Способ откачки жидкости воздушным потоком и устройство для его осуществления Советский патент 1982 года по МПК E03B3/06 

(5) СПОСОБ ОТКАЧКИ ЖИДКОСТИ ВОЗДУШНЫМ потоком и УСТРОЙСТВО для ЕГО

t

Изобретение относится к водоснабжению, преимущественно из подземных источников, и может быть использовано при опробовании и эксплуатации гидрогеологических скважин.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту к предлагаемому является способ откачки жидкости из скважин всасывающим эрлифтом (воздушным потоком).

Известный способ включает погружение водоподъемной трубы под уровень откачиваемой жидкости, ввод воздуха из атмосферы в откачиваемую по водоподъемной трубе жидкость . В этом способе осуществляется ввод воздуха выше уровня воды и он-. не позволяет регулировать и ограничивать ввод воды в водоподъемную колонну.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту к предлагаемому является устройство для откачки жидкости воздушным потоком, включающее обсадную колонну, ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ

водоподъемную трубу и вакуумный аппарат 2.

Недостатком известного устройства является то, что оно тонет в воде и в нем невозможно регулировать ввод воды в водоподъемную трубу.

Цель изобретения - повышение глубины и производительности откачки, обеспечение заданной производитель- . ности откачки независимо от величины изменения уровня воды в скважине, fioвь1шение надежности процесса запуска и производства откачки, возможности одновременного измерения уровня жидкости.

Поставленная цель достигается тем, что в способе откачки воды из скважины, включающем операции погружения водоподъемной трубы под уровень откачиваемой жидкости, ввода воздуха из атмосферы в откачиваемую по водо- подъемной трубе жидкость, откачиваемую жидкость распыляют ниже динамического уровня воды в скважине пе

ред вводом воздуха в водоподъемную трубу, при этом V-объемная концентрация жидкости в воздушной смеси нахо дится в пределах .

Для осуществления вышеуказанного способа предложено устройство для откачки жидкости воздушным потоком, включающее обсадную колонну, водоподъемную трубу и вакуумный аппарат. Предложенное устройство снабжено закрепленным на водоподъемной трубе стаканом, .верхняя часть которого размещена над уровнем жидкости в обсадной колонне.

Пример . Для осуществления предлагаемого способа откачки воды из скважины применяют водяной насос ГР-П, водовоздушный эжектор, колонну бурильных труб диаметром 60,3 мм длиной 40 м, стакан из об садной трубы диаметром 108 мм и длиной 12 м, форсунку диаметром 12мм Статический уровень воды составляет 29 м в скважине 0150 мм. При работе насоса в режиме расход воды 0,003 и давлении кПа эжектор создает расход воздуха 0, м /с с разрежением на всасывающем патрубке эжектора 1,202 кПа. Откачка производится в течение 21 ч, производительность откачки изменяется й)т 0,000816 MVc до 0,000683 м/с при изменении уровня воды в скважине за это время на м. Водоподъемная колонна стоит на подкладной аилке.

Использование предлагаемого способа- откачки воды из скважины позволяет по сравнению с известным обеспечить повышение глубины и производительности откачки, надежность процесса откачки постоянной производительности, повысить точность опробования СКБЗЖИны измерением изменения уровня воды в скважине погружением водоподъемной колонны при откачке.

В известном способе перепад давления для подъема воды воздушым потоком

определяется

из услоИЯ

ДРраБ Ч h

- h.

БОД.СТ 9,

де Н - разрежение,

создаваемое эжектором, м.вод,ст., Практически Н 8-9 м.вод.ст. Принимаем Н 9 м.вод.ст. перепад давлений , расходуеВоА-стмый на подъем воды до воздушного потока, м.вод.ст. в условиях быстро меняющегося динамического уровня воды равен 5м,

h., перепад давления, расходуемый на преодоление воздушным потоком сопротивлений в диафрагме, роль которой выполняет насадок для ввода воздуха из атмосферы. Потери в нем велики., так как отверстие мало. При большом отверстии не останется напора для подъема водяного столба,

V ., ta

-fCd

(ЧQ4 М

2

V

Q-- потери напора при движении

W водозоздушной смеси по водоподъемной трубе. По предлагаемому способу перепад авления для подъема воды воздушым потоком определяется из условия

.pas . где Н - разрежение, создаваемое эжектором, м.вод.ст. Н 9 м.вод.ст. потери напора на вход в во-вхдоподъемную трубу, м.вод.ст.

