Скважинный струйный насос Советский патент 1992 года по МПК F04F5/02 F04F5/54 

Изобретение относится к струйной технике, преимущественно к откачке из скважин жидкой и газожидкостной среды при помощи струйных насосов

Известен скважинный струйный насос, включающий трубопровод подвода активной жидкостной среды и отвода смеси сред, входной и выходной патрубки, опорный узел и эжектор, соединенный с нижними частями обоих трубопроводов и состоящий из сопла, камеры смешения и диффузора (НИИ санитарной техники. Академия строительства и архитектуры СССР Водоподьем- ные установки для местного

водоснабжения. Справочное пособие Госиздат по строительству, архитектуре и строительным материалам. М , 1961, с 74- 75).

Недостатками известного струйного насоса являются его большой поперечный габарит, что позволяет размещать насос лишь в дорогостоящей скважине с фильтром, имеющим относительно большой внутренний диаметр (ДУ225 и более), и отсутствие приспособлений для интенсификации эжекции. что снижает возможности насоса по откачке газожидкостных сред, в частное in водовоз- душной смеси, с чем нередко приходится

vi

2

О О

иметь дело при осушении обводненных слабопроницаемых грунтов

Известен скважинный струйный насос, наиболее близкий по назначению и технической сущности к заявляемому, включающий активное сопло, подключенное к трубопроводу подвода активной жидкостной среды, камеру смешения и диффузор, подключенный к трубопроводу отвода смеси сред, а также направляющий элемент на подходе к соплу пассивной среды с выполненной в нем торообразной выемкой (патент США № 4135861, кл. 417-183, опублик. 1979).

Недостатками известного струйного насоса являются его пониженная производительность, обусловленная отсутствием закрутки активной жидкостной среды на входе в сопло, и большие гидравлические потери на пути пассивной среды к приемной камере.

Цель изобретения - повышение производительности за счет интенсификации эжекции пассивной среды и снижения гидравлических потерь.

Цель достигается тем, что в скважинном струйном насосе, содержащем активное сопло с входным направляющим элементом, подключенное к трубопроводу подвода активной жидкостной среды, камеру смешения и диффузор, присоединенный-к трубопроводу отвода смеси сред, расположенному концентрично трубопроводу подвода активной среды, причем в направляющем элементе со стороны входа в сопло выполнена торообразная выемка, а сопло выполнено с входным профилированным участком, с целью повышения производительности за счет снижения гидравлических потерь эжектор снабжен приемной камерой с двумя диаметрально расположенными радиальными окнами для подвода пассивной среды и двумя размещенными между ними вертикальными каналами для подачи активной среды в сопло, а последнее установлено в приемной камере и снабжено фланцем с двумя промежуточными окнами, расположенными между при- емной камерой и направляющим элементом, при этом промежуточные окна соосны вертикальным каналам, промежуточные окна и каналы расположены симмет- рично относительно оси эжектора и выполнены с одинаковыми радиусами кривизны в плоскости поперечного сечения, торообразная выемка выполнена на входном участке с радиусом кривизны промежуточных окон, а последние выполнены с наклоном к горизонтальной плоскости под углом, равным 45°,

Основными отличиями заявляемого решения следует считать использование направляющего элемента с внутренней торообразной выемкой на входе в сопло и оснащение сопла фланцем с двумя промежуточными окнами, имеющими по отношению к горизонтальной плоскости наклон, равный 45°.

В отличие от заявляемой конструкции 0 прототип оснащен горообразным направляющим элементом на подходе пассивной (эжектируемой) среды к приемной камере эжектора, а на подходе активной жидкостной среды к соплу отсутствуют какие-либо 5 конструктивные элементы, способствующие закрутке этой среды и увеличению этим производительности струйного насоса,

В заявляемой конструкции направляющий элемент с торообразной выемкой в со- 0 вокупности с промежуточными наклонными окнами обеспечивает закрутку активной среды на подходе ее к соплу при минимальных гидравлических потерях. Значительно меньше здесь, чем в прототипе, гидравличе- 5 ские потери на пути пассивной среды к приемной камере. Все это ведет к увеличению производительности струйного насоса.

