RU2134749C1

RU2134749C1 - Device for delivery water from well

Info

Publication number: RU2134749C1
Application number: RU97121400A
Authority: RU
Inventors: В.А. Ермаков; А.Г. Костин; В.Н. Куликов
Original assignee: Муниципальное предприятие "Водоканал" г.Тольятти Самарской обл.
Priority date: 1997-12-26
Filing date: 1997-12-26
Publication date: 1999-08-20

Abstract

FIELD: water supply systems. SUBSTANCE: device is intended for delivery of artesian water to trunk lines of municipal water supply systems. Device has following components: pressure pipeline, multiple-section immersed pump together with electric motor installed in casing pipe, and hydraulic sealing unit installed on pressure pipeline below static water level in well. Hydraulic sealing unit is provided with shut-off mechanism, float and supporting flange of pressure pipeline. Upper end of it has float stroke limiter made in the form of bushes of preset length. Each bush is rigidly installed for ensuring coaxiality with corresponding through-hole in supporting flange. Mounted on float and on supporting flange at side of casing pipe are corresponding upper edge and lower of main sealing unit lower edge of cylindrical configuration. Walls of main sealing unit at side of pressure pipeline are pivotally connected with common axles of operating mechanisms, each of them is made up of first and second levers. Stationary axle of first lever is pivotally connected with upper end of supporting flange, and stationary axle of second lever is connected with lower end of float which is provided with additional sealing member. Each of them is installed for ensuring coaxiality with corresponding float stroke limiter. Each float stroke limiter carries shut-off mechanism rod rigidly installed on lower end of float. Installed in each rod is one shut-off member having return spring. Aforesaid embodiment of device ensures reliable sealing between walls of pressure pipeline and casing pipe of well. EFFECT: higher efficiency. 3 dwg

Description

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. The invention relates to devices and mechanisms intended for the operation of groundwater sources and water intake structures, in particular, for pumping artesian water into the main lines of urban water supply systems.

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]. Known devices for supplying water from a well, containing a pressure pipe, a multi-section pump immersed in a well with a transmission shaft passing inside the pressure pipe, and an electric motor mounted on a bed above the wellhead [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. The presence of known transmission devices that do not allow precise adjustment of the gaps between the impellers and the pump guide vanes leads to large volumetric losses, reduced flow, pressure and pump efficiency.

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]. The closest to the proposed technical essence and the achieved effect is a device for supplying water from the well, containing a pressure pipe located in the casing, a multi-section pump with a submersible motor and a hydraulic seal installed on the pressure pipe below the static water level in the well, and made in the form a sealing element, the inner cavity of which is connected to the line of high pressure laid along the pressure pipe to the wellhead [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. A disadvantage of the known device is the unreliability of the seal, which is a consequence of the presence of a column of water above the sealing element, made in the form of an inflatable chamber, while simultaneously acting from below on the specified element of a discharged air environment.

Задача изобретения - создание надежного уплотнения между стенками напорного трубопровода и обсадной трубы скважины. The objective of the invention is the creation of a reliable seal between the walls of the pressure pipe and the casing of the well.

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, поплавком и опорным фланцем напорного трубопровода, верхний торец которого снабжен ограничителями хода поплавка, выполненными в виде втулок заданной длины, каждая из которых жестко установлена с обеспечением соосности с соответствующим сквозным отверстием в опорном фланце, на поплавке и на опорном фланце со стороны обсадной трубы смонтированы соответственно верхний и нижний края основного уплотняющего элемента цилиндрической формы, стенки основного уплотняющего элемента со стороны напорного трубопровода шарнирно связаны с общими осями исполнительных механизмов, каждый из которых составлен из первого и второго рычагов, неподвижная ось первого рычага шарнирно связана с верхним торцом опорного фланца, неподвижная ось второго рычага - с нижним торцом поплавка, снабженным дополнительными уплотняющими элементами, каждый из которых установлен с обеспечением соосности с соответствующим ограничителем хода поплавка, в каждом ограничителе хода поплавка размещен шток запорного механизма, жестко установленный на нижнем торце поплавка, а на штоках смонтировано по одному запорному элементу, снабженному возвратной пружиной. The problem is solved in that in the device for supplying water from the well, containing a pressure pipe located in the casing, a multi-section pump with a submersible electric motor and a hydraulic sealing device installed on the pressure pipe below the static water level in the well, the hydraulic sealing device is equipped with a locking mechanism, a float and supporting flange of the pressure pipe, the upper end of which is equipped with float travel stops made in the form of bushings of a given length, each of which are rigidly installed to ensure alignment with the corresponding through hole in the support flange, on the float and on the support flange from the casing side, the upper and lower edges of the main sealing element of a cylindrical shape are mounted respectively, the walls of the main sealing element from the side of the pressure pipe are pivotally connected to the common axes of the actuators mechanisms, each of which is composed of the first and second levers, the fixed axis of the first lever is pivotally connected to the upper end face of the reference fl Anza, the fixed axis of the second lever - with the bottom end of the float, equipped with additional sealing elements, each of which is installed in alignment with the corresponding limiter of the stroke of the float, in each limiter of the stroke of the float there is a rod of the locking mechanism, rigidly mounted on the lower end of the float, and on the rods mounted on one locking element provided with a return spring.

