устройство для подачи воды из скважины

Формула изобретения

1 Устройство для подачи воды из скважины, содержащее размещенные в обсадной трубе скважины напорный трубопровод, многосекционный насос с погружным электродвигателем и основное приспособление гидроуплотнения в составе корпуса и уплотняющего элемента, внутренняя полость которого соединена с линией повышенного давления, проложенной вдоль напорного трубопровода, отличающееся тем, что оно снабжено дополнительными приспособлениями гидроуплотнения, по одному размещенными между фланцами секций напорного трубопровода, корпуса приспособлений гидроуплотнения выполнены в виде поплавков с отверстиями в боковых стенках, уплотняющий элемент каждого из приспособлений гидроуплотнения выполнен в виде двух надувных камер цилиндрической формы, первая из которых смонтирована на корпусе со стороны обсадной трубы скважины, вторая - со стороны напорного трубопровода, полости корпусов со стороны приспособлений гидроуплотнения последовательно соединены между собой посредством воздухоотводов, каждый из воздухоотводов снабжен клапаном, смонтированным на верхнем торце соответствующего дополнительного приспособления гидроуплотнения, чувствительный элемент запорного органа каждого из клапанов соединен посредством гибкого элемента заданной длины с нижним торцом корпуса вышерасположенного приспособления гидроуплотнения.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к устройствам и механизмам, предназначенным для эксплуатации источников подземных вод и водозаборных сооружений, в частности для откачки артезианской воды в магистральные линии городских систем водоснабжения.

Известны устройства для подачи воды из скважины, содержащие напорный трубопровод, погруженный в скважину многосекционный насос с трансмиссионным валом, проходящим внутри напорного трубопровода, и электродвигатель, установленный на станине над устьем скважины [1].

Наличие у известных устройств трансмиссионной передачи, не позволяющей точно отрегулировать зазоры между рабочими колесами и направляющими аппаратами насоса, приводит к большим объемным потерям, снижению подачи, напора и коэффициента полезного действия насоса.

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности и достигаемому эффекту является устройство для подачи воды из скважины, содержащее размещенные в обсадной трубе скважины напорный трубопровод, многосекционный насос с погружным электродвигателем и приспособление гидроуплотнения в составе корпуса, жестко установленного на напорном трубопроводе ниже статического уровня воды в скважине, и уплотняющего элемента, внутренняя полость которого соединена с линией повышенного давления, проложенной вдоль напорного трубопровода [2].

Недостаток известного устройства заключается в следующем. Известно, что подземные источники подвержены сезонным колебаниям естественного уровня воды. При этом наиболее нежелательными являются необратимые понижения статического уровня воды в скважине, которые могут быть вызваны, например, образованием районной депрессии под влиянием забора воды из ближайших скважин. Независимо от гидрологических условий на мощности водозабора могут сказываться засорение скважины оборвавшимися деталями водозаборных устройств, засорение сетчатого фильтра скважины и т.п. Поэтому известное устройство снабжено приспособлением гидроуплотнения, которое жестко установлено на напорном трубопроводе ниже статического уровня воды. Это позволяет уменьшить влияние естественного уровня воды в скважине на мощность водозабора. Однако при этом, во-первых, ужесточаются усложняющие конструкцию приспособления гидроуплотнения требования к надежности устройства, что является следствием образования в обсадной трубе скважины столба воды, за счет веса которого на уплотняющий элемент воздействует избыточное давление при одновременном воздействии снизу на указанный элемент разреженной воздушной среды. Во-вторых, не достигается максимальный эффект от использования приспособления гидроуплотнения, который тем выше, чем ближе к статическому уровню воды размещен уплотняющий элемент, так как степень разрежения воздушной среды над динамическим уровнем воды в скважине зависит от расстояния между указанным уровнем, который должен быть не менее, чем на полтора метра выше последней секции многосекционного насоса, и уплотняющим элементом приспособления гидроуплотнения. Это сказывается на мощности водозабора.

