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 ниже статического уровня воды в скважине, отличающееся тем, что приспособление гидроуплотнения выполнено в виде корпуса и основного уплотняющего элемента, причем основной уплотняющий элемент выполнен в виде полого цилиндра и смонтирован на внешней боковой стенке корпуса, а корпус приспособления гидроуплотнения выполнен в виде поплавка, размещенного в обсадной трубе соосно с напорным трубопроводом, во внутренней и внешней боковых стенках поплавка выполнены отверстия для направляющих трубок, оси симметрии которых радиально ориентированы в плоскости, перпендикулярной оси симметрии поплавка, в каждой из направляющих трубок размещены возвратная пружина и толкатель, закрепленный на внутренней поверхности основного уплотняющего элемента, на стенках напорного трубопровода установлен опорный элемент, выполненный в виде цилиндра с расположенной на его внешней поверхности кольцевой канавкой, а на верхнем торце поплавка смонтирован дополнительный уплотняющий элемент, выполненный в виде кольца, внутренний диаметр которого не превышает внешний диаметр опорного элемента.

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, линию повышенного давления, проложенную вдоль напорного трубопровода к устью скважины, многосеционный насос с погружным электродвигателем и приспособление гидроуплотнения, установленное на напорном трубопроводе ниже статического уровня воды в скважине [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 разреженной 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 ниже статического уровня воды в скважине, приспособление гидроуплотнения выполнено в виде корпуса и основного уплотняющего элемента, причем основной уплотняющий элемент выполнен в виде полого цилиндра и смонтирован на внешней боковой стенке корпуса, а корпус приспособления гидроуплотнения выполнен в виде поплавка, размещенного в обсадной трубе соосно с напорным трубопроводом, во внутренней и внешней боковых стенках поплавка выполнены отверстия для направляющих трубок, оси симметрии которых радиально ориентированы в плоскости, перпендикулярной оси симметрии поплавка, в каждой из направляющих трубок размещены возвратная пружина и толкатель, закрепленный на внутренней поверхности основного уплотняющего элемента, на стенках напорного трубопровода установлен опорный элемент, выполненный в форме цилиндра с расположенной на его внешней поверхности кольцевой канавкой, а на верхнем торце поплавка смонтирован дополнительный уплотняющий элемент, выполненный в виде кольца, внутренний диаметр которого не превышает внешний диаметр опорного элемента.

На фиг. 1 приведена схема предлагаемого устройства для подачи воды из скважины, на фиг. 2 - конструкция его приспособления гидроуплотнения, на фиг. 3 - то же, в рабочем состоянии.

Устройство расположено в обсадной трубе 1 скважины и содержит секции напорного трубопровода 2 с фланцами 3, многосекционный насос 4 с водоприемной сеткой 5, погружной электродвигатель 6 и установленное на секции 7 напорного трубопровода приспособление гидроуплотнения, в состав которого включены поплавок 8, опорный элемент 9 с кольцевой канавкой 10, основной уплотняющий элемент 11 с хомутами 12-13, и дополнительный уплотняющий элемент 14 (фиг. 1).

В поплавок вмонтированы направляющие трубки 15, в каждой из которых размещены возвратная пружина 16 и толкатель 17, закрепленный на внутренней поверхности основного уплотняющего элемента (фиг. 2-3).

Устройство работает следующим образом.

Естественный уровень воды в скважине характеризуется статическим уровнем (прямая I 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. 1), образует так называемую воронку депрессии радиусом Ro.

Расстояние So между динамическим и статическим уровнями воды пропорционально производительности скважины. 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, 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 корпуса, выполненного в виде поплавка 8, размещенного в обсадной трубе 1 скважины соосно секциям 2 напорного трубопровода, а также опорного элемента 9 цилиндрической формы с расположенной на его внешней поверхности кольцевой канавкой 10. При этом на внешней боковой стенке поплавка 8 посредством хомутов 12 и 13 смонтированы соответственно верхний и нижний края основного уплотняющего элемента 11, выполненного в виде полого цилиндра, а верхний торец поплавка снабжен дополнительным уплотняющим элементом 14, выполненным в виде кольца, внутренний диаметр которого не превышает внешний диаметр опорного элемента 9 (фиг. 1-3).

Кроме того, во внутренней и внешней боковых стенках поплавка 8 равномерно выполнены отверстия для не менее трех направляющих трубок 15, оси симметрии которых радиально ориентированы в плоскости, перпендикулярной оси симметрии поплавка. В каждой из направляющих трубок 15 размещены возвратная пружина 16 и толкатель 17, один из торцов которого закреплен на внутренней поверхности основного уплотняющего элемента 11.

Количество секций напорного трубопровода 2, последовательно стыкуемых посредством фланцев 3 при погружении устройства в обсадную трубу 1 и предшествующих секции 7, оснащенной приспособлением гидроупотнения, выбирают из расчета, чтобы граница раздела сред в скважине пересекала стенки секции 7 выше поплавка 8, установленного в исходное состояние, при котором свободные торцы толкателей 17 расположены в кольцевой канавке 10 опорного элемента 9. При этом, длину толкателей 17 выбирают таким образом, чтобы в указанном состоянии поплавка 8 стенки основного уплотняющего элемента 11 удерживались в положении, при котором наблюдается зазор с 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, поплавок 8, смещаясь вниз и преодолевая воздействие возвратных пружин 16, выводит из кольцевой канавки 10 свободные торцы толкателей 17.

С понижением уровня воды в скважине дополнительный уплотняющий элемент 14 достигнет верхнего торца опорного элемента 9 и перекроет зазор между внутренней боковой стенкой поплавка 8 и секцией 7 напорного трубопровода. Одновременно толкатели 17 относительно стенок обсадной трубы 1 сместятся в положение, при котором основной уплотняющий элемент 11 под действием центробежной силы насоса 4 надежно перекроет зазор с обсадной трубой 1 (фиг. 3).

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.

После выключения электродвигателя 6 в результате резкого повышения уровня воды в скважине произойдет гидроудар, воздействующий на поплавок 8 и на стенки основного уплотняющего элемента 9. При резком смещении поплавка 8 вверх на расстояние, при котором под действием возвратных пружин 16 свободные торцы толкателей 17 входят в кольцевую канавку опорного элемента 9, восстанавливаются указанные выше зазоры, обеспечивающие беспрепятственный подъем устройства из скважины (фиг. 2).

Таким образом, воздействие разреженной 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. М.: Металлургия, 1972, с. 143.

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