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Verfahren zur Abstellung des Sandeinzuges
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aus dem Aflsenkungsbereich des Bohrbrunnens.
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Der isohrrunnen, soweit dieser zum Zwecke der Wassergewinnung aus
der Erde vorbestimmt ist, wie z.B. zur Bewässerung von grossen anbauflächen landwirtschaftlicher
Art und dies vorwiegend in üDerseeischen Ländern, oder zur Wasserversorgung von
Gemeinden und Industrie, unterliegt Betriebsbestimmungen, von denen seine Wirtschaftlichkeit
Desonders dann abhängig ist, wenn dieser Brunnen eine anhaltende Sandführung des
Wassers zeigt bohrbrunnen für landwirtschaftliche Flächenbewässerungen mus sen vorwiegend
mehrere Monate hintereinander in Betrieb gehalten werden. Die Sandführung dieser
Brunnen kann gemäss der Patentanmeldung in den verschiedensten Ländern der Erde
durch eine Steuerung des Saugstromes ( P 24 01 327.225 vom 25.9.75 ) behoben werden.
Dies ist dadurch möglich, weil die Förderpumpen in diesen Brunnen, meist mit stationären
Dieselmotoren angetriebene vom Anfang bis zur Erreichung des Beharrungszustan des
sehr langsam angefahren werden. Die Absenkung des Wasserspiegels bei geringer Anfangsleistung
der Pumpe vom ruhenden Wasserspiegel ab bis zur Erreichung des Beharrungezustandes
und somit vorgesehener Gesamtleistung der Pumpe vollzieht sich sehr langsam, wobei
das aus den wasserftilirenden Sanden in den brunnen einziehende Wasser mit geringer
Pliessgeschwindigkeit kaum noch eine Schleppkraft hat, welche den Feinsand mit dem
in das Brunneninnere einziehende Wasser bringt.
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Im Entnahmebereich wird die Wassereinzugsgeschwindigkeit mtttels der
Steuerung bestimmt und diese ist entsprechend der Fördermenge
der
Pumpe, aber auch der Körnung der wasserftifirenden Sande angepasst. Ist bei einem
Bohrbrunnen mit eingebauter Förderpumpe nach langsamer Anlaufzeit die Grenze erreicht,
bei welcher die Förderleistung der Pumpe und die maximale Absenkung konstant bleibt,
wird dieser Brunnen selbst bei monatelanger Betriebszeit nur noch sandfreies Wasser
liefern.
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bei Brunnen mit periodischen Schaltungen der Pumpe konnte bisher nicht
für eine sandfreie Wasserförderung garantiert werden, selbst wenn dieser Brunnen
mit einer genau berechneten Steuerung versehen wurde. Der Sandeinzug in diese Brunnen
erfolgt aus dem Absenkungsbereich, wenn das Wasser selbst nach dem Einbau einer
Steuerung immer noch sandfährend bleibt.
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Diese Steuerung erfasst nur den Tiefenbereich der wasserführenden
Schichten in der Länge der Steuerung. Der kbsenkungsbereich wird von dieser nicht
erfasst.
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Zur Abstellung des Sandeinzuges aus dem Absenkungsbereich sind physikalische,
wie auch geologische Grundsätze zu berücksichtigen, welche sich teils durch die
Arbeitsweise der Pumpe, teils aber auch durch die kapillare Beschaffenheit des Wasserleiters
im Absenkungsbereich ergeben.
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Beim Einschalten der Förderpumpe fällt zunächst die sich im Inneren
des Brunnens befindliche Wassersäule vom ruhenden Wasserspiegel sehr schnell ab,
während gleichzeitig ausserhalb des Brunnens unmittelbar um die Brunnenfilter herum
das Wasser dem Brunnenzuu viel langsamer in Bewegung gerät. Die Sandvorlagerung
um die Kies- oder Sandschüttung, welche die Brunnenfilter umgibt, wird mit zunehmender
Schleppkraft des Wassers beweglich und kann durch die Kies- oder Sandschüttung,
aber auch durch die Filterschlitze hindurch in zunehmender Menge von oben in das
Brunneninnere gelangen.
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Ausserhalb der Kies- oder Sandschüttung vollzieht sich die Absenkung
des Wasserspiegels wesentlich langsamer, als im Brunneninneren und es entsteht dadurch
eine beachtliche Sickerstrecke.
