00 1чЭ
4:; Изобретение относитс к технике водоснабжени и строительного, рудничного , мелиоративного водопонижени (вертикальный- дренаж) из водоза борных скважин с погружным электронасосом , .которые каптируют водоносиые пласты, сложенные,преимущественно , раанозернистыми песками с пр обладанием мелких фракций и может быть использовано-в соответствующих отрасл х народного хоз йства, особе но дл высокодебитных скважин. Известно устройство дл плавного включени и выключени подачи воды из водозаборных скважин с погружным электронасосом предназначенное дл обеспечени постепенного, плавного бора воды в период пуска и остановк погружного насоса в цел х защиты св дообразований над отверсти ми фильт pa от разрушени и суффозии ij . Наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаем му результату вл етс устройство д подачи воды из водозаборных скважин включающее фильтр, погружной электронасос с клапанным,затвором, водоподъемную колонну труб с концевой р гулирующей задвижкой, подключенную к ней обводную трубу с регулирующей задвижкой, конец которой опущен в скважину. Благодар обводной трубе с задвиж . кой после пуска погружного электронасоса добиваютс того, что скважин работает по замкнутому контуру, т.е. отбора воды из водоносного пла та нет и, тем самым, -статический ур вень воды в скважине останетс на прежнем уровне. Далее, маневриру обеими задвижками (открыва концеву регулирующую задвижку на водоподъемной колонне и прикрыва зддвижку на обводной трубе) , добиваютс пос тепенного и плавного снижени уровн воды в скважине от статического до динамического на необходимую величину общего понижени и, следовательно , получают необходимый дебит скважины. Таким образом,, благодар такому режиму подачи откачиваемой воды из скважины с погружным электронасосом при определенных услови х возможно решить проблему Защиты сводообразований над отверсти ми фильтра скважины и предотвратить их разрушение и суффозию 2. Однако при пуске и останонке по ружного электронасоса без плавного и постепенного включени и выключени подачи жидкости, очень быстро срабатываетс объем воды,заключенный в межтрубном пространстве от отметки статического да отметки динамического уровн , что приводит к образованию чрезмерных градиентов напорной фильтрации, которые значительно превышают предельно допустимые, в результате чего происходит разрушение сводообразований над отверсти ми фильтра и скважины длительно пескуют , что крайне отрицательно сказываетс на технико-экономических показател х работы скважин , вызывают их заиление и гидроабразивный износ погружного насоса. Кроме того,при близко расположенном .статическом уровне воды в скважине пор дка 1:3 м и общем понижении более 10-15 м в момент пуска погружного насоса и при его работе по замкнутому контуру вследствие малой геометрической (и, соответственно , манометрической) высоты подачи погружной электронасос работает со значительной перегрузкой. Рабочие характеристики погружных электронасосов (CL - Н) и лини мощности (N) имеют достаточно узкую рабочую зону. При малой геометрической высоте подачи из рабочей характеристики вытекает, что погружной насос работает с максимальной подачей и требует , соответственно, значительной мощности на валу электродвигател . Таким образом;, погружной электронасос довольно длительно работает не рабочей зоны своей рабочей характеристики , а электродвигатель - с перегрузкой , что может привести к его перегреву и выходу из стро . При сравнительно глубоком залегании статического уровн воды в скважине относительно поверхности земли (более 10-15 м) устройство работает со значительным запаздыванием во времени, так как требуетс определенный объем воды и врем на заполнение водоподъемной колонны, а также обводной линии, включа врем свободного падени воды в межтрубном пространстве скважины. Тйким образом, заполнение водой всего замкнутого контура производитс полностью за счет работки объема воды в межтрубном пространстве, что при определенных услови х вызывает образование повышенных градиентов напорной фильтрации и разрушение сводообразований над отверсти ми фильтра еще до того момента , когда произойдет заполнение водой всего замкнутого контура .. Следовательно, эффективность данного устройства при данных услови х низка а в некоторых случа х и совсем беспо лезна. Эффективна работа данного устройства сопр жена с необходимость согласовать работу погружного электр насоса Вчзависимости от исходного залегани статического уровн воды в скважине относительно поверхности земли, общего понижени уровн воды в скважине. Помимо этого, в процессе работы устройства по регулированию подачи воды из скважины необходимо маневрировать сразу обеими .