HU189694B - Intake works of liquids first for wells of high-temperature thermal waters - Google Patents

Abstract

A találmány tárgya folyadék-kitermelő berendezés, elsősorban magas hőmérsékletű termálvíz-kutakhoz, amelynek a kútban elrendezett folyadékszállító egysége, a folyadékszállító egységgel összekötött meghajtó egysége, valamint folyadékelvezető csőrendszere van. A találmány lényege, hogy a folyadékszállító egység külső-felszíni meghajtású, pozitív vízkiszorftásos, szeleprendszer nélküli forgőkamiás folyadékszállltó szerkezetként van kialakítva, amellyel a meghajtó egység (5) főtengelye (I8)poligon felületű eleméből álló axialis irányban elmozdulni képes tengelykapcsolón (19) és menetes karmantyúkkal (21) összekapcsolt több egységből álló meghajtó tengelyen (20) keresztül van összekötve és amely folyadékszállító szerkezet a kút béléscsőrakatában (1) rugalmas anyagú, célszerűen elasztomer központosító elemekkel (30) van kitámasztva, emellett a folyadékelvezető csőrendszerből, vagyis a tolyadékszáŐitó szerkezet nyomóvezetékéből a kútba visszacsatlakoztatott visszakeverő vezeték (7) van leágaztatva, amely visszakeverd vezetékbe (7) illetve a leágazás után a nyomóvezetékbe egy-egy vezérelhető zárószelvény (8, 9) van beépítve. -1-

Description

A találmány tárgya folyadék-kiterinelő berendezés, elsősorban magas hőmérsékletű termálvíz kutakhoz, amely berendezés lehetővé teszi különféle magas hőmérsékletű folyadékok (termálvíz, olaj) kitermelését különböző mélyfúrású kutakból, különösképpen csőku lakból, számolva a kút változó hidrogeológiai adottságaival, a folyadék homok- és'gáztartalmával, valamint vízkő kiválására és korrózióra való hajlamával.

Közismert, hogy Magyarországon több, mint 600 db termálvíz kút működik, és világviszonylatban nálunk van a legtöbb olyan mezőgazdasági létesítmény (kertészeti növényház és fóliasátor) amelyet termálvízzel fűtenck. Emellett jelentős a kommunális célú és balneológiái termálvíz-hasznosítás is. Az ily módon évente megtakarított olaj mennyiség meghaladja a 100 ezer tonnát.

Gyakorlati tapasztalat, hogy a termálvíz-kutak vízhozama 10 15 évi üzem után 30-501-kai csökken, ezért vagy újabb kutakat kell furatni, vagy kazánfűtésre kell átállni. Ezzel szemben az utóbbi években végzett kísérletek azt igazolták, hogy megfelelő körülmények között működő mechanikus termeltetés segítségével visszanyerhető a kutak eredeti vízhozama.

Történtek kísérletek kompresszor alkalmazására a vízhozam növelése érdekében, azonban az igen rossz hatásfok, a korlátozott vízkitermelő kapacitás és a vízkő-kiválás elősegítése miatt ez a megoldás nem vált be. Próbálkoztak ugyanakkor többfokozatú centrifugál szivattyú alkalmazásával is, ahol azonban az alábbi problémák jelentkeztek:

- 70 és 100 °C közötti termálvizek esetében csak egészen különleges villamos oldali szigetelésű és ezért csak igen drága import gépek alkalmazhatók búvárszivattyúként

- Ezen szivattyúk az álló- és forgórészek közötti kisméretű illesztési rések miatt rendkívül érzékenyek a víz homoktartalmára éa hőmérsékletváltozások okozta hőtágulásra.

- Ugyancsak igen érzékenyek ezek a szivattyúk a víz magas gáztartalma miatt előálló kavitációs jelenségekre, valamint a szivattyú beljesében és környékén jelentkező vízkőkiválásra.