Технической задачей изобретения является повышение мощности водозабора.

Указанная задача решается тем, что устройство для подачи воды из скважины, содержащее размещенные в обсадной трубе скважины напорный трубопровод, многосекционный насос с погружным электродвигателем и основное приспособление гидроуплотнения в составе корпуса и уплотняющего элемента, внутренняя полость которого соединена с линией повышенного давления, проложенной вдоль напорного трубопровода, снабжено дополнительными приспособлениями гидроуплотнения, по одному размещенными между фланцами секций напорного трубопровода, корпуса приспособлений гидроуплотнения выполнены в виде поплавков с отверстиями в боковых стенках, уплотняющий элемент каждого из приспособлений гидроуплотнения выполнен в виде двух надувных камер цилиндрической формы, первая из которых смонтирована на корпусе со стороны обсадной трубы скважины, вторая - со стороны напорного трубопровода, полости корпусов приспособлений гидроуплотнения последовательно соединены между собой посредством воздухоотводов, каждый из воздухоотводов снабжен клапаном, смонтированным на верхнем торце соответствующего дополнительного приспособления гидроуплотнения, чувствительный элемент запорного органа каждого из клапанов соединен посредством гибкого элемента заданной длины с нижним торцом корпуса вышерасположенного приспособления гидроуплотнения.

На фиг. 1 приведена схема предлагаемого устройства для подачи воды из скважины; на фиг.2 - конструкция его приспособлений гидроуплотнения.

Устройство располагается в обсадной трубе 1 скважины и содержит секции 2 напорного трубопровода с фланцами 3, многосекционный насос 4 с водоприемной сеткой 5, погружной электродвигатель 6, основное приспособление 7 гидроуплотнения, дополнительные приспособления 8-9 гидроуплотнения и линию 10 повышенного давления.

Корпуса 11 приспособлений гидроуплотнения выполнены в виде поплавков с отверстиями 12, а уплотняющие элементы - в виде двух надувных камер 13-14.

Полости корпусов соединены между собой посредством воздухоотводов 15-16, снабженных клапанами 17-18, чувствительные элементы 19-20 запорных органов которых соединены гибкими элементами 21-22 с вышерасположенным корпусом.

Устройство работает следующим образом.

Естественный уровень воды в обсадной трубе 1 характеризуется статическим уровнем A₀. При заборе воды из водоносного слоя ее уровень в скважине понижается на величину S₀, соответствующую равновесию между количеством воды, откачиваемой насосом 4 через водоприемную сетку 5 и количеством притока воды из водоносного слоя. С наступлением указанного равновесия в скважине установится постоянный на время откачки динамический уровень, который, постепенно повышаясь по мере удаления от скважины (кривая B₀ на фиг. 1), образует так называемую воронку депрессии радиусом R₀.

Расстояние S₀ между динамическим и статическим уровнями воды пропорционально производительности скважины при откачке из нее воды без использования приспособлений гидроуплотнения. При этом статический уровень определяется гидродинамическими особенностями подземных вод и величиной атмосферного давления, а динамический уровень должен быть не менее чем на полтора метра выше многосекционного насоса 4 (это условие обеспечивает требуемый режим охлаждения корпуса последнего). Поэтому для увеличения производительности скважины предлагаемое устройство снабжено основным и N-ным количеством дополнительных приспособлений 7-9 гидроуплотнения, позволяющих повысить значение S₀ на величину dS_x за счет условного повышения статического уровня.

Корпуса 11 приспособлений 7-9 выполнены в виде поплавков с отверстиями 12 в боковых стенках, уплотняющие элементы - в виде двух надувных камер 13-14, первая из которых смонтирована на корпусе со стороны обсадной трубы 1, вторая - со стороны напорного трубопровода 2 (фиг.2).

Полости корпусов 11 последовательно соединены между собой посредством воздухоотводов 15-16, снабженных клапанами 17-18, по одному установленными на верхнем торце соответствующего дополнительного приспособления 8-9. При этом чувствительный элемент 19 (20) запорного органа клапана 17 (18) соединен посредством гибкого элемента 21 (22) заданной длины с нижним торцом приспособления 7 (8).

