устройство для подачи воды из скважины

Формула изобретения

Устройство для подачи воды из скважины, содержащее размещенные в обсадной трубе напорный трубопровод, многосекционный насос с погружным электродвигателем и приспособление гидроуплотнения, установленное на напорном трубопроводе ниже статического уровня воды в скважине, отличающееся тем, что приспособление гидроуплотнения снабжено запорным механизмом, поплавком и опорным фланцем напорного трубопровода, верхний торец которого снабжен ограничителями хода поплавка, выполненными в виде втулок заданной длины, каждая из которых жестко установлена с обеспечением соосности с соответствующим сквозным отверстием в опорном фланце, на поплавке и на опорном фланце со стороны обсадной трубы смонтированы соответственно верхний и нижний края основного уплотняющего элемента цилиндрической формы, стенки основного уплотняющего элемента со стороны напорного трубопровода шарнирно связаны с общими осями исполнительных механизмов, каждый из которых составлен из первого и второго рычагов, неподвижная ось первого рычага шарнирно связана с верхним торцом опорного фланца, неподвижная ось второго рычага - с нижним торцом поплавка, снабженным дополнительными уплотняющими элементами, каждый из которых установлен с обеспечением соосности с соответствующим ограничителем хода поплавка, в каждом ограничителе хода поплавка размещен шток запорного механизма, жестко установленный на нижнем торце поплавка, а на штоках смонтировано по одному запорному элементу, снабженному возвратной пружиной.

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 напорный трубопровод, многосекционный насос с погружным электродвигателем и приспособление гидроуплотнения, установленное на напорном трубопроводе ниже статического уровня воды в скважине, и выполненное в виде уплотняющего элемента, внутренняя полость которого соединена с линией повышенного давления, проложенной вдоль напорного трубопровода к устью скважины [2].

Недостаток известного устройства - ненадежность уплотнения, что является следствием наличия столба воды над уплотняющим элементом, выполненным в виде надувной камеры, при одновременном воздействии снизу на указанный элемент разряженной воздушной среды.

Задача изобретения - создание надежного уплотнения между стенками напорного трубопровода и обсадной трубы скважины.

Поставленная задача решается тем, что в устройстве для подачи воды из скважины, содержащем размещенные в обсадной трубе напорный трубопровод, многосекционный насос с погружным электродвигателем и приспособление гидроуплотнения, установленное на напорном трубопроводе ниже статического уровня воды в скважине, приспособление гидроуплотнения снабжено запорным механизмом, поплавком и опорным фланцем напорного трубопровода, верхний торец которого снабжен ограничителями хода поплавка, выполненными в виде втулок заданной длины, каждая из которых жестко установлена с обеспечением соосности с соответствующим сквозным отверстием в опорном фланце, на поплавке и на опорном фланце со стороны обсадной трубы смонтированы соответственно верхний и нижний края основного уплотняющего элемента цилиндрической формы, стенки основного уплотняющего элемента со стороны напорного трубопровода шарнирно связаны с общими осями исполнительных механизмов, каждый из которых составлен из первого и второго рычагов, неподвижная ось первого рычага шарнирно связана с верхним торцом опорного фланца, неподвижная ось второго рычага - с нижним торцом поплавка, снабженным дополнительными уплотняющими элементами, каждый из которых установлен с обеспечением соосности с соответствующим ограничителем хода поплавка, в каждом ограничителе хода поплавка размещен шток запорного механизма, жестко установленный на нижнем торце поплавка, а на штоках смонтировано по одному запорному элементу, снабженному возвратной пружиной.

На фиг. 1 приведена схема предлагаемого устройства для подачи воды из скважины, на фиг. 2-3 поясняется работа его приспособлений гидроуплотнения.

Устройство расположено в обсадной трубе 1 скважины и содержит секции напорного трубопровода 2 с фланцем 3, многосекционный насос 4 с водоприемной сеткой 5, погружной электродвигатель 6 и установленное на секции 7 напорного трубопровода приспособление гидроуплотнения, в состав которого включены опорный фланец 8, поплавок 9, основной и дополнительные уплотняющие элементы 10 и 11, хомуты 12 и 13, а также исполнительные и запорные механизмы.

Каждый из исполнительных механизмов устройства составлен из первого и второго рычагов 14 и 15. Неподвижная ось 16 первого рычага шарнирно связана с верхним торцом опорного фланца, неподвижная ось 17 второго рычага - с нижним торцом поплавка, общие оси 18 исполнительных механизмов шарнирно связаны со стенками основного уплотняющего элемента.

Верхний торец опорного фланца снабжен ограничителями хода поплавка, выполненными в виде втулок 19 заданной длины, каждая из которых жестко установлена с обеспечением соосности с соответствующим сквозным отверстием 20 в опорном фланце. Во втулках размещены штоки 21 запорных механизмов. На каждом штоке смонтировано по одному запорному элементу 22, ось 23 которого снабжена возвратной пружиной (фиг. 1-3).

Работает устройство следующим образом.

Естественный уровень воды в скважине характеризуется статическим уровнем (прямая 1 на фиг. 1). После включения погружного электродвигателя 6 указанный уровень понижается на величину So, 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 устанавливается постоянный на время работы устройства динамический уровень, который, постепенно повышаясь по мере удаления от скважины (кривая II на фиг. 2) образует так называемую вороку депрессии радиусом Ro.