Известно техническое решение, в соответствии с которым на подходе к радиально- 0 осевой гидравлической турбине устанавливают направляющий аппарат, выполненный в виде набора наклонных лопаток (см. Т.М, Башта -и др. Гидравлика, гидравлические машины и гидравлические 5 приводы. М.: Машиностроение, 1970, с. 255-258). Назначение такого направляющего аппарата - сообщить турбине требуемую окружную составляющую скорости.

В заявляемой конструкции функции О элемента, закручивающего активную среду, выполняют промежуточные наклонные окна во фланце сопла. Их назначение - обеспечить подачу активной среды к соплу со сниженной потерей напора на удар при входе 5 активной среды в торообразную выемку и закрутить наклонными окнами активную среду на подходе к соплу, что обеспечивает эжектору повышенную производительность по воздуху и водовоздушной смеси. 0 Таким образом, заявляемое решение существенно отличается от противопоставляемого по выполняемой функции и соответствует критерию существенных отличий. На фиг. 1 представлен общий вид заяв- 5 ляемого эжекторного скважинного водо- подьемника, установленного в водопонизительной скважине; на фиг. 2 изображены продольный и поперечный разрезы эжекторного скважинного водоподъемника в скважине.

Заявляемый эжекторный скважинный водоподъемник включает трубопровод 1 подвода активной жидкостной среды, расположенный внутри него трубопровод 2 подвода смеси сред, уплотнительный узел 3, герметизирующий пространство между трубопроводами 1 и 2 в верхней их части, входной патрубок 4, соединенный с трубопроводом 1, выходной патрубок 5, соединенный с трубопроводом 2, соединительные муфты 6 и 7 обоих трубопроводов, опорный узел 8, выполненный с возможностью герметичного уплотнения на оголовке 9 скважины 10, оснащенной фильтром 11. а также эжектор, состоящий из диффузора 12, выходной частью присоединенного к нижней части трубопровода 2 отвода смеси сред, камеры 13 смешения, соединенной с входной частью диффузора 12, корпуса 14, в центральной верхней части соединенного с камерой 13 смешения, а не периферии посредством переходника 15 - с нижней частью трубопровода 1 подвода активной жидкостной среды, сопла 16с фланцем 17, вставленного в корпус 14, и направляющего элемента 18, ввернутого в корпус 14 и прижимающего через фланец 17 сопло 16 к корпусу 14. Уплотнение сопла эжектора относительно корпуса осуществляется посредством резинового кольца 19, вставленного в наружную проточку сопла 16.

В корпусе 14 выполнены два радиальных окна 20, для приема пассивной среды, расположенных диаметрально по отношению друг к другу, и размещенные между ними два вертикальных канала 21 для подачи к соплу 16 активной среды. Окна 20 сообщены с приемной камерой 22, расположенной между соплом 16 и камерой 13 смешения. Конфузорная форма входных частей окон 20 обеспечивает снижение гидравлического сопротивления пассивному потоку, поступающему из скважины 10 в приемную камеру 22.

Во фланце 17 сопла 16 выполнены два промежуточных окна 23, имеющих одинаковые радиусы кривизны и совмещенные по верхней плоскости с вертикальными каналами 21 в корпусе 14. При этом боковые стенки 24 обоих окон 23 наклонены в одну сторону (по часовой или против часовой стрелки) на угол 45° по отношению к горизонтальной плоскости.

Во внутренней части направляющего элемента 18 выполнена торообразная выемка 25 с радиусом кривизны наружной стенки, равным радиусу кривизны наружных стенок окон 23.

