Устройство для подачи воды из водозаборных скважин Советский патент 1983 года по МПК E03B3/12 

00 1чЭ

4:; Изобретение относится к технике водоснабжения и строительного, рудничного, мелиоративного водопонижения (вертикальный- дренаж) из водоза борных скважин с погружным электронасосом, .которые каптируют водоносиые пласты, сложенные,преимущественно, раанозернистыми песками с пр обладанием мелких фракций и может быть использовано-в соответствующих отраслях народного хозяйства, особе но для высокодебитных скважин. Известно устройство для плавного включения и выключения подачи воды из водозаборных скважин с погружным электронасосом предназначенное для обеспечения постепенного, плавного бора воды в период пуска и остановк погружного насоса в целях защиты св дообразований над отверстиями фильт pa от разрушения и суффозии ij . Наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаем му результату является устройство д подачи воды из водозаборных скважин включающее фильтр, погружной электронасос с клапанным,затвором, водоподъемную колонну труб с концевой р гулирующей задвижкой, подключенную к ней обводную трубу с регулирующей задвижкой, конец которой опущен в скважину. Благодаря обводной трубе с задвиж .кой после пуска погружного электронасоса добиваются того, что скважин работает по замкнутому контуру, т.е. отбора воды из водоносного пла та нет и, тем самым, -статический ур вень воды в скважине останется на прежнем уровне. Далее, маневрируя обеими задвижками (открывая концеву регулирующую задвижку на водоподъемной колонне и прикрывая зддвижку на обводной трубе) , добиваются пос тепенного и плавного снижения уровня воды в скважине от статического до динамического на необходимую величину общего понижения и, следовательно, получают необходимый дебит скважины. Таким образом,, благодаря такому режиму подачи откачиваемой воды из скважины с погружным электронасосом при определенных условиях возможно решить проблему Защиты сводообразований над отверстиями фильтра скважины и предотвратить их разрушение и суффозию 2. Однако при пуске и останонке по ружного электронасоса без плавного и постепенного включения и выключения подачи жидкости, очень быстро срабатывается объем воды,заключенный в межтрубном пространстве от отметки статического да отметки динамического уровня, что приводит к образованию чрезмерных градиентов напорной фильтрации, которые значительно превышают предельно допустимые, в результате чего происходит разрушение сводообразований над отверстиями фильтра и скважины длительно пескуют, что крайне отрицательно сказывается на технико-экономических показателях работы скважин , вызывают их заиление и гидроабразивный износ погружного насоса. Кроме того,при близко расположенном .статическом уровне воды в скважине порядка 1:3 м и общем понижении более 10-15 м в момент пуска погружного насоса и при его работе по замкнутому контуру вследствие малой геометрической (и, соответственно, манометрической) высоты подачи погружной электронасос работает со значительной перегрузкой. Рабочие характеристики погружных электронасосов (CL - Н) и линия мощности (N) имеют достаточно узкую рабочую зону. При малой геометрической высоте подачи из рабочей характеристики вытекает, что погружной насос работает с максимальной подачей и требует , соответственно, значительной мощности на валу электродвигателя. Таким образом;, погружной электронасос довольно длительно работает не рабочей зоны своей рабочей характеристики, а электродвигатель - с перегрузкой, что может привести к его перегреву и выходу из строя. При сравнительно глубоком залегании статического уровня воды в скважине относительно поверхности земли (более 10-15 м) устройство работает со значительным запаздыванием во времени, так как требуется определенный объем воды и время на заполнение водоподъемной колонны, а также обводной линии, включая время свободного падения воды в межтрубном пространстве скважины. Тйким образом, заполнение водой всего замкнутого контура производится полностью за счет работки объема воды в межтрубном пространстве, что при определенных условиях вызывает образование повышенных градиентов напорной фильтрации и разрушение сводообразований над отверстиями фильтра еще до того момента, когда произойдет заполнение водой всего замкнутого контура .. Следовательно, эффективность данного устройства при данных условиях низка а в некоторых случаях и совсем беспо лезна. Эффективная работа данного устройства сопряжена с необходимость согласовать работу погружного электр насоса Вчзависимости от исходного залегания статического уровня воды в скважине относительно поверхности земли, общего понижения уровня воды в скважине. Помимо этого, в процессе работы устройства по регулированию подачи воды из скважины необходимо маневрировать сразу обеими .задвижками, что затруднительно, даже при полной автоматизации всего процесса Целью изобретения является защита сводообразований над отверстиями фильтра водозаборной скважины, а так же погружного электродвигателя от пе регрузки в период пуска и остановки погружного электронасоса независимо от исходного залегания статического уровня воды в скважине относительно поверхности земли и общего понижения уровня воды в скважине. С этой целью устройство для подачи воды из водозаборных скважин., включающее фильтр, погружной электронасос с клапанным затвором, водоподъемную колонну труб с концевой регулирующей задвижкой, подключенную к ней обводную трубу с регулирующей задвижкой, конец которой опущен в скважину, снабжено установленными последовательно на обводной трубе диафрагмой и герметичной емкостью. На чертеже представлена водозаборная скважина, продольный разрез. Скважина включает фильтр 1,представляющий собой перфорированную трубу 2 и гравийную обсыпку 3 которая при откачке образует над отверстиями перфорации фильтра 1 сводообразования, погружной электронасое k с клапанным затвором (или без него), который соединен с водоподъемной колонной 5, выходящей на повер ность земли с концевой регулирующей задвижкой 6. Фильтр 1 скважины с гра вийной обсыпкой 3 каптирует водоносный пласт 7, представленный разнозернистыми песками, который перекрывается относительно мощной толщей покровных мелкозе в 8. Выше от верхнего конца фильтра 1 идет глухая надфильтровая обсадная колонна 9, в которой размещается водоподъемная колонна 5г по которой откачиваемая вода из скважины подается на поверхность земли и сливается в открытый лоток 10 (т.