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 и выполнено в виде верхнего и нижнего опорных фланцев напорного трубопровода, между которыми соосно с напорным трубопроводом размещен поплавок, на внешней боковой стенке поплавка смонтирован нижний край первого уплотняющего элемента, с верхним краем которого шарнирно связаны подвижные оси кулис кулисных механизмов, неподвижные оси кулис шарнирно связаны с верхним опорным фланцем, звенья кулисных механизмов жестко связаны с верхним торцом поплавка, на котором закреплены штоки запорных механизмов, размещенные с возможностью возвратно-поступательного смещения в вертикально ориентированных сквозных отверстиях верхнего опорного фланца, на штоках выполнено по одному углублению для шариков запорных механизмов, снабженных нажимными пружинами и по одному размещенных в горизонтально ориентированных отверстиях верхнего опорного

фланца, выполненных со стороны стенок обсадной трубы, а верхний торец нижнего опорного фланца, диаметр которого превышает внутренний диаметр поплавка, снабжен вторым уплотняющим элементом.

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 и выполнено в виде верхнего и нижнего опорных фланцев напорного трубопровода, между которыми соосно с напорным трубопроводом размещен поплавок, на внешней боковой стенке поплавка смонтирован нижний край первого уплотняющего элемента, с верхним краем которого шарнирно связаны подвижные оси кулис кулисных механизмов, неподвижные оси кулис шарнирно связаны с верхним опорным фланцем, звенья кулисных механизмов жестко связаны с верхним торцом поплавка, на котором закреплены штоки запорных механизмов, размещенные с возможностью возвратно-поступательного смещения в вертикально ориентированных сквозных отверстиях верхнего опорного фланца, на штоках выполнено по одному углублению для шариков запорных механизмов, снабженных нажимными пружинами и по одному размещенных в горизонтально ориентированных отверстиях верхнего опорного фланца, выполненных со стороны стенок обсадной трубы, а верхний торец нижнего опорного фланца, диаметр которого превышает внутренний диаметр поплавка, снабжен вторым уплотняющим элементом.

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 смонтированное на секции 7 напорного трубопровода приспособление гидроуплотнения в составе верхнего и нижнего опорных фланцев 8 и 9, поплавка 10, первого и второго уплотняющих элементов 11 и 12. Кроме того, приспособление гидроуплотнения снабжено запорными и кулисными механизмами. В состав запорных механизмов включены размещенные в вертикально ориентированных отверстиях верхнего опорного фланца штоки 13 с углублениями 14 и шарики 15, размещенные с нажимными пружинами 16 в горизонтально ориентированных отверстиях указанного фланца. Кулисные механизмы устройства составлены из кулис 17, подвижная и неподвижная оси 18 и 19 которых шарнирно соединены с верхним краем первого уплотняющего элемента и с верхним опорным фланцем соответственно, и из звеньев 20, жестко связанных с верхним торцом поплавка. Первый уплотняющий элемент смонтирован на поплавке посредством хомута 21 (фиг. 1-3).

Работает устройство 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 особеностями 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 верхнего и нижнего опорных фланцев 8 и 9, поплавка 10, первого и второго уплотняющих элементов 11 и 12, а также запорных и кулисных механизмами (фиг. 1).

Нижний край первого уплотняющего элемента 11 смонтирован на внешней боковой стенке поплавка 10 посредством хомута 21, а верхний край шарнирно соединен с подвижными осями 18 кулис 17, неподвижные оси 19 которых шарнирно соединены с верхним опорным фланцем 8. В горизонтально ориентированных отверстиях указанного фланца размещено по одной нажимной пружине 16, воздействующей на соответствующий шарик 15 запорного механизма со стороны обсадной трубы 1 скважины. Штоки 13 запорных механизмов, жестко соединенные с поплавком 10, размещены с возможностью возвратно-поступательного смещения в сквозных и вертикально ориентированных отверстиях фланцев 8 (фиг. 2-3).

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 10, установленного в исходное состояние, при котором шарики 15 запорного механизма под действием пружин 16 размещаются в углублениях 14 штоков 13. При этом расстояние от верхнего торца поплавка 10 до углублений 14 выбирают таким образом, чтобы в указанном состоянии поплавка 10 кулисы 17 удерживались в положении, при котором наблюдается зазор между первым уплотняющим элементом 11 и обсадной трубой 1, позволяющий производить монтаж устройства (фиг. 2).

После монтажа устройства на заданную глубину запускают электродвигатель 6. Под действием гидравлического удара в момент запуска поплавок 10 отключает запорные механизмы (при резком смещении поплавка 10 со штоками 13 вниз шарики 15, воздействуя на пружины 16, выходят из углублений 14) и удерживает их в отключенном состоянии под действием центробежной силы насоса 4.

С понижением уровня воды в обсадной трубе 1 поплавок 10 опускается на второй уплотняющий элемент 12, смонтированный на верхнем торце нижнего опорного фланца 9 и одновременно, воздействуя через звенья 20 на кулисы 17, переводит кулисные механизмы в рабочее положение, при котором верхний край уплотняющего элемента 11 прижмется к стенкам обсадной трубы 1 и под действием центробежной силы насоса 4 надежно перекроет зазор между обсадной трубой 1 и внешней боковой стенкой поплавка 10, а также зазор между внутренней боковой стенкой поплавка 10 и напорным трубопроводом 2, вследствие чего 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 осадную трубу 1 скважины (фиг. 3).

В момент выключения электродвигателя 6 в результате резкого повышения уровня воды в скважине происходит воздействующий на поплавок 10 гидроудар, за счет которого срабатывают запорные механизмы. При этом поплавком 10 кулисные механизмы 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. - М.: Металлургия, 1972, с. 143.

2. Патент RU N 2083768. E 03 B 3/08, 1997.