- Végül a legsúlyosabb problémát az okozza, hogy a szivattyú egyenletes folyadékszáliítási teljesítményével szemben a kút természetes hozama, vagyis vízadó (folyadékadó) képessége változó, és mivel a két tényező egymástól függetlenül érvényesül, az így fellépő lökésszerű terhelés a folyadékadó (vízadó) rétegek számára olyan károsodást jelent, amely enyhébb esetben a kút intenzív homokoldódását, kedvezőtlenebb esetben pedig a járatok beomlását idézheti elő, ami gyakorlatilag a kút tönkremeneteléhez vezet.

A találmány által megoldandó feladat a fenti problémák kiküszöbölés és olyan folyadék-kitermelő berendezés létrehozása, elsősorban magas hőmérsékletű termálvíz-kutakhoz, amely a folyadékkal kitermelt szilárd szennyeződéseket károsodás nélkül képes szállítani, ugyanakkor önfelszívó tulajdonságú és a szállított közegek gáztartalmára és magas hőmérsékletére érzéketlen, emellett kiküszöböli a kút lökésszerű terhelését és biztosítja a szivattyú kavitációmentes üzemelését,

A kitűzött feladatot a találmány értelmében azáltal oldjuk meg, hogy a folyadékkitermelő berendezés folyadékszállító egysége külső-felszíni meghajtású, pozitív vízkiszorításos, szeleprendszer nélküli forgókamrás folyadékszállító szerkezetként van kialakítva, amellyel a meghajtó egység főtengelye poligan felületű elemekből álló, axiális irányban elmozdulni képes tengelykapcsolón és menetes karmantyúkkal összekapcsolt, több egységből álló meghajtó tengelyen keresztül van összekötve, és amely folyadékszállító szerkezet a kút béléscsörakutában rugalmas anyagú, célszerűen elasztomer központosító elemekkel van kitámasztva, emellett a folyadékelvezető csőrendszerből, vagyis a folyadékszállító szerkezet nyomóvezetékéből a kútba visszacsatlakoztatott visszakeverő vezeték van leágaztatva, amely visszakeveiő vezetékbe illetve a leágazás után a nyomóvezetékbe egy-egy vezérelhető zárószelvény van beépítve.

A fenti megoldás egyrészt károsodás nélkül lehetővé teszi a megválasztott geometriai méretektől függő szemcseméretig a szilárd szennyeződések szállítását, ugyanakkor önfelszívó tulajdonságú és a szállított közegek víztartalmára is érzéketlen. Emellett a meghajtó egység felszíni elhelyezése a villamos részek hőhatástól való megóvását is lehetővé teszi, a visszakeverő egység pedig csak annyi folyadékot enged kivenni a kútból, amennyi a kút károsodása illetve a szivattyú kavitációmentes üzeme szempontjából megengedhető.

A találmány célszerű kiviteli alakja értelmében a folyadékszállító szerkezet egy mélykút kivitelű excentrikus csigaszivattyú, amelynek folyadékkenésű, nagy menetemelkedésű speciálisan kialakított, célszerűen elasztomer futófelületű, a nyomócsöveket összefogó illeszkedő csapágyai, nagy nyomatékok átszármaztatására alkalmas kitérő tengelykapcsolattal összeköttetésben álló forgó része, speciális belső profilú, célszerűen elasztomer anyagú állólése, valamint a forgórész és az állórész különböző profilja és menetemelkedése következtében kialakult forgó kamrai vannak.

A találmány értelmébel ugyancsak célszerű, ha a visszakeverő vezeték vezérelhető zárószelvényei egy üzemi vizszin(jelzővel vannak automatikus vezérlési kapcsolatban.

Ez a megoldás ugyanis lehetővé teszi a lökésszerű terhelés kiküszöbölését, a folyadék-kitermelés finom szabályozását és az üzemelés szempontjából optimális mennyiségű folyadék kitermelését.

A találmány értelmében előnyös, ha automatikus vegyszeradagolóval van felszerelve, amellyel egy a szivattyú alatti gyűrűs térbe vezető vezeték van összekötve.