задвижками , что затруднительно, даже при полной автоматизации всего процесса Целью изобретени вл етс защита сводообразований над отверсти ми фильтра водозаборной скважины, а так же погружного электродвигател от пе регрузки в период пуска и остановки погружного электронасоса независимо от исходного залегани статического уровн воды в скважине относительно поверхности земли и общего понижени уровн воды в скважине. С этой целью устройство дл подачи воды из водозаборных скважин., включающее фильтр, погружной электронасос с клапанным затвором, водоподъемную колонну труб с концевой регулирующей задвижкой, подключенную к ней обводную трубу с регулирующей задвижкой, конец которой опущен в скважину, снабжено установленными последовательно на обводной трубе диафрагмой и герметичной емкостью. На чертеже представлена водозаборна скважина, продольный разрез . Скважина включает фильтр 1,представл ющий собой перфорированную трубу 2 и гравийную обсыпку 3 котора при откачке образует над отверсти ми перфорации фильтра 1 сводообразовани , погружной электронасое k с клапанным затвором (или без него), который соединен с водоподъемной колонной 5, выход щей на повер ность земли с концевой регулирующей задвижкой 6. Фильтр 1 скважины с гра вийной обсыпкой 3 каптирует водоносный пласт 7, представленный разнозернистыми песками, который перекрываетс относительно мощной толщей покровных мелкозе в 8. Выше от верхнего конца фильтра 1 идет глуха надфильтрова обсадна колонна 9, в которой размещаетс водоподъемна колонна 5г по которой откачиваема вода из скважины подаетс на поверхность земли и сливаетс в открытый лоток 10 (т.е. в атмосферу), но возможна друга схема сбора воды,например напорна водосборна лини . Режим подземных вод в водоносном пласте показан напорный, т.е. статический уровень воды в скважине выше верхней границы водоносного пласта 7,но может быть и безнапорный режим. Водозаборна скважина оборудуетс обводной трубой 11 с задвижкой 12. В самом ее начале, в месте соединени с горизонтальным участком водоподъемной колонны 5, встройваетс участок трубы или диафрагма 13 со значительно меньшим поперечным сечением проходного отверсти относительно внутреннего диаметра обводной трубы. В непосредственной близости от надфильтровой обсадной колонны 9 выкопан при мок (котлован), в который устанавливаетс регулирующа емкость И, соединенна последовательно с участком трубы, имеющим зауженный диаметр или диафрагму 13. Регулирующа емкость 1i далее продолжаетс относительно коротким отрезком трубы с регулирующей задвижкой 15, который врезаетс в стену надфильтровой обсадной колонны Э выше статического уровн воды в ск9ажине и, в целом, все перечисленные конструктивные элементы обводной линии, соединенные в указанной последовательности , соедин ют водоподъемную колонну 5 с межтрубным пространством скважины и образуют замкнутый контур. Компановка всех конструктивных элементов обводной линии оптимальна , так как обща ее длина должна быть как можно короче, а размещение регулирующей емкости И под уровень земли решает проблему ее теплоизол ции , что важно в зимний период эксплуатации скважины. Причем,регулирующа емкость 1 полностью герметична . При первом режиме (пуск) работы погружного насоса обе регулирующие задвижки 6 и 12 полностью закрыты, регулирующа емкость 1 заполнена, водой, уровень воды в скважине находитс на отметке статического уров н ,погружной электронасос k выключен . Объем воды в регулирующей емкости И составл ет не менее того объема воды, который идет на заполнение водоподъемной колонны 5 от отметки статического уровн воды в скважине до регулирующей задвижки 6, установленной на ее конце. Диаметр зауженно го участка обводной линии или диафрагма 13 подобраны так, чтобы потери напора при расчетной одаче воды погружным электронасосом ) с учетом всех прочих местных потерь напора в замкнутом контуре и начальной геометрической высоты, при стабильном статическом уровне воды в скважине и полностью открытой регулирующей задвижке 12 в своей сумме были, приблизительно , равны оптимальной манометрической высоте качани дл данного конкретного типа погружного электронасоса , исход из его рабочей характеристики (Q-H), при расчетной величине подачи воды из скважины (де бите) . Пор док работы предлагаемого устройства при пуске погружного насо са., Перед пуском погружного электронасоса 4 полностью открываете регулирующа задвижка 12 на обводной линии . В процессе ее открыти вода из регулирующей емкости 14 самотеком на чинает постепенно поступать в межтрубное пространство и под действием силы т жести падает в скважину. Причем , регулирующа задвижка 15 открываетс быстро и в момент ее полного открыти включаетс электродвигатель погружного электронасоса i. После этого откачиваема вода быстро запол н ет водоподъемную колонну 5 и цирку лирует по замкнутому контуру,причем благодар наличию диафрагмы 13 он работает в оптимальном режиме без ,перегрузки, несмотр на то, что геометрическа высота подачи в этот момент очень мала. Статический уровень воды стабилен и отбора воды из водоносного пласта 7 через фильтр 1 скважины нет вследствие отсутстви по нижени уровн воды в скважине.