Расстояние So между динамическим и статическим уровнями воды пропорционально производительности скважины. При этом статический уровень определяется гидродинамическим особенностями подземных вод и величиной атмосферного давления, а динамический уровень должен быть не менее чем на полтора метра выше многосекционного насоса 4, что обеспечивает требуемый режим охлаждения корпуса последнего. Т.е., при понижении естественного уровня воды (прямая III на фиг. 1) в результате, например, начала эксплуатации дополнительной скважины, мощность водозабора упадет на величину, пропорциональную значению dSx.

Поэтому для компенсации влияния статического уровня на производительность насоса 4 устройство снабжено приспособлением гидроуплотнения в составе опорного фланца 8, поплавка 9, основного уплотняющего элемента 10, дополнительных уплотняющих элементов 11, а также в составе запорных и исполнительных механизмов (фиг. 1-3).

Верхний торец фланца 8 снабжен ограничителями хода поплавка 9, выполненными в виде втулок 19 заданной длины, каждая из которых жестко установлена с обеспечением соосности с соответствующим сквозным отверстием 20 в указанном фланце 8.

Основной уплотняющий элемент 10 цилиндрической формы посредством хомутов 12 и 13 смонтирован со стороны обсадной трубы 1 на фланце 8 и поплавке 9. Элемент 10 со стороны напорного трубопровода 2 шарнирно связаны с общими осями 18 исполнительных механизмов, каждый из которых составлен из первого и второго рычагов 14 и 15. Неподвижная ось 16 первого рычага 14 шарнирно связана с верхним торцом опорного фланца 8, неподвижная ось 17 второго рычага 15 - с нижним торцом поплавка 9.

Дополнительные уплотняющие элементы 11 установлены на поплавке 9 с обеспечением соосности с соответствующим ограничителем хода 19. В каждом ограничителе хода 19 размещен шток 21 запорного механизма, жестко установленный на нижнем торце поплавка 9, а на штоках 21 смонтировано по одному запорному элементу 22, ось 23 которого снабжена возвратной пружиной (на фиг. 2-3 не показана).

Количество секций напорного трубопровода 2, последовательно стыкуемых посредством фланцев 3 при погружении устройства в обсадную трубу 1 и предшествующих секции 7, оснащенной приспособлением гидроуплотнения, выбирают из расчета, чтобы граница раздела сред в скважине пересекала стенки секции 7 выше поплавка 9, установленного в исходное состояние, при котором запорные элементы 22, находясь в горизонтальном положении, опираются на стенки ограничителей 19. При этом, расстояние от нижнего торца поплавка 9 до осей 23 элементов 22 выбирают таким образом, чтобы в указанном состоянии поплавка 9 рычаги 14 и 15 удерживались в положении, при котором наблюдается зазор между основным уплотняющим элементом 10 и обсадной трубой 1, позволяющий производить монтаж устройства (фиг. 2).

После монтажа устройства на заданную глубину запускают электродвигатель 6. В результате гидравлического удара, происходящего в момент запуска и воздействующего через зазор с обсадной трубой 1 на основной уплотняющий элемент 10 и через отверстия 20 в опорном фланце 8 на поплавок 9, штоки 21, смещаясь вниз, преодолевают воздействие возвратных пружин запорных элементов 22, переводят последние в вертикальное положение и удерживают их в данном положении под действием центробежной силы насоса 4.

С понижением уровня воды в обсадной трубе 1 поплавок 9, опускаясь на ограничители 19 хода, перекрывает дополнительными уплотняющими элементами 11 отверстия 20 и, тем самым, перекрывает зазор между внутренней боковой стенкой поплавка 9 и напорным трубопроводом 2. Одновременно, воздействуя на рычаги 14-15, поплавок 9 переводит исполнительные механизмы устройства в рабочее положение, при котором основной уплотняющий элемент 10 прижимается к стенкам обсадной трубы 1 и под действием центробежной силы насоса 4 надежно перекрывает зазор с обсадной трубой 1. В результате перекрытия указанных зазоров достижение динамического уровня воды в скважине будет сопровождаться ослаблением влияния на границу раздела сред атмосферного давления, что вызывает дополнительный приток воды из водоносного слоя в обсадную трубу 1 скважины (фиг. 3).

В момент выключения электродвигателя 6 в результате резкого повышения уровня воды в скважине происходит гидроудар, воздействующий на поплавок 9 через штоки 21 и дополнительные уплотняющие элементы 11. При резком смещении поплавка 9 вверх на расстояние, при котором оси 23 элементов 22, снабженные возвратными пружинами, выходят из втулок 19, срабатывают запорные механизмы. При этом поплавком 9 исполнительные механизмы в составе рычагов 14 и 15 возвращаются в исходное положение, при котором восстанавливаются указанные выше зазоры, обеспечивающие беспрепятственный подъем устройства из скважины (фиг. 2).

Таким образом, воздействие разряженной воздушной среды на уплотняющий элемент, следствием которого является ненадежность уплотнения в прототипе, в предлагаемом устройстве является условием надежной работы приспособления гидроуплотнения.

Источники информации:

1. Шабалин А.Ф. Эксплуатация промышленных водопроводов. Изд. "Металлургия", 1972, с. 143.

2. Патент RU N 2083768, кл. E 03 B 3/08, 1997 г. Бюл. 19.