способ подъема воды и устройство для его осуществления

Формула изобретения

1. Способ подъема воды, в котором аэрация поднимаемой вверх жидкости происходит за счет эжектирования воздуха из атмосферы струей этой же жидкости, истекающей из скважины через патрубок под действием на поверхность воды в скважине избыточного давления, создаваемого весом водоподъемного устройства, балласта и осевого усилия, отличающийся тем, что в качестве балласта используют воду, вытесненную этим устройством из скважины на дневную поверхность, осевое усилие создают весом рабочего оператора, а возвращение водоподъемного устройства в верхнее исходное положение производят за счет выталкивающей силы Архимеда, действующей на полый корпус водоподъемника при погружении его в воду.

2. Устройство для подъема воды по способу, изложенному в п.1, содержащее обсадную трубу скважины, полый корпус водоподъемника, закрепленный на водоподъемной трубе, в котором размещены патрубок для истечения воды из скважины, камера смешения, соединенная с воздушной трубкой из атмосферы, водоподъемная труба, а также средства гидравлического уплотнения зазора между стенками обсадной трубы и стенками корпуса водоподъемника, отличающееся тем, что полый корпус водоподъемника снабжен герметичной крышкой и находится в скважине в плавучем состоянии, верхний конец подъемной трубы снабжен водосборником со средствами его разгрузки, в который направлены воздушная и водоподъемная трубы, а на верхней точке подъемной трубы размещен нажимной ролик с тросом, один конец которого закреплен, например, за обсадную трубу, а второй свободный конец имеет средства размещения оператора, например, в виде лестничной ступеньки.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к насосостроению, в частности к способам подъема воды из скважин и колодцев, и может быть использовано при проектировании гидротранспортных систем в промышленности и строительстве, изыскательских работах, в сельском хозяйстве, а также в водоснабжении.

Известен способ подъема воды за счет создания избыточного давления на поверхность жидкости весом подъемного устройства, балласта и осевого усилия (RU 2412379, опубл. 2010 г.). Но в нем не предусмотрена возможность длительного использования этого способа.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту является способ подъема воды за счет создания избыточного давления весом подъемного устройства и балласта с возвращением подъемного устройства в верхнее исходное положение ручным рычажным механизмом (RU Заявка на изобретение № 201106484, опубл. 2012 г.). Этот способ позволяет длительное пользование. Однако он имеет недостаток, заключающийся в том, что требуется значительный вес балласта, который осложняет спуско-подъемные операции и повышает трудоемкость подъема воды.

Задача изобретения уменьшить трудоемкость подъема воды.

Технический результат достигается тем, что в способе подъема воды, включающем создание на поверхности воды в скважине избыточного давления весом водоподъемника, балластом, осевым усилием для вытеснения воды на дневную поверхность с одновременной ее аэрацией и последующим возвращением водоподъемника в исходное верхнее положение, согласно изобретению, осевое усилие формируют весом рабочего оператора, в качестве балласта используют воду, вытесненную из скважины указанным осевым усилием и весом водоподъемника, а для возвращения водоподъемника в верхнее исходное положение используют выталкивающую силу Архимеда, действующую на погруженный в воду полый корпус водоподъемника при вытеснении воды из скважины.

Пример осуществления способа

Воду поднимают следующим образом. Водоподъемник, состоящий из полого корпуса, в котором расположены подводящий воду из скважины патрубок, камера смешения, трубка, соединяющая камеру смешения с атмосферой и водоподъемная труба, находится в скважине в плавающем состоянии. Для подъема воды из скважины создают осевое усилие на водоподъемник через нажимной ролик на верхней точке подъемной трубы. Нажимной ролик огибает трос, закрепленный, например, на обсадной трубе, имеющий ступеньки для размещения рабочего оператора на свободном конце. При размещении рабочего на ступеньке трос опускается вниз и создает через нажимной ролик и подъемную трубу осевое усилие на корпус водоподъемника. При этом корпус водоподъемника погружается в воду, создавая избыточное давление на свободную поверхность воды в скважине. Под действием избыточного давления вода изливается через патрубок в камеру смешения и далее по подъемной трубе на дневную поверхность в водосборную емкость. Накапливающаяся в водосборнике вода создает дополнительное осевое усилие на корпус водоподъемника и способствует повышению надежности подъема воды. Наполнив водосборник водой, оператор освобождает нажимную ступеньку на тросе и опорожняет водосборную емкость путем раздачи воды потребителям. Эти операции сопровождаются снятием осевой нагрузки с водоподъемника. После снятия осевого усилия действующая на водоподъемник, погруженный в воду, выталкивающая сила Архимеда поднимает водоподъемник в исходное верхнее положение. Водоподъемник готов к очередному циклу подъема воды. Операция подъема воды обеспечивается при выполнении следующих условий. Избыточное давление, формируемое корпусом водоподъемника на свободную поверхность жидкости в скважине, должно быть больше гидростатического давления воды в водоподъемной трубе. Объем внутреннего канала водоподъемной трубы должен быть меньше объема жидкости, вытесняемой корпусом водоподъемника из скважины, предпочтительно, не менее, чем на порядок.

