Устройство для подачи воды из скважины

 

Изобретение относится к устройствам и механизмам, предназначенным для эксплуатации подземных вод и водозаборных сооружений, в частности для откачки артезианской воды в магистральные линии городских систем водоснабжения. Устройство включает размещенные в обсадной трубе напорный трубопровод, многосекционный насос с погружным электродвигателем и приспособление гидроуплотнения, установленное на напорном трубопроводе ниже статического уровня воды в скважине, причем приспособление гидроуплотнения выполнено в виде манжеты клиновидной формы, смонтированной на первом приварном фланце напорного трубопровода, над клиновидной манжетой размещен поплавок, на нижнем торце которого выполнены радиально ориентированные направляющие, снабженные нажимными пружинами. С верхним краем клиновидной манжеты шарнирно связаны неподвижные оси кулис кулисных механизмов, равномерно размещенных вдоль окружности, соосной с напорным трубопроводом, подвижные оси кулис снабжены роликами, размещенными в направляющих поплавка, а неподвижные оси звеньев кулисных механизмов шарнирно связаны с вторым приварным фланцем напорного трубопровода, снабженным ограничителем угла поворота звеньев. Техническим результатом является создание надежного уплотнения между стенками напорного трубопровода и обсадной трубы скважины. 3 ил.

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 скважин, 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, решается тем, что приспособление гидроуплотнения выполнено в виде манжеты клиновидной формы, смонтированной на первом приварном фланце напорного трубопровода, над клиновидной манжетой размещен поплавок, на нижнем торце которого выполнены радиально ориентированные направляющие, снабженные нажимными пружинами, с верхним краем клиновидной манжеты шарнирно связаны неподвижные оси кулис кулисных механизмов, равномерно размещенных вдоль окружности, соосной с напорным трубопроводом, подвижно оси кулис снабжен роликами, размещенными в направляющих поплавка, а неподвижные оси звеньев кулисных механизмов шарнирно связаны со вторым приварным фланцем напорного трубопровода, снабженным ограничителем угла поворота звеньев.

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

Устройство располагается в обсадной трубе 1 скважины и содержит секцию напорного трубопровода 2 с фланцами 3, многосекционный насос 4 с водоприемной сеткой 5, погружной электродвигатель 6 и приспособление гидроуплотнения в составе клиновидной манжеты 7, смонтированной на первом фланце 8 напорного трубопровода, поплавка 9 с радиально ориентированными направляющими 10, снабженными нажимными пружинами 11, и кулисных механизмов 12, содержащих кулисы 13, неподвижная ось 14 которых шарнирно связаны с верхним краем манжеты, а подвижные оси 15 снабжены роликами 16, и звенья 17 с подвижными осями 18, неподвижные оси 19 которых шарнирно связаны со вторым приварным фланцем 20, снабженным ограничителем 21 угла поворота звеньев кулисных механизмов. Приспособление гидроуплотнения смонтировано на секции 22 напорного трубопровода (фиг.1-2).

На фиг. 3 точками A_o (A₁-A₃) и B_o (B₁-B₃) обозначены соответственно неподвижная (относительно края манжеты 7) и подвижная оси 14 и 15 кулис 13, точками C₀ (C₁-C₃) и D_o (D₁-D₃)-подвижная и неподвижная оси 18 и 19 звеньев 17, точками E_o (E₁-E₃) - поплавок 9.

Работает устройство следующим образом.

Естественный уровень воды в обсадной трубе 1 скважины характеризуется статическим уровнем (прямая I на фиг.1). После включения погружного электродвигателя 6 указанный уровень понижается на величину S_o, 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 R_o.

Расстояние S_o 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 воды в скважине на производительность насоса 4 устройство снабжено приспособлением гидроуплотнения в составе манжеты 7, поплавка 9 и кулисных механизмов 12, равномерно размещенных вдоль окружности, соосной с напорным трубопроводом 2 (фиг. 1).

Манжета 7 выполнена клиновидной формы и смонтирована на первом приварном фланце 8 напорного трубопровода 2. С верхним краем манжеты 7 шарнирно связаны неподвижные (относительно указанного края) оси 14 кулис 13, подвижные оси 15 которых снабжены роликами 16, размещенными в направляющих 10 поплавка 9 (фиг.2).

В радиально ориентированных направляющих 10 установлено по одной нажимной пружине 11, воздействующей на соответствующий ролик 16 со стороны обсадной трубы 1. Неподвижные оси 19 звеньев 17 шарнирно связаны со вторым приварным фланцем 20, снабженным ограничителем 21 угла поворота звеньев 17 кулисных механизмов 12.

Количество секций напорного трубопровода 2, последовательно стыкуемых посредством фланцев 3 при погружении устройства в обсадную трубу 1 и предшествующих секции 22, оснащенной приспособлением гидроуплотнения, выбирают из расчета, чтобы граница раздела сред в скважине пересекала стенки указанной секции 22 выше поплавка 9, установленного относительно первого приварного фланца 8 в исходное состояние, при котором наблюдается зазор между манжетой 7 и обсадной трубой 1, позволяющий производить погружение устройства в скважину.