In der Vollziehung der Absenkung
nimmt diese ausserhalb des Brunnens an Reichweite zu und die Absenkungskurve wird
zunehmend flacher. Der Sandgehalt im Wasser nimmt mengenmässig langsam ab, aber
durch die turbulente Wasserbewegung, die ausserhalb des Brunnens eine Bildung einer
filternden Vorschicht vor der Kies- oddr Sandschüttung nicht zulässt, kann auch
die Sandfuhrung des Wassers aus diesen Bereich nicht gänzlich unterbunden werden.
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Ob beim Ausbau des Brunnens die Körnung der Schüttung zu gross gewählt
wurde, oder ob man den oberen Wasserleiter besser mit Vollrohren auszubauen unterliess,
kann nachträglich kaum mehr festgestellt werden. Viele Fehler unterlaufen schon
bei der Entnahme der Bohrproben während der Bohrarbeiten, wie bekannt.
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Der Charakteristik der Pumpe entsprechend muss die beim Anlauf der
Pumpe im Brunnen stehende Wassersäule, wie bisher, ungehindert nach unten abfallen
können, denn dadurch wird der Wassereinzug aus den tieferen Bereichen des Brunnens
möglich. Die Pumpe wird anfangs von der abfallenden Wassermenge im Inneren des Brunnens
die Wasserförderung aufnehmen und durch das so entstehende Fehlen des Gegendruckes
kann das Wasser aus den anderen Bereichen in den Brunnen einziehen. Dieser gleitende
Übergang vom Anfang der Absenkung zur Aufnahme des Wassers von der Pumpe aus den
weiteren Wassereinzugsbereichen in den Brunnen kann keine Änderung erfahren. Es
kann also nur der Wassereinzug im Absenkungsbereich derart abgefangen werden, dass
dadurch diese Absenkung allein der kapillaren Leistung des Wasserleiters im Absenkungsbereich
entspricht. Die Wasserbewegung in diesem Bereich muss unter d e r Grenze gehalten
werden, bei der sich die Schleppkraft des Wassers sandbewegend gestaltet.
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Die Trennung zwiaahan dem .~assereinsug aus dem bsenkurigSbe reich
mit der Wirkung zur Behebung der Schleppkraft des Wassers einerseits und dem Abfall
der Wassersäule im Inneren des Brunnens beim Anlauf der Pumpe anderseits ist durch
den Einbau
eines Einsatzrohres, gemäss der Erfindung, gegeben.
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Dieses Einsatzrohr aus PVC- oder anderem, geeigneten Material muss
bei unterwasserpumpen im Brunnen, deren Förderleitungen fast durchwegs mit Flanschenverbindungen
ausgerüstet sind* im Innendurchmesser derart bemessen sein, dass die im Brunnen
anstehende Niassersäule vom ruhenden Fasserspiegel ab sich beim Einschalten der
Pumpe ungehindert absenken kann. Bei Viellenpumpen, deren Steigleitungen nur Muffenverbindungen
aufweisen, ist das wesentlich einfacher.
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Durch dieses Verfahren, gemäss der Erfindung, wird Förderpumpe und
Brunnen zu einer harmonischen Arbeitseinheit, welche schon durch die Anwendung einer
Saugstromsteuerung einen Teilfortschritt auf diesem Gebiete erfuhr.
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Die Erfindung ist in der Zeichnung in ihrer Anwendung und T~irkung
im Vergleich zum bisherigen Stand der Technik, vtie folgt, erläutert: Fig. 1 der
Zeichnung zeigt einen dohrbrunnen, ausgebaut mit Filtern 1 und Vollrohre 2, mit
eingebauter Förderpumpe 3 und diese in Verbindung mit einer Steuerung 4, gemäss
der bereits bekannten Patentanmeldung.
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Die Linie A zeigt den ruhenden N4viasserspiegel, Linie B die max.
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Absenkung bei einer anzunehmenden Fördermenge der Pumpe 3, die sich
innerhalb des Steuerzylinders 5 der Saugstromsteuerung 4 befindet. Die Massersäule
im Inneren des Brunnens von A bis Ji ist während der Absenkung abgefallen und das
Wasser aus dem Absenkungsoereich fällt mit steiler Kurve dem Brunnen zu ab.
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Die Schleppkraft des Wassers bringt des Sand in das Brunneninnere
und die Sandfuhrung des Wassers hält selbst nach Erreichung der max. Absenkung an.
beim Abschalten der Pumpe steigt die abgefallene Wassersäule anfangs schnell an
und verlangsamt dann zunehmend den Auftrieb, bis die Höhe des ruhenden ixasserspiegels
erreicht ist. Dieser Vorgang wiederholt sich bei jeder Schaltung der Pumpe.