Устройство для подъема воды

Известно устройство для подъема воды за счет создания избыточного давления на свободную поверхность жидкости в скважине весом подъемного устройства, балласта и осевого усилия (RU 2412379, опубл. 2010 г.). Но в нем не предусмотрена возможность многократного повторения циклов вытеснения воды из скважины.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту является устройство для вытеснения воды из скважины весом подъемника и балласта с возвращением водоподъемника в верхнее исходное положение рычажным механизмом с мускульным приводом (RU Заявка на изобретение № 201106484, опубл. 2012 г.). Это устройство позволяет длительное непрерывное пользование. Однако оно имеет недостаток, заключающийся в том, что требуется значительный вес балласта, который осложняет спуско-подъемные операции и повышает трудоемкость подъема воды применением мускульных усилий человека.

Задача изобретения уменьшить трудоемкость подъема воды.

Технический результат достигается тем, что в устройстве для подъема воды, содержащем обсадную трубу скважины, корпус подъемника со средствами гидравлического уплотнения кольцевого зазора между стенками обсадной трубы и стенками корпуса водоподъемника и расположенные в корпусе патрубок, камеру смешения, воздушную трубку и водоподъемную трубу, согласно изобретению, полый корпус имеет верхнюю герметичную крышку, на верхнем конце подъемной трубы установлен водосборник, в который повернуты водоподъемная труба и воздушная трубка, водоподъемная труба в верхней точке снабжена нажимным роликом, через который перекинут трос, один конец которого закреплен, например, на обсадной трубе, а на втором свободном конце имеется ступенька для размещения рабочего оператора.

Устройство для подъема воды изображено на прилагаемом чертеже.

Устройство содержит размещенный внутри обсадной трубы 1 скважины корпус 2 водоподъемника. Снаружи корпуса 2 размещены гидравлические уплотнения, например, в виде рассредоточенных колец 3 из сравнительно мягкого не абразивного материала, не способного разрушать обсадную трубу, например, пластмассы или резины.

Внутри корпуса 2 водоподъемника размещена камера смешения 4, воздушная трубка 5, подъемная труба 6 и патрубок 7. Воздушная трубка 5 соединена с камерой смешения 4.

На дневной поверхности конец подъемной трубы 6 снабжен водосборником 8, в котором повернуты подъемная труба 6 и воздушная трубка 5.

На верхней точке подъемной трубы 6 размещен нажимной ролик 9 и через него перекинут трос 10. Один конец троса 10 жестко закреплен, а второй свободный и снабжен ступенькой 11 для размещения рабочего оператора.

Полый корпус 2 водоподъемника имеет вверху герметичную крышку 12, чтобы в полость корпуса 2 не смогла попадать вода и увеличивать его вес.

Устройство работает следующим образом. Корпус 2 устройства, соединенный с водоподъемной трубой 6, вводится внутрь обсадной трубы 1 и опускается вниз до соприкосновения с поверхностью воды в скважине. Затем вся тяжесть водоподъемника переносится на поверхность воды. Водоподъемное устройство занимает плавучее положение в скважине.

Для подъема воды из скважины рабочий оператор становится на ступеньку 11 и своим весом создает давление на нажимной ролик 9 с помощью троса 10. При этом формируется осевое усилие на корпус 2 водоподъемника, и через него на поверхность жидкости в скважине. Под действием избыточного давления вода из скважины устремляется через патрубок 7 в камеру смешения, увлекая за собой воздух из атмосферы по трубке 5. Сформированная в камере смешения 4 водовоздушная смесь под действием напора струи, истекающей из патрубка 7, поднимается вверх по трубе 6 и изливается в водосборник 8, где естественным образом дегазируется. Под действием силы тяжести воды, поступившей в водосборник 8, нагрузка на воду в скважине возрастает и надежность подъема воды сохраняется до заполнения водосборника 8.

После заполнения водосборника 8 оператор освобождает ступеньку 11 на свободном конце нажимного троса 10 и опорожняет водосборник 8 потребителю через разгрузочный канал (на схеме не показано).

После снятия осевого усилия с корпуса 2 водоподъемника и опорожнения водосборника 8 выталкивающая сила Архимеда поднимает водоподъемник в исходное верхнее положение, где он находится в плавучем состоянии до очередной операции водоподъема.

Для успешного водоподъема этим устройством необходимо выполнять несколько условий. На поверхность жидкости в скважине необходимо создавать избыточное давление больше гидростатического давления в подъемной трубе. Объем столба жидкости в водоподъемной трубе должен быть меньше объема вытесняемой из скважины жидкости, предпочтительно, на порядок. Гидравлическое сопротивление кольцевого зазора между стенками обсадной трубы и корпуса водоподъемника должно быть больше гидравлического сопротивления подъемной трубы, предпочтительно, на порядок.