Végül a találmány értelmében ugyancsak előnyös ha a nyomócső és a béléscsőrakat közötti gyűrűs térből a kútban felszabaduló gázok elvezetésére alkalmas vezeték van leágaztatva, amelybe automatikus vízszintszabályozó készülék van beépítve.

A találmány részletesebben kiviteli példa kapcsán a csatolt rajz alapján ismertetjük. A rajzon az 1. ábra egy találmány szerinti folyadékkitennelő berendezés vázlatos felépítését mutatja,

A 2a, 2b, 2c ábrák az 1. ábra szerinti berendezés részletesebben kirajzolt felső, középső és alsó részét tüntetik fel, részben metszetben, a 3. ábra a főtengely hajtótengellyel való poligon tengely kapcsolatát tünteti fel, félnézet-félmetszetben, az előbbieknél nagyobb méretarányban, míg a 4. ábra a folyadékszállító szerkezet csapágyazását és béléscsőben való rugalmas kitámasztását mutatja, félnézet-félmetszetben.

189.694

Amint az az 1. ábrán látható, a találmány szerinti folyadék-kitermelő berendezésnek, amely egy I béléscsőrakat által alkotott mélyfúrású kútba van beépítve, excentrikus 3 csigaszivattyúként kialakított folyadékszállító szerkete, a 2 kútfejre peremesen csatlakoztatott 4 szivattyúfeje és 5 meghajtó egysége van, amely a rajzon látható módon a felszínen van elrendezve, ami lehetővé teszi az elektromos részek megóvását a kútban uralkodó magas hőmérsékletek hátrányos követekzrnényeitől. A 4 szivattyúfejből ágazik le a folyadékelvezető vezeték, amely 6 tolózárral lezárható, ugyanakkor ebből a folyadékelvezető vezetékből szintén leágazik egy 7 visszakeverő vezeték, amely a kút gyűrűs terével van összekötve és amely a leágazás után a folyadékelvezető vezetékbe beépített 8 tolózárral és a 7 visszakeverő vezetékbe beépített 9 tolózárral együtt egy visszakeverő egységet képez. A visszakeverő egység 8, 9 tolózárait célszerűen egy 10 üzemi vízszintjelző vezérii automatikus módon. A 8, 9 tolózárak megfelelő összhangba állításával a vízkitermelés olyan finom szabályozását valósíthatjuk meg, hogy a visszakeverő egység mindig csak annyi folyadékot enged kivenni a kútból, amennyi a kút károsodása, valamint a 3 csigaszivattyú kavitációmentes üzeme szempontjából megengedhető. A 8. 9 tolózárak helyett alkalmazható motorikus működtetésű háromjáratú csap is, amelyet szinténa 10 üzemi vízszintjelző vezérelhet.

A 3 csigaszivattyú nyomócsonkján levő 6 tolózár lezárása és a 8, 9 tolózárak kinyitása lehetővé teszi, hogy a szivattyúüzemet leállítva a kút gyűrűs terén keresztül szabad kifolyással is lehessen üzemeltetni, a csúcsterhelési időn kívül, amivel villamoseneriga-költséget lehet megtakarítani, vagy a szivattyú meghibásodása esetén - pozitív kútba építve minimális fűtést lehet biztosítani a hasznosító berendezés részére.

A termálvízzel együtt feltörő gázokat el kell távolítani a kút gyűrűs teréből, különben a gáztér fokozatosan eléri a szivattyút .Ennek megakadályozására a kútból gázelvezetésre alkalmas 11 vezeték van leágaztatva, amelybe automatikus 12 vízxzintszabályozó készülék van beépítve, amely lehetővé teszi mind a kivált gáz folyamatos eltávolítását, mind pedig ezt követően - a vízkiömlés megakadályozását.