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Fig. 2 der Zeichnung zeigt einen Brunnen in gleicher Abmessung,
wie
Figo 1, jedoch ausgerüstet mit einem Einsatzrohr 6, gemäss der Anwendung der Erfindung.
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Beispiel: Der Brunnen ist mit Vollrohre 2 von Brunnenoberkante 7 bis
zum ruhenden Viasserspiegel A ausgebaut und nachfolgend diese Vollrohre mit Brunnenfiltern
1 bis zur Brunnensohle 8 verbunden. In diesen beiden Brunnen nach Fig. 1 und 2 ist
jeweils eine Förderpumpe 3 eingebaut, welche mit einem Steuerzylinder 5, zugehörig
zur Saugstromsteuerung 4, umgeben ist. Förderleistung der Pumpe ca. 40 l/s.
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Das Einsatzrohr 6, am oberen und unteren Ende offen, steht mit dem
oberen Ende 9 überhalb dem ruhenden Wasserspiegel und mit dem unteren Ende 10 unter
der Marke der max. Absenkung. Dieses Einsatzrohr 6 kann entweder an der Steigleitung
der Pumpe 11, oder am oberen Ende der Vollrohre 7 des Brunnens befestigt werden.
Ist der Innendurchmesser der Brunnenfilter mit 300 mm bemessen, so erhält das Einsatzrohr
6 einen Aussendurchmesser von beispielsweise 280 mm. Dieses Einsatzrohr wird aussen
mit Führungen 12 zur Sicherung eines gleichmässigen Abstandes zum Brunnenfilter
1 versehen. Dieser freie Raum 13 nimmt während der zu as s Vliasserspiegelabsenkung
das Wasser aus dem Absenkungsbereich 15 auf, bildet aber infolge der Raumenge einen
Teilwiderstand, der ein Schnellerwerden der Wasserbewegung vom Aussenrand der Kies-
oder Sandschüttung 16 bis zur Wandung des Einsatzrohres nicht zulässt. Die Kurve
der Absenkung wird dadurch flacher, die Wasserbewegung verlangsamt, sodass keine
Schleppkraftbildung mehr aufkommen kann. Der Sandeinzug aus dem Absenkungsbereich
wird damit behoben und auch das Zustandekommen einer Sickerstrecke ist dadurch weitgehendst
ausgeschaltet. Wenn der Aussendurchmesser des Einsatzrohres infolge begrenzter Normen
von Rohrgrössen kleiner genommen werden muss und dies auch der Flanschendurchmesser
der Steigrohre der Pumpe noch zulässt, so kann am unteren Ende 9 des Einsatzrohres
ein entsprechend starker Streifen mit abgerundeten Kanten angesetzt werden.
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Zur sandfreien Wasserförderung aus den tieferen Bereichen
des
Brunnens ist an der Unterwasserpunpe eine Saugstromsteuerung 4 angeschlossen, deren
Arbeitsweise und Wirkung bereits bekannt ist.
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Fig. 3 der Zeichnung veranschaulicht ein Einsatzrohr 6, gemäss der
Verfahrensanwendung für den Einbau in einen Bohrbrunnen, in welchem eine Unterwasserpumpe
montiert ist.
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Die einzelnen Baulängen dieser Rohre sind von der Ausfahrt~ höhe des
Einbaugerätes abhängig. Die Wandstärke dieser Rohre müssen sich nach dem freien
Raum 13 nach Fig. 2 richten, der zwischen den Flanschen 16 der Steigleitung der
Pumpe und der Innenwandung der Brunnenfilter vorhanden ist.Bei Unterwasserpumpen
im Brunnen sind Muffenverbindungen für diese Rohre ungeeignet. Der Zusammenbau dieser
Rohre 18 und 19 kann bei Stahlrohre entweder durch Zusammenschweissen der Stösse
erfolgen, oder, wenn der freie Raum es zulässt, mittels eines Innennippels 10, der
mit einem Rohrende fest verbunden ist.
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Die Aussenwandung dieses Einsatzrohres soll möglichst glatt sein,
um keine Sandanhaftungen oder Versandungsbildungen entstehen können.
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Bei Wellenpumpen im Brunnen, deren Steigleitungen keine Flanschen,
sondern Muffenverbindungen haben, wird die Aussenwandung des Einsatzrohres glatt
gehalten und eine Innenmuffe dient der Rohrverbindung.
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