаборов, водоносные горизонты которых представлены песками, что характерно для береговых водозаборов, часто происходит «пескование» скважин при запуске насоса после остановок из-за повышения уровня в них и водоотбора против расчетного, при износе фильтра, увеличении водопритока в скважину при паводках и, как следствие, повышение водоотбора и других причинах. Это требует определенных расчетных скоростей движения потока в трубах для уноса взвесей. Завышение его запаса приводит к повышению энергетических затрат. Падение скорости потока воды приводит к заилению сети, что недопустимо. При отключении одной трансформаторной подстанции на ветви (планово для профилактических целей или аварийное отключение) скорость течения потока в трубах снижается на 50-30%, что не может быть компенсировано расчетным резервом мощности в 10-15%. Кроме опасности заиления трубопровода при таком резком снижении скорости потока воды в ветви возникают гидравлические удары в трубопроводах, превышающие в 2-3 раза внутреннее рабочее давление, что приводит к необходимости использования труб с большей толщиной стенки.

Задачей изобретения является создание системы энергоснабжения водозаборной скважины берегового водозабора, позволяющей предотвращать падение скорости движения потока воды в трубопроводной ветви ниже технически и экономически обоснованных резервов, обеспечивающих унос взвесей в воде, а также позволяющей снизить давление гидравлического удара.

Поставленная задача решается с помощью предлагаемой системы энергоснабжения водозаборных скважин берегового водозабора, включающей трансформаторные подстанции и кабельную разводку к скважинам, причем трансформаторные подстанции и кабельные разводки установлены на группу скважин, суммарная производительность которых не более трех средних производительностей скважин на ветви водовода при общем количестве скважин на ветви более 12.

Предложенное решение позволяет технически и экономически обеспечить обоснованным резервом производительности скважин. Отключение одной из трансформаторных подстанций на ветви не приводит к снижению скорости потока, вызывающего заиление водосборной сети, а величина гидравлического удара из-за снижения скорости в трубопроводе не превышает допустимого рабочего давления в ветви.

Кроме того, снижение давления в водосборной сети до минимального и не более полутора кратных по рабочему давлению (максимальному) в ветвях, позволяет использовать в водосборных сетях серийно выпускаемые стекло-пластиковые трубы на внутренние давление до 1,6 МПа (при максимальном рабочем в стальных трубопроводах 0,6 МПа). В результате при меньших коэффициентах сопротивления течению воды в стеклопластиковых трубах имеется возможность перейти на трубопроводы меньшего диаметра для водосборных сетей водозаборов. Кроме того, стеклопластиковые трубы по массе меньше в 3,5-4 раза и не требуют изоляции при укладке в траншеи.

Изобретение представлено схемой водозабора.

На фиг.1 показана предлагаемая система энергоснабжения на примере «Березовского» водозабора г.Железногорска, оснащенного системой энергоснабжения, к каждой подстанции подключена группа водозаборных скважин, производительность которых не более суммарной средней производительности трех скважин на ветви.

Система энергоснабжения водозаборной скважины работает следующим образом. Водосборные ветви представляют собой трубопроводы, увеличивающиеся по внутреннему диаметру ступенями и обеспечивающими поддержание расчетных скоростей движения потока в сторону водоприемного пункта Ст2 по мере подключения к ветвям скважин, из которых погружные насосы подают воду. В группах скважин, подключенных к трансформаторным подстанциям (Tp1-Tpn) имеются рабочие скважины, подающие воду и обозначенные ⊗ и резервные или находящиеся в ремонте, техобслуживании обозначенные Ο.

Из ветвей под напором погружных насосов вода поступает в водоводы Вд₁, Вд₂, Вд₃. Непосредственно из Вд₂ в водоприемный пункт Ст2, а из водовода Вд₁ в распределительный коллектор К и далее по водоводу Вд₃ до водоприемного пункта. Из ветви В₃ поток поступает в водовод Вд₃, направленный в водоприемный пункт.

Работа погружных насосов в скважине контролируется по ряду показателей по вызову и передается на единый пульт управления водозабором. При неисправности системы насосного узла или аварийного отключения его автоматически подается сигнал на пульт управления. В этом случае в работу включают резервную скважину на данной трансформаторной подстанции, а при отсутствии резервной включают любую другую скважину, расположенную в противоположной стороне движению потока. При плановом или аварийном отключении трансформаторной подстанции подключают взамен резервные или оставшиеся рабочие скважины к близ расположенным по обе стороны трансформаторным подстанциям, обеспечивая расчетный объем потока в ветви с учетом имеющегося резерва рабочего потока, не понижая скорость потока ниже критического.

При использовании предлагаемого изобретения увеличивается количество трансформаторных подстанций меньшей мощности, но суммарная мощность их не увеличивается. Сокращается сеть кабельной разводки к скважинам из-за сокращения расстояний от трансформаторных подстанций к скважинам. Повышается надежность работы всей системы.

Использование: в ирригационных системах для электроснабжения водозаборных скважин. Технический результат заключается в повышении надежности работы системы и сокращении сети кабельной разводки. Система включает трансформаторные подстанции и кабельные разводки, которые устанавливают на группу скважин, суммарная производительность которых не более трех средних производительностей скважин на ветви водовода при общем количестве скважин на ветви более 12. 1 ил.

Система энергоснабжения водозаборных скважин берегового водозабора, включающая трансформаторные подстанции и кабельную разводку к скважинам, отличающаяся тем, что трансформаторные подстанции и кабельные разводки установлены на группу скважин, суммарная производительность которых не более трех средних производительностей скважин на ветви водовода при общем количестве скважин на ветви более 12.