A szivattyúzás hatására a vízkőkiválás kezdete Cboboiék-pont) a szivattyú közelébe kerül és annak, valamint a hálózat felső szakaszának az elvízkövesedését okozza. Ennek megakadályozására a 3 csigaszivattyú alatti gyűrűs térbe 13 vezetéken keresztül egy automatikus vegyszer-adagolóból vízkiválást megakadályozó vegyszer, pl. NajPiOj kerül beadagolásra.

A 2a, 2b és 2c ábrák az 1. ábrán Iá tható berendezés részletesebb felépítését tüntetik fel. A 2a ábrán, amely a folyadék-kitermelő berendezés felső részét mutatja, jól látható a 2 kútfejre karimásán csatlakoztatott 4 szivattyúfej, amely magában foglalja a 14 nyomócsőcsonkot, az 15 ellenőrző szerelőnyílásokat és a csúszógyűrűs tengelytömítést. Felső pereméhez csatlakozik a 16 csapágy, amelyben gördülő csapágyakban fut az 5 meghajtó egység által meghajtott 18 főtengely. Ez a 18 főtengely gumicsillagos, oldható, rugalmas 16 tengelykapcsolón keresztül kapja a hajtást az 5 meghajtó egységről. Ugyanakkor a csapagyazott 18 főtengely egy speiális, axiális tengelybeállítást is biztosító, célszerűen poligon felületű elemekből álló 19 tengelykapcsolón keresztül adja át a forgatónyomatékot a több egységből álló 20 meghajtó tengelynek, amely egységek 21 menetes karmantyúkkal kapcsolódnak egymáshoz.

A 18 főtengely és a 20 meghajtó tengely 19 tengelykapcsolójának felépítése a 3. ábrán látható a legjobban. Az ábrából kitűnik, hogy a csapágyazott 18 főtengelyhez a 19 tengelykapcsoló oldható 32 csapszeges kötéssel van rögzítve. A 19 tengelykapcsolónak poligon furat ú, külső menetes 33 hüvelye van, amelybe egy poligon külső felületű peremes 34 közdarab csatlakozik és ezen 34 közdarab belső furatában illeszkedik a 20 meghajtó tengely menetes vége. A peremes 34 közdarab a poligon furatú külső menetes 33 hüvelyben egy hollandi anyára emlékeztető 35 állító hüvely segítségével állítható be a kívánt helyzetbe, ahol egy 36 ellenanyával rögzíthető.

A 2b ill. 2c ábra a berendezés középső részét mutatja. Itt az látható, hogy a 24 nyomócső rakat alsó végére csatlakoztatva függ a tulajdonképpeni folyadékszállító egység, vagyis a 3 csigaszivattyú, amelynél célszerűen egy speciális kialakítású, nagy nyomatékok átszármaztatására alkalmas 26 kitérő tengelykapcsolat biztosítja a szivattyú hozzá kapcsolódó 27 forgórészének összetett mozgását A 27 forgórész célszerűen egy elasztomer anyagú és speciális belső profilú 28 állórészben végzett összetett forgómozgásával a szállítandó közeget a 27 forgórész és a 28 állórész különböző profilja és menetmelkedése következtében kialakult 29 kamrákban szállítja.

A fúrólyukba (kútba) süllyesztett folyadék-kitermelő berendezést elasztomer anyagú, célszerűen gyűrűalakú 30 központosító elemek tájolják illetve támasztják ki, amelyek kialakításuk révén a fellépő rezgéseket is csillapítják.

A 3 csigaszivattyú szívócsonkja alul 31 szívókosárral van ellátva a nem kívánt szennyeződések távoltartására.

A 4. ábrán a 3 csigaszivattyú 20 meghajtó tengelyegységeinek csapágyazása látható részletesebben. Amint az a rajzon látható, az egyes 20 meghajtó tengelyegységek fémházba foglalt, folyadékkenésű, nagy menetemelkedésű, speiális fém, vagy célszerűen elasztomer anyagú 22 futófelülettel ellátott 23 csapágyakban futnak, amely csapágyak a 24 nyomócsöveket összefogó 25 karmantyúkba illeszkednek.