В исходном состоянии поплавка 9 оси 14, 15, 18 и 19 кулисных механизмов 12 расположены в точках A₁, B₁, C₁ и D₁ соответственно (фиг.3).

По мере погружения секции 22 на заданную глубину поплавок 9, достигнув статического уровня воды, под действием выталкивающей силы совершит относительно фланца 8 возвратно-поступательное смещение по траектории: E₁ -> E₂ -> E₁ -> E₃. Соответственно, кулисные механизмы 12, имеющие нежесткую связь с поплавком 9 и жесткую связь с напорным трубопроводом 2 примут положение, при достижении которого неподвижные оси 19 звеньев 17 сместятся из точки D₁ в точку D₃ по траектории: D₁ -> D₂ -> D_o -> D₃. При этом, оси 14 и 15 кулисы 13 опишут траектории A₁ -> A₂ -> A₃ и B₁ -> B₂ -> B₁ -> B₃ соответственно, а оси 18 звеньев 17 - траекторию: C₁ -> C_o -> C₂ -> C_o -> C₃ (фиг.3).

В результате три оси кулисных механизмов 12 разместятся на прямой B₃-C₃-D₃, составляющей с линией D₁-D₃ угол "бета". Такое взаимное положение кулис 13 и звеньев 17 является исходным т.е. предшествующим рабочему положению, при котором осям 14, 15, 18 и 19 соответствуют точки A_o, B_o, C_o и D_o.

После окончания монтажа устройства и запуска электродвигателя 6 вода из обсадной трубы 1 через водоприемную сетку 5 начнет поступать в напорный трубопровод 2. С понижением уровня воды поплавок 9 переведет кулисные механизмы 12 в рабочее положение, при котором верхний край манжеты 7 прижмется к стенкам обсадной трубы 1 и под действием центробежной силы насоса 4 надежно перекроет указанный выше зазор, 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 обсадную трубу 1 скважины (фиг.2).

В момент выключения электродвигателя 6 в результате резкого повышения уровня воды происходит гидроудар, за счет которого восстанавливается зазор между верхним краем манжеты 7 и стенками обсадной трубы 1. При этом кулисные механизмы 12 из рабочего (точки A_o, B_o, C_o, D_o) переведутся в исходное состояние (точки A₃, B₃, C₃, D₃), задаваемое ограничителем 21 угла поворота звеньев 17. Обратный перевод произойдет при очередном включении электродвигателя 6.

Если электродвигатель включен c целью проведения профилактических работ, то до момента достижения приспособлением гидроуплотнения статического уровня и за счет воздействия на поплавок 9 выталкивающей силы демонтаж устройства (подъем его из скважины) будет происходить при исходном состоянии кулисных механизмов 12 (точки A₃, B₃, C₃, D₃ на фиг.3).

При дальнейшем подъеме устройства кулисные механизмы 12 под действием веса поплавка 9 примут положение, при достижении которого неподвижные оси 19 звеньев 17 сместятся из точки D₃ в точку D₂ по траектории: D₃ -> D_o -> D₂. При этом оси 14 и 15 кулисы 13 опишут траектории A₃ -> A_o(A₂) и B₃ -> B_o(B₁) -> B₂ соответственно, оси 18 звеньев 17 - траекторию: C₃ -> C_o -> C₂, а поплавок 9 относительно фланца 8 сместится по траектории: E₃ -> E_o(E₁) -> E₂. В результате кулисные механизмы 12 примут промежуточное положение A₂, B₂, C₂, D₂, при котором манжета 7 прижата к стенкам обсадной трубы, пружины 11 направляющих 10 максимально сжаты, а звенья 17 находятся в горизонтальном положении (фиг.3).

В точке A_o(A₂) оси 14 кулис 13 находятся до момента смещения осей 19 звеньев 17 из точки D'' в направлении точки D₁, после которого кулисные механизмы 12 под действием веса поплавка 9 примут положение A₁, B₁, C₁, D₁, при котором зазор между приспособлением гидроуплотнения и стенкой обсадной трубы 1, обеспечивающий беспрепятственный подъем устройства из скважины, восстанавливается.

Таким образом, наличие столба воды над уплотняющим элементном приспособления гидроуплотнения при одновременном воздействии снизу разряженной воздушной среды, следствием чего является недостаток прототипа, 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.

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 выполнено в виде манжеты клиновидной формы, смонтированной на первом приварном фланце напорного трубопровода, над клиновидной манжетой размещен поплавок, на нижнем торце которого выполнены радиально ориентированные направляющие, снабженные нажимными пружинами, с верхним краем клиновидной манжеты шарнирно связаны неподвижные оси кулис кулисных механизмов, равномерно размещенных вдоль окружности, соосной с напорным трубопроводом, подвижные оси кулис снабжены роликами, размещенными в направляющих поплавка, а неподвижные оси звеньев кулисных механизмов шарнирно связаны с вторым приварным фланцем напорного трубопровода, снабженным ограничителем угла поворота звеньев.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3