На фиг. 1 приведена схема предлагаемого устройства для подачи воды из скважины, на фиг. 2-3 поясняется работа его приспособлений гидроуплотнения. In FIG. 1 is a diagram of the proposed device for supplying water from a well; FIG. 2-3, the operation of its hydraulic sealing devices is explained.

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 установленное на секции 7 напорного трубопровода приспособление гидроуплотнения, в состав которого включены опорный фланец 8, поплавок 9, основной и дополнительные уплотняющие элементы 10 и 11, хомуты 12 и 13, а также исполнительные и запорные механизмы. The device is located in the casing 1 of the well and contains sections of the pressure pipe 2 with a flange 3, a multi-section pump 4 with a water intake mesh 5, a submersible motor 6 and a hydraulic sealing device installed on the pressure pipe section 7, which includes a support flange 8, a float 9, the main and additional sealing elements 10 and 11, clamps 12 and 13, as well as actuating and locking mechanisms.

Каждый из исполнительных механизмов устройства составлен из первого и второго рычагов 14 и 15. Неподвижная ось 16 первого рычага шарнирно связана с верхним торцом опорного фланца, неподвижная ось 17 второго рычага - с нижним торцом поплавка, общие оси 18 исполнительных механизмов шарнирно связаны со стенками основного уплотняющего элемента. Each of the actuators of the device is composed of the first and second levers 14 and 15. The fixed axis 16 of the first lever is pivotally connected to the upper end of the support flange, the fixed axis 17 of the second lever is pivotally connected to the lower end of the float, common axes 18 of the actuators are pivotally connected to the walls of the main sealing item.

Верхний торец опорного фланца снабжен ограничителями хода поплавка, выполненными в виде втулок 19 заданной длины, каждая из которых жестко установлена с обеспечением соосности с соответствующим сквозным отверстием 20 в опорном фланце. Во втулках размещены штоки 21 запорных механизмов. На каждом штоке смонтировано по одному запорному элементу 22, ось 23 которого снабжена возвратной пружиной (фиг. 1-3). The upper end face of the support flange is equipped with float travel stops made in the form of bushings 19 of a given length, each of which is rigidly installed to ensure alignment with the corresponding through hole 20 in the support flange. In the sleeves there are rods 21 of locking mechanisms. On each rod mounted on one locking element 22, the axis 23 of which is equipped with a return spring (Fig. 1-3).

Работает устройство следующим образом. The device operates as follows.

Естественный уровень воды в скважине характеризуется статическим уровнем (прямая 1 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. 2) образует так называемую вороку депрессии радиусом Ro. The natural water level in the well is characterized by a static level (line 1 in Fig. 1). After turning on the submersible motor 6, the indicated level decreases by the value of So, corresponding to the equilibrium between the amount of water pumped out by the pump 4 through the intake grid 5 and the amount of water inflow from the aquifer. With the onset of the specified equilibrium in the well, a dynamic level constant for the duration of the device’s operation is established, which, gradually increasing with distance from the well (curve II in Fig. 2) forms the so-called depression squeeze with radius Ro.

Расстояние So между динамическим и статическим уровнями воды пропорционально производительности скважины. При этом статический уровень определяется гидродинамическим 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. So distance between dynamic and static water levels is proportional to well productivity. Moreover, the static level is determined by the hydrodynamic features of groundwater and atmospheric pressure, and the dynamic level should be at least one and a half meters higher than the multi-section pump 4, which ensures the required cooling mode of the latter. That is, when the natural water level decreases (line III in Fig. 1) as a result of, for example, the start of operation of an additional well, the intake capacity will drop by a value proportional to the value of dSx.