При монтаже устройства в обсадную трубу 1 скважины его основное приспособление 7 гидроуплотнения соосно размещают на той секции напорного трубопровода 2, через стенки которой при погружении устройства на заданную глубину будет проходить статический уровень A₀, а дополнительные приспособления 8-9 по одному на нижерасположенных секциях. Поэтому в исходном состоянии, при котором наблюдаются зазоры между надувными камерами 13-14 со стенками обсадной трубы 1 и напорным трубопроводом 2, основное приспособление 7 разместится в области границы раздела сред в скважине, а дополнительные приспособления 8-9 под действием выталкивающей силы всплывут к фланцам секций 2 (в исходном состоянии приспособления 7-9 на фиг. 1 изображены пунктирными линиями).

После монтажа устройства в полость корпуса основного приспособления 7 по линии 10 повышенного давления подают воздух, который через отверстия 12 поступает также в полости надувных камер 13-14. При достижении давлением в камерах 13-14 значения P_x приспособлением 7 перекроются зазоры с обсадной трубой 1 и напорным трубопроводом 2, вследствие чего после запуска электродвигателя 6 понижение уровня воды в скважине будет сопровождаться ослаблением влияния на границу раздела сред атмосферного давления.

При понижении уровня воды в скважине на величину L₁ гибкий элемент 21, соединяющий корпус основного приспособления 7 с клапаном 17 первого дополнительного приспособления 8, воздействует на чувствительный элемент 19 запорного органа указанного клапана. Клапан 17 открывается и через воздухоотвод 15 давление в полости приспособления 8 повышается до значения P_x, при достижении которого происходит повторное перекрытие зазоров с обсадной трубой 1 и напорным трубопроводом 2.

Опустившись на величину L₀, где L₀ - длина секций 2 напорного трубопровода устройства (расстояние между дополнительными приспособлениями гидроуплотнения), граница раздела сред в скважине достигнет второго дополнительного приспособления 9, которое при натяжении гибкого элемента 22 и открытии клапана 20, подключенного через воздухоотвод 16 к приспособлению 8, также перекроет указанные выше зазоры. В результате каждое очередное понижение уровня воды на величину L₀ будет сопровождаться ускорением процесса ослабления влияния атмосферного давления на поверхность воды в скважине.

Суммарный эффект ослабления указанного влияния выражается приращением dS_x к дебиту S₀ скважины (условным повышением статического уровня A₀ на величину dS_x) и определяется количеством дополнительных приспособлений гидроуплотнения.

При этом увеличение притока воды в обсадную трубу 1 скважины из водоносного слоя сопровождается увеличением радиуса R₀ воронки депрессии на значение dR_x (дебит скважины при использовании предлагаемого устройства на фиг. 1 отражает кривая B_x).

При выключении электродвигателя 6 для проведения профилактических работ или при аварийном отключении электродвигателя 6 давление P_x в приспособлениях 7-9 через линию 10 и воздухоотводы 15-16 понижают до исходного значения, при котором восстанавливаются зазоры с обсадной трубой 1 и с напорным трубопроводом 2, обеспечивающие беспрепятственный подъем устройства из скважины.

Таким образом, в результате выполнения корпуса основного приспособления 7 гидроуплотнения в виде поплавка полностью исключается возможность образования над указанным приспособлением столба воды, избыточное давление которого на стенки надувных камер 13 и 14 при наличии разреженной среды под последними накладывало бы дополнительные ограничения на выбор конструкции приспособления 7 гидроуплотнения устройства. При этом совмещение рабочей плоскости приспособления 7 со статическим уровнем воды в скважине и использование дополнительных приспособлений 8-9, снабженных воздухоотводами 15-16 и клапанами 17-18 позволяет увеличить степень разрежения воздушной среды над динамическим уровнем воды в скважине и, тем самым, повысить мощность водозабора.