RU2490520C1

RU2490520C1 - Water lifting method, and device for its implementation

Info

Publication number: RU2490520C1
Application number: RU2012119796/06A
Authority: RU
Inventors: Анатолий Петрович Таран; Павел Анатольевич Таран; Елена Анатольевна Шестакова; Юлия Николаевна Шестакова
Original assignee: Анатолий Петрович Таран
Priority date: 2012-05-14
Filing date: 2012-05-14
Publication date: 2013-08-20

Abstract

FIELD: engines and pumps.

SUBSTANCE: water lifting method involves an aeration operation of liquid being lifted upwards due to air ejection from atmosphere with a jet of the same liquid leaving the well through a branch pipe to water surface under action of excess pressure in the well, which is created with weight of the water lifting device, a ballast and axial force. As ballast, water is used, which is lifted out of the well, and axial force on the water lifting device housing is created with weight of an operator. Return of the water lifting device to initial position is performed due to Archimedes buoyancy force acting on the hollow housing of the water lifting device at its submersion into water. The water lifting device includes a hollow tight housing fixed on a water lifting pipe, in which a water outlet branch pipe of the well and a mixing chamber are arranged. The mixing chamber is connected through an air tube to atmosphere. In upper part of the lifting pipe the provision is made for a water collector with its unloading devices, into which air and water lifting pipes are directed. There are hydraulic sealing devices of an annular gap between walls of the housing and walls of a casing pipe of the well. At upper point of the lifting pipe there located is a pressure roller, through which a rope is hitched. One end of rope is fixed, and free end of rope is equipped with a step for arrangement of the operator.

EFFECT: invention allows reducing labour intensity of water lifting out of the well.

Description

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.The invention relates to pump engineering, in particular to methods for raising water from wells and wells, and can be used in the design of hydrotransport systems in industry and construction, survey work, in agriculture, as well as in water supply.

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.A known method of lifting water by creating excess pressure on the surface of the liquid by weight of the lifting device, ballast and axial force (RU 2412379, publ. 2010). But it does not provide for the possibility of prolonged use of this method.

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.The closest in technical essence and the achieved effect is a method of lifting water by creating excess pressure by weight of the lifting device and ballast with the return of the lifting device to the upper initial position by a manual lever mechanism (RU Application for invention No. 2011106484, publ. 2012). This method allows long-term use. However, it has the disadvantage that it requires a significant weight of ballast, which complicates the hoisting operations and increases the complexity of lifting water.

Задача изобретения уменьшить трудоемкость подъема воды.The objective of the invention to reduce the complexity of lifting water.

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.The technical result is achieved by the fact that in the method of lifting water, which includes creating on the surface of the water in the well an overpressure by the weight of the water lift, ballast, axial force to displace water on the surface with its aeration and subsequent return of the water lift to its original upper position, according to the invention, axial the force is formed by the weight of the working operator, water displaced from the well by the indicated axial force and the weight of the water lift is used as ballast, and to return the hydrogen emnika the upper rest position using the Archimedes buoyancy force acting on submerged hollow body water lift by displacing water from the well.

Пример осуществления способаAn example of the method

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.The water is raised as follows. A water lift, consisting of a hollow body, in which a nozzle supplying water from the well is located, a mixing chamber, a tube connecting the mixing chamber to the atmosphere and a water lifting pipe are in the well in a floating state. To lift water from the well, an axial force is created on the water lift through the pressure roller at the upper point of the lift pipe. The pressure roller goes around the cable, mounted, for example, on the casing, having steps to accommodate the operator at the free end. When a worker is placed on a step, the cable goes down and creates an axial force through the pressure roller and the lifting pipe on the body of the water lift. In this case, the body of the water lift is immersed in water, creating excessive pressure on the free surface of the water in the well. Under the action of excess pressure, water is poured through the pipe into the mixing chamber and then through the riser to the surface in the catchment tank. The water accumulating in the catchment creates an additional axial force on the body of the water lift and increases the reliability of the rise of water. Filling the catchment basin with water, the operator releases the pressure step on the cable and empties the catchment tank by distributing water to consumers. These operations are accompanied by the removal of axial load from the water lift. After the axial force is removed, the buoyant force of Archimedes acting on the water lift, immersed in water, lifts the water lift to its original upper position. The water lift is ready for the next cycle of lifting water. The operation of lifting water is provided when the following conditions are met. The excess pressure generated by the body of the lift on the free surface of the liquid in the well should be greater than the hydrostatic pressure of the water in the lift pipe. The volume of the inner channel of the riser should be less than the volume of fluid displaced by the body of the riser from the well, preferably not less than an order of magnitude.

Устройство для подъема водыDevice for lifting water

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.A device for lifting water by creating excess pressure on the free surface of the fluid in the well by the weight of the lifting device, ballast and axial force (RU 2412379, publ. 2010). But it does not provide for the possibility of repeated cycles of water displacement from the well.