е. в атмосферу), но возможна другая схема сбора воды,например напорная водосборная линия. Режим подземных вод в водоносном пласте показан напорный, т.е. статический уровень воды в скважине выше верхней границы водоносного пласта 7,но может быть и безнапорный режим. Водозаборная скважина оборудуется обводной трубой 11 с задвижкой 12. В самом ее начале, в месте соединения с горизонтальным участком водоподъемной колонны 5, встройвается участок трубы или диафрагма 13 со значительно меньшим поперечным сечением проходного отверстия относительно внутреннего диаметра обводной трубы. В непосредственной близости от надфильтровой обсадной колонны 9 выкопан приямок (котлован), в который устанавливается регулирующая емкость И, соединенная последовательно с участком трубы, имеющим зауженный диаметр или диафрагму 13. Регулирующая емкость 1i далее продолжается относительно коротким отрезком трубы с регулирующей задвижкой 15, который врезается в стену надфильтровой обсадной колонны Э выше статического уровня воды в ск9ажине и, в целом, все перечисленные конструктивные элементы обводной линии, соединенные в указанной последовательности, соединяют водоподъемную колонну 5 с межтрубным пространством скважины и образуют замкнутый контур. Компановка всех конструктивных элементов обводной линии оптимальная, так как общая ее длина должна быть как можно короче, а размещение регулирующей емкости И под уровень земли решает проблему ее теплоизоляции, что важно в зимний период эксплуатации скважины. Причем,регулирующая емкость 1 полностью герметична. При первом режиме (пуск) работы погружного насоса обе регулирующие задвижки 6 и 12 полностью закрыты, регулирующая емкость 1 заполнена, водой, уровень воды в скважине находится на отметке статического уров ня,погружной электронасос k выключен. Объем воды в регулирующей емкости И составляет не менее того объема воды, который идет на заполнение водоподъемной колонны 5 от отметки статического уровня воды в скважине до регулирующей задвижки 6, установленной на ее конце. Диаметр зауженно го участка обводной линии или диафрагма 13 подобраны так, чтобы потери напора при расчетной яодаче воды погружным электронасосом ) с учетом всех прочих местных потерь напора в замкнутом контуре и начальной геометрической высоты, при стабильном статическом уровне воды в скважине и полностью открытой регулирующей задвижке 12 в своей сумме были, приблизительно, равны оптимальной манометрической высоте качания для данного конкретного типа погружного электронасоса , исходя из его рабочей характеристики (Q-H), при расчетной величине подачи воды из скважины (де бите) . Порядок работы предлагаемого устройства при пуске погружного насо са., Перед пуском погружного электронасоса 4 полностью открываете регулирующая задвижка 12 на обводной линии. В процессе ее открытия вода из регулирующей емкости 14 самотеком на чинает постепенно поступать в межтрубное пространство и под действием силы тяжести падает в скважину. Причем, регулирующая задвижка 15 открывается быстро и в момент ее полного открытия включается электродвигатель погружного электронасоса i. После этого откачиваемая вода быстро запол няет водоподъемную колонну 5 и цирку лирует по замкнутому контуру,причем благодаря наличию диафрагмы 13 он работает в оптимальном режиме без ,перегрузки, несмотря на то, что геометрическая высота подачи в этот момент очень мала. Статический уровень воды стабилен и отбора воды из водоносного пласта 7 через фильтр 1 скважины нет вследствие отсутствия по нижения уровня воды в скважине.После стабилизации работы погружного электронасоса по замкнутому контуру начинается постепенное и плавное открытие концевой регулирующей задвижки 6 на водоподъемной колонне 5-На чертеже направления движения воды показаны стрелками. Весь процесс маневрирования концевой задвижкой 6, по возможности, растягивается во времени в зависимости от величины общего понижения уровня воды в скважине при расчетной ее дебите. Таким образом, происходит плавное снижение уровня воды от отметки статического уровня до отметки динамического уровня воды в скважине без образования повышенных градиентов напорной фильтрации, что позволяет полностью обеспечить защиту сводообразований над отверстиями фильтра 1, а погружной электронасос k работает в оптимальном режиме весь этот период без перегрузки. Помимо этого,отпадает необходимость одновременного маневрирования обеими задвижками сразу. После полного открытия концевой регулирующей задвижки 6 регулирующая задвижка 15 на обводной трубе полностью закрывается и скважина работает в своем нормальном режиме. В зависимости от глубины залегания статического уровня воды относительно поверхности воды и, следовательно, общей длины замкнутого контура, включая высоту свободного падения воды в скважине, достаточно правильно подобрать объем регулирующей емкости Ik, чтобы ликвидировать опасность запаздывания срабатывания всей системы. Помимо плавного, постепенного регулирования отбора воды из скважины возможно и ступенчатое регулирование, т.е. необходимо установить безопасную величину быстрого опуска.1ия статического уровня воды в cкL жине и, затем маневрируя концевой задвижкой 6 , добиваются ступенчатого увеличения подачи воды из скважины с расчетом того, чтобы соответствующее понижение воды в скважине происходило ступенями, не превышающими по своей величине опасного предела.Каждое последующее увеличение подачи воды из скважины необходимо производить с некоторой выдержкой во времгни. При втором режиме (остановка) работы погружного насоса концевая регулирующая задвижкя 6 полностью открыта, а регулирующая задвижка 15 на обводной трубе ,полностью закрыта, регулирующая емкость 14 заполнена водой, уровень воды в скважине находится на отметке динамического уровня,погружной электронасос k включен, подача воды из скважины равна расчетному дебиту .