Выбор угла наклона стенок 24 по отношению к горизонтальной плоскости 45°

обусловлен тем. что именно этот угол позволяет избежать повышенных потерь напора связанных с соударением активной среды, с наклонными стенками окон и с имеющей 5 малый радиус кривизны торообразной выемкой.

Действительно, чем меньше этот угол, чем ближе его значение к нулю, тем больше потери напора на удар активного потока об 10 одну из наклонных стенок 24 в каждом из окон 23 и тем слабее соударение этого потока с торообразной выемкой 25 направляю - щего элемента 18. При этом потери напора на удар потока о наклонные стенки 24 могут 5 оказаться столь значительными, что существенно превзойдут выигрыш от смягчения взаимодействия потока с торообразной выемкой.

С другой стороны, чем больше угол на- 0 клона стенок 24, т.е., чем ближе он к 90°, тем сильнее взаимодействие потока с торообразной выемкой и тем меньше гидравлические потери на соударение его со стенками окон.

5 На этот раз потери напора при взаимодействии потока с торообразной выемкой могут оказаться значительно большими, чем выигрыш от снижения потерь на соударение с наклонными стенками 24 окон 23. Отсюда 0 следует, что с точки зрени обеспечения минимальных суммарных гидравлических потерь угол 45° является оптимальным.

В целях облегчения сборки и повышения ее качества положение сопла 16 относи- 5 тельно корпуса 14 фиксировано, например. с помощью паза 26 во фланце сопла и направляющего штыря 27 в корпусе.

Для снижения вероятности попадания в эжектор относительно крупных взвесей, ре- 0 зультатом чего при песковании фильтра 11 может стать ускоренный износ камеры 13 смешения, к переходнику 15 прикреплены чехол 28 с центральным входом 29.

Заявляемое устройство работает следу- 5 ющим образом.

Эжекторные скважинные водоподъемники, входящие в состав скважин ной эжек- торной водопонизительной установки, погружают в скважины, размещая их опор- 0 ные узлы 8 на оголовках 9 скважин 10. Входной патрубок 4 и выходной патрубок 5 каждого водоподъемника подключают соответственно к напорному распределительному и водосборному коллекторам установки 5 (на фигурах не показаны).

Активная жидкостная (рабочая вода) с требуемыми напором и расходом подается через входной патрубок 4 в трубопровод 1. По кольцевому 5 ору между трубопроводами 1 и 2 вод. исгтупает вниз

к вертикальным каналам 21, а затем через эти каналы и окна 23 с наклонными боковыми стенками 24 она изливается в торообраз- ную выемку 25.

Сойдя с наклонных стенок 24 окон 23, поток активной среды приобретает тангенциальную составляющую скорости, что и ведет к смягчению удара потока о поверхность торообразной выемки 25 и одновременно придает активной среде, т.е. воде, вращательное движение в пределах этой выемки. Так, вращаясь, вода поднимается к активному соплу 16, из которого с большой скоростью в виде расширенного факела поступает в приемную камеру 22, что интенсифицирует эжекцию пассивной среды, в первую очередь воздуха или водовоздуш- ной смеси. При прохождении через приемную камеру поток активной среды увлекает за собой поступающую из скважины через вход 29 и приемные окна 20 пассивную среду, т.е. воду или смесь с воздухом, которые и отводит через камеру 13 смешения, диффузор 12, трубопровод 2 отвода смеси сред и выходной патрубок 5 в водосборный коллектор.

В зависимости от вида грунта водоподъемник может работать в двух основных режимах: откачки воды из грунтов, обладающих высокой проницаемостью; откачки воды и воздуха из грунтов, обладающих низкой проницаемостью, - При откачке воды из высокопроницаемых грунтов опорный узел 8 на оголовке 9 скважины не герметизируют. В этом случае динамический уровень 30 подземной воды располагается выше входа 29 и эжектор откачивает только воду.