После стабилизации работы погружного электронасоса по замкнутому контуру начинаетс постепенное и плавное открытие концевой регулирующей задвижки 6 на водоподъемной колонне 5-На чертеже направлени движени воды показаны стрелками. Весь процесс маневрировани концевой задвижкой 6, по возможности, раст гиваетс во времени в зависимости от величины общего понижени уровн воды в скважине при расчетной ее дебите. Таким образом, происходит плавное снижение уровн воды от отметки статического уровн до отметки динамического уровн воды в скважине без образовани повышенных градиентов напорной фильтрации , что позвол ет полностью обеспечить защиту сводообразований над отверсти ми фильтра 1, а погружной электронасос k работает в оптимальном режиме весь этот период без перегрузки . Помимо этого,отпадает необходимость одновременного маневрировани обеими задвижками сразу. После полного открыти концевой регулирующей задвижки 6 регулирующа задвижка 15 на обводной трубе полностью закрываетс и скважина работает в своем нормальном режиме. В зависимости от глубины залегани статического уровн воды относительно поверхности воды и, следовательно, общей длины замкнутого контура, включа высоту свободного падени воды в скважине, достаточно правильно подобрать объем регулирующей емкости Ik, чтобы ликвидировать опасность запаздывани срабатывани всей системы . Помимо плавного, постепенного регулировани отбора воды из скважины возможно и ступенчатое регулирование , т.е. необходимо установить безопасную величину быстрого опуска.1и статического уровн воды в cкL жине и, затем маневриру концевой задвижкой 6 , добиваютс ступенчатого увеличени подачи воды из скважины с расчетом того, чтобы соответствующее понижение воды в скважине происходило ступен ми, не превышающими по своей величине опасного предела.Каждое последующее увеличение подачи воды из скважины необходимо производить с некоторой выдержкой во времгни . При втором режиме (остановка) работы погружного насоса концева регулирующа задвижк 6 полностью открыта , а регулирующа задвижка 15 на обводной трубе ,полностью закрыта, регулирующа емкость 14 заполнена водой, уровень воды в скважине находитс на отметке динамического уровн ,погружной электронасос k включен, подача воды из скважины равна расчетному дебиту .
Пор док работы предлагаемого устройства при остановке погружного насоса.
Дл плавного выключени подачи во ды из скважины с погружным электронасосом производ т те же операции, что и при первом режиме, но в обратном пор дке. Сначала полностью открываетс регулирующа задвижка 15 на обводной трубе и,выдержав некоторое врем дл стабилизации динамического уровн на уже более высокой отметке за счет поступлени воды из регулирующей емкости 1,начинают плавно и постепенно прикрывать концевую регулирующую задвижку 6.При этом постепенно повышаетс динамический уровень воды в скважине до отметки статического уровн и поступление воды из водоносного пласта 7 замедл етс вплоть до полного прекращени после полного закрыти концевой регулирующей задвижки 6. Закрыв полностью задвижку 6, сразу выключают электродвигатель погружного электронасоса и быстро прикрывают регулирующую задвижку 15 на обводной линии,не допуска слива воды из регулирующей емкоети , так как она необходима при следующем пуске скважины в эксплуатацию . Аналогично описанному выше ступенчатому варианту .плавного регулировани подачи воды из скважины s период пуска погружного электронасоса ( возможно применить и ступенчатое выключение подачи воды из скважины.При этом погружной электронасос также работает в оптимальном режиме без перегрузки.
Работа предлагаемого устройства в рассмотренных двух режимах его работы поддаетс на 100% полной автоматизации . Дл этого необходимо оборудовать обе задвижки регулируемым электроприводом и установить необходимые средства автоматического включени и выключени всех управл емых элементов предлагаемого устройства по предварительно разработанной программе .
Экономический эффект от внедрени предлагаемого устройства за счет улучшени работы гидромеханического оборудовани (погружного насоса) путем снижени капремонтов из-за гидроабразивного износа рабочих поверхностей и св занных с этим монтажно-демонтажных работ может достигать свыше lO руб/год, а при снижении заилени скважин экономический эффект будет свыше 600 руб/год,не счита прочих преимуществ и достоинств предлагаемой конструкции за счет упрощени ее эксплуатации, доступности всех ее элементов дл осмотра и ремонта.