A fentiekben leírt műszaki megoldás alkalmas tehát arra, hogy kiküszöbölhetővé tegye mindazokat a problémákat, amelyek a többfokozatú, centrifugál rendszerű szivattyúknál a magas hőmérséklet, valamint a gáz- és homoktartalom miatt jelentkeznek és egyben kiküszöböli a lökésszerű terhelésből adódó problémákat is.

A találmány szerint kialakított folyadék-kitermelő berendezés nagy üzembiztonságot jelent a geotermikus energiát hasznosítani kívánó üzemeltető számára és jelentős olajmegtakarítás elérését teszi lehetővé.

Claims (5)

1. Szabadalmi igénypontok

   1. Folyadék-kitermelő berendezés, elsősorban magas hőmérsékletű termálvíz-kutakhoz, amelynek a kútban elrendezett folyadékszállító egysége, a folyadékszállító egységgel összkötött meghajtó egysége, valamint folyadékelvezető csőrendszere van, azzal jellemezve, hogy a folyadékszállító egység külső-felszíni meghajtású, pozitív vízkiszorításos, sze-41

   189.694 lep rendszer nélküli forgókamrás folyadékszállító szerkezetként van kialakítva, amellyel a meghajtó egység (5) főtengelye (18) poligon felületű elemekből álló, axiális irányban elmozdulni képes tengely- 5 kapcsolón (19) és menetes karmantyúkkal (21) összekapcsolt, több egységből álló meghajtó tengelyen (20) keresztül van összekötve, és amely folyadék-szállító szerkezet a kút béléscső rakatéban (1) rugalmas anyagú, célszerűen elasztomer központosító elemekkel (30) van kitámasztva, emellett a folyadék- 10 elvezető csőrendszerből, vagyis a folyadékszállító szerkezet nyomóvezetékéből a kútba visszacsatlakoztatott visszakeverő vezeték (7) van leágaztatva, amely visszakeverő vezetékbe (7), illetve a leágazás után a nyomóvezetékbe egy-egy vezérelhető zárószerelvény (8, 9) van beépítve. * °
2. 2. Az l. igénypont szerinti berendezés, azzal jellemezve, hogy a folyadékszállító szerkezet egy mélykút kivitelű exentrikus csigaszivattyú (3), amelynek folyadék-kenésű, nagy menetemelkedésű, speciálisan kialakított, célszerűen elasztomer futó- 20 felületű (22), a nyomócsöveket (24) összefogó karmantyúkba (25) illeszkedő csapágyai (23), nagy nyomatékok átszármaztatására, alkalmas kitérő tengelykapcsolattal (26) összeköttetésben anó forgórész (27), egy speciális belső profilú, célszerűen elasz‘ mer anyagú állórésze (28), valamint a forgórész (27) és az álórész (28) különböző profilja és menetemelkedése következtében kialakult forgó kamrái (29) vannak.
3. 3. Az 1. vagy 2. igénypont szerinti berendezés, azzal jellemezve, hogy a visszakeverő vezetéki?) vezérelhető zárószelvényei (8,9) egy üzemi vízszintjelzövel (10) vannak automatikus vezérlési kapcsolatban.
4. 4. Az 1-3. igénypont bármelyike szerinti berendezés, azzal jellemezve, hogy automatikus vegyszeradagolóval van felszerelve, amellyel egy a szivattyú (3) alatti gyűrűs térbe vezető vezeték (13) van összekötve.
5. 5. Az 1-4. igénypont bármelyike szerinti berendezés, azzal jellemezve, hogy a nyomócső (24) és a béléscsőrakat (1) közötti gyűrűs térből a kútban felszabaduló gázok elvezetésére alkalmas vezeték (11) van leágaztatva, amelybe automatikus vízszintszabályozó készülék (12) van beépítve.