Поэтому для компенсации влияния статического уровня на производительность насоса 4 устройство снабжено приспособлением гидроуплотнения в составе опорного фланца 8, поплавка 9, основного уплотняющего элемента 10, дополнительных уплотняющих элементов 11, а также в составе запорных и исполнительных механизмов (фиг. 1-3). Therefore, to compensate for the influence of a static level on the performance of pump 4, the device is equipped with a hydraulic sealing device as part of the support flange 8, float 9, main sealing element 10, additional sealing elements 11, and also as part of locking and actuating mechanisms (Fig. 1-3).

Верхний торец фланца 8 снабжен ограничителями хода поплавка 9, выполненными в виде втулок 19 заданной длины, каждая из которых жестко установлена с обеспечением соосности с соответствующим сквозным отверстием 20 в указанном фланце 8. The upper end face of the flange 8 is equipped with float travel stops 9 made in the form of bushings 19 of a given length, each of which is rigidly installed to ensure alignment with the corresponding through hole 20 in the specified flange 8.

Основной уплотняющий элемент 10 цилиндрической формы посредством хомутов 12 и 13 смонтирован со стороны обсадной трубы 1 на фланце 8 и поплавке 9. Элемент 10 со стороны напорного трубопровода 2 шарнирно связаны с общими осями 18 исполнительных механизмов, каждый из которых составлен из первого и второго рычагов 14 и 15. Неподвижная ось 16 первого рычага 14 шарнирно связана с верхним торцом опорного фланца 8, неподвижная ось 17 второго рычага 15 - с нижним торцом поплавка 9. The main sealing element 10 of a cylindrical shape by means of clamps 12 and 13 is mounted on the side of the casing 1 on the flange 8 and the float 9. The element 10 on the side of the pressure pipe 2 is pivotally connected to the common axes 18 of the actuators, each of which is composed of the first and second levers 14 and 15. The fixed axis 16 of the first lever 14 is pivotally connected to the upper end of the support flange 8, the fixed axis 17 of the second lever 15 is connected to the lower end of the float 9.

Дополнительные уплотняющие элементы 11 установлены на поплавке 9 с обеспечением соосности с соответствующим ограничителем хода 19. В каждом ограничителе хода 19 размещен шток 21 запорного механизма, жестко установленный на нижнем торце поплавка 9, а на штоках 21 смонтировано по одному запорному элементу 22, ось 23 которого снабжена возвратной пружиной (на фиг. 2-3 не показана). Additional sealing elements 11 are mounted on the float 9, ensuring alignment with the corresponding stroke limiter 19. In each stroke limiter 19 there is a locking mechanism rod 21, rigidly mounted on the lower end of the float 9, and one locking element 22 is mounted on the rods 21, the axis of which 23 equipped with a return spring (not shown in Fig. 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 9, установленного в исходное состояние, при котором запорные элементы 22, находясь в горизонтальном положении, опираются на стенки ограничителей 19. При этом, расстояние от нижнего торца поплавка 9 до осей 23 элементов 22 выбирают таким образом, чтобы в указанном состоянии поплавка 9 рычаги 14 и 15 удерживались в положении, при котором наблюдается зазор между основным уплотняющим элементом 10 и обсадной трубой 1, позволяющий производить монтаж устройства (фиг. 2). The number of sections of the pressure pipe 2, sequentially joined by means of flanges 3 when the device is immersed in the casing 1 and the previous section 7, equipped with a hydraulic sealing device, is selected so that the interface of the media in the well intersects the walls of section 7 above the float 9, which is set to the initial state, in which the locking elements 22, being in a horizontal position, rely on the walls of the limiters 19. Moreover, the distance from the lower end of the float 9 to the axes 23 of the elements 22 is chosen in this way so that in the indicated state of the float 9 levers 14 and 15 are held in a position in which there is a gap between the main sealing element 10 and the casing 1, which allows the installation of the device (Fig. 2).

После монтажа устройства на заданную глубину запускают электродвигатель 6. В результате гидравлического удара, происходящего в момент запуска и воздействующего через зазор с обсадной трубой 1 на основной уплотняющий элемент 10 и через отверстия 20 в опорном фланце 8 на поплавок 9, штоки 21, смещаясь вниз, преодолевают воздействие возвратных пружин запорных элементов 22, переводят последние в вертикальное положение и удерживают их в данном положении под действием центробежной силы насоса 4. After mounting the device to a predetermined depth, the electric motor 6 is started. As a result of a hydraulic shock occurring at the time of starting and acting through the gap with the casing 1 on the main sealing element 10 and through the holes 20 in the support flange 8 on the float 9, the rods 21, moving down, overcome the impact of the return springs of the locking elements 22, translate the latter into a vertical position and hold them in this position under the action of the centrifugal force of the pump 4.