При откачке воды из малопроницаемых грунтов опорный узел 8 герметизируют на оголовке 9 скважины с целью создать в скважине и ее профильтровой зоне вакуум, интенсифицирующий водоотдачу грунта. В этом случае динамический уровень 31 подземной воды располагается непосредственно у входа 29 и эжектор откачивает и воду, и воздух, поступающие в скважину из осушаемого грунта.

Из приведенного выше описания следует, что совокупность отличительных признаков работает на достижение цели.

Использование заявляемого скважин- ного струйного насоса обеспечивает по сравнению с прототипом увеличение производительности по водовоздушной смеси в 1,5-1,7 раза, з по сравнению с серийно изготовляемым водоподъемником ЭСВ-20 заявляемая конструкция обеспечивает ту же

производительность, но с 1.7-2,0 меньшим поперечным размером.

Конструктивные разработки, выполненные ВНИИ ВОДГЕО и институтом Тидроспецпроект, показали, что максимальный диаметр скважинного струйного насоса с концентрическим расположением трубопроводов 1 и 2 достигает 90 мм. Отсюда следует, что минимальными для использования

0 таких струйных насосов можно считать скважины с внутренним диаметром 132 мм.

Экономический эффект от внедрения одной скважинной установки, включающей в себя 30 струйных насосов заявляемой кон5 струкции, составляет по сравнению с установкой ЭСУ-20 примерно 41 тыс. руб.

Предположительное число установок такого типа по стране составит 25 шт., а это значит, что суммарный годовой экономиче0 ский эффект ориентировочно превысит 1 млн. руб,

Формула изобретения Скважинный струйный насос, содержащий активное сопло с входным направляю5 щим элементом, подключенное к трубопроводу подвода активной жидкостной среды, камеру смешения и диффузор, подключенный к трубопроводу отвода смеси сред, расположенному концентрично

0 трубопроводу подвода активной среды, причем в направляющем элементе со стороны входа в сопло выполнена торообразная выемка, а сопло выполнено с входным профилированным участком, отличающий5 с я тем, что, с целью повышения производительности за счет интенсификации эжекции пассивной среды и снижения гидравлических потерь, эжектор снабжен приемной камерой с двумя диаметрально

0 расположенными радиальными окнами для подвода пассивной среды и двумя размещенными между ними вертикальными каналами для подачи активной среды в сопло, а последнее установлено в приемной камере

5 и снабжено фланцем с двумя промежуточными окнами, расположенными между приемной камерой и направляющим элементом, при этом промежуточные окна соосны с вертикальными каналами, каналы

0 и промежуточные окна расположены симметрично относительно оси эжектора и выполнены с одинаковыми радиусами кривизны в плоскости поперечного сечения, торообразная выемка выполнена на вход5 ном участке с радиусом кривизны промежуточных окон, а последние выполнены с наклоном к горизонтальной плоскости под углом 45°,

s

Сущность изобретения: активное сопло с входным направляющим элементом подключено к трубопроводу (ТП)подвода активной жидкостной среды. Диффузор подключен к ТП отвода смеси сред, расположенному концентрично ТП подвода. В на правляющем элементе со стороны входа в сопло выполнена торообразная выемка. Сопло выполнено с входным профилированным участком. Приемная камера снабжена двумя диаметрально расположенными радиальными окнами для подвода пассивной среды и двумя размещенными между ними вертикальными каналами для подачи активной среды в сопло. Сопло установлено в приемной камере и снабжено фланцем с двумя промежуточными окнами, расположенными между приемной камерой и направляющим элементом. Промежуточные окна соосны вертикальным каналам. Каналы и окна расположены симметрично относительно оси эжектора и выполнены с одинаковыми радиусами кривизны в плоскости поперечного сечения Торообразная выемка выполнена на входном участке с радиусом кривизны промежуточных окон, выполненных с наклоном к горизонтальной плоскости под углом, равным 45°. 2 ил. сл С

Pue.f

Скбажаннь/и

.струйным

яасос

28

Јf