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.The closest in technical essence and the achieved effect is a device for displacing water from the well by the weight of the lift and ballast with the return of the water lift to the upper initial position by a lever mechanism with a muscular drive (RU Application for invention No. 2011106484, publ. 2012). This device allows continuous continuous use. However, it has the disadvantage that a significant weight of ballast is required, which complicates the hoisting operations and increases the complexity of lifting water using muscular efforts of a person.

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.The technical result is achieved by the fact that in the device for lifting water containing a casing of the well, the body of the hoist with means of hydraulic sealing of the annular gap between the walls of the casing and the walls of the body of the water lift and located in the body of the pipe, mixing chamber, air tube and water pipe, according to the invention , the hollow body has a top airtight cover, a water collector is installed at the upper end of the lifting pipe, into which the water pipe and air pipe are turned, the water pipe emnaya tube at the top is provided with a pressure roller, which is spanned by a cable, one end of which is fixed, for example, on the casing, while the second free end has a step to accommodate the working of the operator.

Устройство для подъема воды изображено на прилагаемом чертеже.A device for lifting water is shown in the attached drawing.

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.The device contains housed inside the casing 1 of the well body 2 of the water lift. Outside the casing 2, hydraulic seals are placed, for example, in the form of dispersed rings 3 of a relatively soft non-abrasive material that is not able to destroy the casing, for example, plastic or rubber.

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.Inside the body 2 of the water lift there is a mixing chamber 4, an air tube 5, a lifting tube 6 and a pipe 7. The air tube 5 is connected to the mixing chamber 4.

На дневной поверхности конец подъемной трубы 6 снабжен водосборником 8, в котором повернуты подъемная труба 6 и воздушная трубка 5.On the day surface, the end of the riser pipe 6 is provided with a catchment 8 in which the riser pipe 6 and the air tube 5 are rotated.

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.At the upper point of the lifting pipe 6, a pressure roller 9 is placed and a cable 10 is thrown over it. One end of the cable 10 is rigidly fixed, and the second free and equipped with a step 11 to accommodate the working operator.

Полый корпус 2 водоподъемника имеет вверху герметичную крышку 12, чтобы в полость корпуса 2 не смогла попадать вода и увеличивать его вес.The hollow body 2 of the water lift has an airtight cover 12 at the top so that water can not enter the cavity of the body 2 and increase its weight.

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.The device operates as follows. The body 2 of the device, connected to the riser 6, is inserted inside the casing 1 and lowers down to touch the surface of the water in the well. Then the entire severity of the water lift is transferred to the surface of the water. The water-lifting device occupies a floating position in the well.

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.To raise water from the well, the working operator steps on step 11 and weighs pressure on the pressure roller 9 using the cable 10. In this case, axial force is generated on the body 2 of the water lift and through it to the surface of the liquid in the well. Under the action of excess pressure, water from the well rushes through the nozzle 7 into the mixing chamber, entraining air from the atmosphere through the tube 5. The air-water mixture formed in the mixing chamber 4 under the pressure of the jet flowing out of the nozzle 7 rises up the pipe 6 and flows into catchment 8, where it is naturally degassed. Under the action of gravity of the water entering the reservoir 8, the load on the water in the well increases and the reliability of the rise of the water remains until the reservoir 8 is filled.

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).After filling the reservoir 8, the operator releases the step 11 at the free end of the pressure cable 10 and empties the reservoir 8 to the consumer through the discharge channel (not shown in the diagram).

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.After removing the axial force from the body 2 of the water lift and emptying the water collector 8, the buoyancy force of Archimedes lifts the water lift to its original upper position, where it is in a floating state until the next water lifting operation.

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.To successfully raise this device, several conditions must be met. On the surface of the liquid in the well, it is necessary to create an excess pressure greater than the hydrostatic pressure in the riser pipe. The volume of the liquid column in the riser should be less than the volume of the liquid displaced from the well, preferably an order of magnitude. The hydraulic resistance of the annular gap between the walls of the casing and the body of the water lift should be greater than the hydraulic resistance of the lifting pipe, preferably an order of magnitude.

Claims

1. A method of lifting water, in which aeration of the liquid raised upward occurs due to the ejection of air from the atmosphere by a stream of the same liquid flowing out of the well through a pipe under the influence of excessive pressure created by the weight of the lifting device, ballast and axial force on the water surface in the well, the fact that the ballast uses water displaced by this device from the well to the surface, the axial force is created by the weight of the working operator, and the return of the lifting device to erhnee produce original position due to the Archimedes buoyancy acting on the hollow body water lift when immersed in water.

2. A device for lifting water according to the method described in claim 1, comprising a casing of a well, a hollow body of a water lift mounted on a water pipe, in which a pipe is arranged for the outflow of water from the well, a mixing chamber connected to the air tube from the atmosphere, water lifting pipe, as well as means of hydraulic sealing of the gap between the walls of the casing and the walls of the body of the water lift, characterized in that the hollow body of the water lift is equipped with a sealed cover and is in the well in a floating state In addition, the upper end of the riser is equipped with a water collector with means for unloading it, into which the air and water risers are directed, and a pressure roller with a cable is placed at the top of the riser, one end of which is fixed, for example, to the casing, and the second free end has means placing the operator, for example, in the form of a staircase.