Порядок работы предлагаемого устройства при остановке погружного насоса.

Для плавного выключения подачи во ды из скважины с погружным электронасосом производят те же операции, что и при первом режиме, но в обратном порядке. Сначала полностью открывается регулирующая задвижка 15 на обводной трубе и,выдержав некоторое время для стабилизации динамического уровня на уже более высокой отметке за счет поступления воды из регулирующей емкости 1,начинают плавно и постепенно прикрывать концевую регулирующую задвижку 6.При этом постепенно повышается динамический уровень воды в скважине до отметки статического уровня и поступление воды из водоносного пласта 7 замедляется вплоть до полного прекращения после полного закрытия концевой регулирующей задвижки 6. Закрыв полностью задвижку 6, сразу выключают электродвигатель погружного электронасоса и быстро прикрывают регулирующую задвижку 15 на обводной линии,не допуская слива воды из регулирующей емкоети , так как она необходима при следующем пуске скважины в эксплуатацию. Аналогично описанному выше ступенчатому варианту .плавного регулирования подачи воды из скважины s период пуска погружного электронасоса ( возможно применить и ступенчатое выключение подачи воды из скважины.При этом погружной электронасос также работает в оптимальном режиме без перегрузки.

Работа предлагаемого устройства в рассмотренных двух режимах его работы поддается на 100% полной автоматизации. Для этого необходимо оборудовать обе задвижки регулируемым электроприводом и установить необходимые средства автоматического включения и выключения всех управляемых элементов предлагаемого устройства по предварительно разработанной программе .

Экономический эффект от внедрения предлагаемого устройства за счет улучшения работы гидромеханического оборудования (погружного насоса) путем снижения капремонтов из-за гидроабразивного износа рабочих поверхностей и связанных с этим монтажно-демонтажных работ может достигать свыше lO руб/год, а при снижении заиления скважин экономический эффект будет свыше 600 руб/год,не считая прочих преимуществ и достоинств предлагаемой конструкции за счет упрощения ее эксплуатации, доступности всех ее элементов для осмотра и ремонта.

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПОДАЧИ ВОДЫ ИЗ ВОДОЗАБОРНЫХ СКВАЖИН, включдющее фильтр, погружной электронасос с клапанным затвором, водоподъемную колонну труб с концевой регулирующей задвижкой, подключенную к ней обводную трубу с регулирующей задвижкой , конец которой опущен в скважину, о т л и ч а Ющ е е с я тем, что, с целью обеспечения защиты сводообразований над отверстиями фильтра от разрушения, а та1;;жё защиты электродвигателя погружного насоса от перегрузки в периоды его пуска и остановки независимо от исходного залегания статического уровня воды в скважине относительно поверхности земли и общего понижения уровня воды в скважине, устройство снабжено устаs новленными последовательно на обвод(Л ной трубе диафрагмой и герметичной емкостью.