VЧх

Тв

2д

ВУ

iBX

рабочая скорость движения

воздуха, м/сек,

3.

объемный вес воздуха, кг/м 20 м/секJ

°° 1,2 2 кгс/м

1

2-9,81

Расход воды, поднимаемый воздушным

потоком О.п0д, MVc

Скорость движения потока V

ЛкД. J

м/с

0,001

0,001

Объемная концентрация воды в воздушном потоке -тр, кг/м

Относительное содержание воды в воздушном потоке п, %

0. вод

Расход воздуха Q

В05Д м/с

Расход водовоздушной смеси, Q, + Q „3.ВОЗА еоА

Площадь поперечного сечения водоподемной колонны си) , м

Диаметр колонны d, м

Потери давления на подъем воды на каждые 1 м высоты f.,y Н, кг

М2Потери давления на преодоление сил трения при С 1 м,

V

кгс

Г;

2д м а

. п n(Jia 4. d Re

V,d

Re.

e . Y

К5 0,01 м; 2. Y 1 ,06. /c

Суммарные потери давления на подъе .воды приходящиеся на 1 пог.м. водо

подъемной трубы Sh h ,

кг/м

Рабочий перепад давлений, кг/м

Предельная глубина откачки воды из скважины при расходе 1 л/сек

- Р pqg

Н

Zh

пред

Максимальная производительность по подъему воды при глубине 9 м

ВОА -Гсм ВО.д . Vc -TTj,, рассчитано подбором из условия

дРрс1Б- htfci д t . у- „ -д; -;, 2д с

6

Продолжение таблицы

10

0.1 0,051

0,0051 0,080

11,2 56

67,2 9000

13«t

0,0010

0,020

7

На чертеже изображена принципиальная схема откачки воды из скважины с помощью предлагаемого устройства.

Устройство для откачки воды сос тоит из насадки 1, стакана 2, водоподъемной колонны 3. водовоздушного эжектора k, открытого циклона 5, емкости 7 для сбора поднятой воды, патрубка 6 слива поднятой воды, всасывающего трубопровода 8, насоса 9- Устройство для откачки воды помещено в скважину 10. Принципиальная схема устройства не изменится, если насос 9 будет заменен компрессором (тогда трубопровод 8 будет в атмосфере заканчиваться) или насос 9 и эжектор будет заменен вакуумным насосом или высоконапорным вентилятором.

Откачку воды из скваншны производят в следующей последовательности.

Замеряют статический уровень воды в скважине 10. Опускают водоподъг емную колонну 3 в сборе со стаканом 2 и насадком 1 до статического уровня воды в скважине. Соединяют водоподъемную колонну 3 с эжектором k. Включают насос 9- После достижения в водоподъемной колонне 3 рабочего разрежения и устаное пения устойчивого движения воздуха опускают водоподъемную колонну 3 в воду до появления плавучести ее. Глубина погружения стакана 2 в воду рассчитывеется заранее соотношением веса колонны и веса вытесненной воды при ее погружении.

При наличии разности уровней положения насадка 1 и свободной поверхности воды в скважине начинается истечениеВОДЫ через насадок 1 в водоподъемную колонну 3Крличесуво воды,поступающей в водоподъемную трубу опре/ еляется напором Н или превышением свободной поверхности воды в скважине 10 под насадком 1 и закономерностями истечения воды из насадка 1. Тогда расход Q поднимаемой на поверхность воды будет равен

Q цл/2дн

где /J - коэффициент расхода насадка сл - площадь поперечного сечения

выходного отверстия насадка Н - напор воды; g - ускорение силы тяжести.

На участке дробления водяной с струи происходит ввод воздушного потока, например; через перфорацию, в водоподъемную колонну.

Воздух транспортирует воду на поверхность в распыленном на капли состоянии. Устойчивый процесс транспортирования воды имеет место при ее объемной концентрации 2-3 в воздушном потоке. Объясняется это тем, что при такой концентрации сведено к минимуму взаимодействие отдельных капель воды между собой в воздушном, потоке. Кроме того, при этом ограничивается ввод воды в колонну и лучше сохраняется эффект плавучести колонны при внезапном прекрещенйи движения воздуха.

Формула изобретения

в водоподъемную трубу,при этом V- . объемная концентрация жидкости в водовоздушной смеси находится, в пределах 1 : V 7/3%.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

2.Рычагов-8,В,, Флоринский М.М. Насосы и насосные станции, М., 1975 с. 140 (прототип)