С понижением уровня воды в обсадной трубе 1 поплавок 9, опускаясь на ограничители 19 хода, перекрывает дополнительными уплотняющими элементами 11 отверстия 20 и, тем самым, перекрывает зазор между внутренней боковой стенкой поплавка 9 и напорным трубопроводом 2. Одновременно, воздействуя на рычаги 14-15, поплавок 9 переводит исполнительные механизмы устройства в рабочее положение, при котором основной уплотняющий элемент 10 прижимается к стенкам обсадной трубы 1 и под действием центробежной силы насоса 4 надежно перекрывает зазор с обсадной трубой 1. В результате перекрытия указанных зазоров 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. 3). With a decrease in the water level in the casing 1, the float 9, sinking on the stroke limiters 19, closes the holes 20 with additional sealing elements 11 and, thereby, closes the gap between the inner side wall of the float 9 and the pressure pipe 2. At the same time, acting on the levers 14-15 , the float 9 transfers the actuators of the device to the operating position, in which the main sealing element 10 is pressed against the walls of the casing 1 and under the action of the centrifugal force of the pump 4 reliably closes the gap with the casing 1. As a result, the first overlap said gaps achieving dynamic water level in the well will be accompanied by weakening the influence on the interface between the atmospheric pressure environment, causing additional flow of water from the aquifer into the well casing 1 (FIG. 3).

В момент выключения электродвигателя 6 в результате резкого повышения уровня воды в скважине происходит гидроудар, воздействующий на поплавок 9 через штоки 21 и дополнительные уплотняющие элементы 11. При резком смещении поплавка 9 вверх на расстояние, при котором оси 23 элементов 22, снабженные возвратными пружинами, выходят из втулок 19, срабатывают запорные механизмы. При этом поплавком 9 исполнительные механизмы в составе рычагов 14 и 15 возвращаются в исходное положение, при котором восстанавливаются указанные выше зазоры, обеспечивающие беспрепятственный подъем устройства из скважины (фиг. 2). At the moment of turning off the electric motor 6 as a result of a sharp increase in the water level in the well, a water hammer occurs, which acts on the float 9 through the rods 21 and additional sealing elements 11. With a sharp displacement of the float 9 up to a distance at which the axes 23 of the elements 22 equipped with return springs exit from the bushings 19, the locking mechanisms are activated. When this float 9 actuators in the composition of the levers 14 and 15 are returned to their original position, in which the above clearances are restored, providing unhindered lifting of the device from the well (Fig. 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. Thus, the effect of the discharged air on the sealing element, the result of which is the unreliability of the seal in the prototype, in the proposed device is a condition for the reliable operation of the hydraulic sealing device.

Источники информации:
1. Шабалин А.Ф. Эксплуатация промышленных водопроводов. Изд. "Металлургия", 1972, с. 143.Sources of information:
1. Shabalin A.F. Operation of industrial plumbing. Ed. "Metallurgy", 1972, p. 143.

2. Патент RU N 2083768, кл. E 03 B 3/08, 1997 г. Бюл. 19. 2. Patent RU N 2083768, cl. E 03 B 3/08, 1997 Bull. 19.

Claims

A device for supplying water from a well, comprising a pressure pipe located in the casing, a multi-section pump with a submersible electric motor, and a hydraulic sealing device installed on the pressure pipe below the static water level in the well, characterized in that the hydraulic sealing device is equipped with a locking mechanism, a float, and a pressure supporting flange a pipeline, the upper end of which is equipped with float travel stops made in the form of bushings of a given length, each of which is rigidly mounted Aligned to ensure alignment with the corresponding through hole in the support flange, on the float and on the support flange from the casing side, the upper and lower edges of the main sealing element are cylindrical, respectively, the walls of the main sealing element from the pressure pipe are pivotally connected to the common axes of the actuators, each of which is composed of the first and second levers, the fixed axis of the first lever is pivotally connected to the upper end of the support flange, fixed the axis of the second lever - with the bottom end of the float, equipped with additional sealing elements, each of which is installed in alignment with the corresponding limiter of the stroke of the float, in each limiter of the stroke of the float there is a rod of a locking mechanism rigidly mounted on the lower end of the float, and one is mounted on the rods a locking element provided with a return spring.