Вакуум в скважине

В опорном фланце в промежутке между патрубком рабочей воды 12 и внутренней стенкой приемной камеры 14 выполнены сквозные отверстия 23, сообщающие внутреннюю полость скважины с приемной камерой 14.

Нижний конец патрубка рабочей воды

12 соединен посредством муфты 24 или фланца с водоподъеМным трубопроводом 7.

Тарельчатый клапан 22 расположен соосно с расширителем 16, а его нижняя поверхность, обраи(енная в сторону расширителя, имеетнаправленную вниз отбортовку. В случае„ если потребителю по каким либо причина л удобнее испольэовать вместо клапана 22 стандартную задвижку, последняя может:быть смонтирована на сбросном патрубке 21, а крышка колпака 20 в этом случае изготавливается герметично.

Вертикальное размещение эжекторно|.o насоса непосредственно над опорным фланцем 5 вакуум-скважины обеспечивает: возможность откачивать из вакуумируе5 мой скважины только воздух (вода остается значительно ниже и не поступает в приемную камеру эжектора).; минимальное при прочих равных условиях противодавление на выходе из расши10 рителя эжектора; удобную компоновку .таких принципи. альных узлов эжекторного вакуумного насоса, как вакуумный и тарельчатый клапаны; высокую жесткость конструкции.

15 Размещение вакуумного клапана на выходе из камеры смешения не позволяет применять в атом месте традиционн ый диффуэор, что ведет к необходимости испольэовать так называемую бездиффуэорную

20 камеру смешейия с увеличенной длиной

1кс =(20 35) о«, где d« — диаметр камеры смешения. (Обычно длина камеры смешения принимается. равной (6 — 10) d«).

Несколько сократить длину камеры смешения (до l c =15 d«) можно, разместив в пределах сопла выполненный в виде витой пластины винт(на чертеже не показан). Такая мера одновременно позволит увеличить на 20-50 g, производительность по воздуху, 30 что экспериментально доказано исследованиями ВНИИ ВОДГЕО;

В ведение в конструкцию вакуумного насоса чехла обусловлено необходимостью поддерживать скорость нисходящего водо35 воздушного потока в зазоре между чехлом и колпаком достаточной для эффективного отвода в сбросной, патрубок воздуха, содержащегося в этом потоке..

Все перечисленные меры повышают эф40 фективность работы эжектарного насоса и облегчает его обслуживание.

Заявляемое устройство работает следующим образом, Закрывают тарельчатый клапан 22 и

45 включают электронасос 6. Закрывают тарельчатый клапан 22 и включают электронасос 6.

Постепенно приоткрывают клапан 22.

Рабочая вода, откачиваемая электрона50 сосом 6 из скважйны, подается в сопло 13 эжекторного насоса, а оттуда вместе с эжектируемым воздухом 26, поступающим из скважийы 2 через отверстия 23, в его камеру смешения 15 и расширитель 16. Обратный

55 клапан 18 при этом отжимается,водовоздушным потоком вверх до упора в ограничитель 17. Поток, обогнув вакуумный клапан

18 и отразившись от тарельчатого клапана

22, направляется вниз, в зазор между чех.лом 19 и внутренней поверхностью колпака ..

1798437

20, э оттуда —. в сбросной патрубок 21 и сбросную линию (на фигурах не показана), отводящую откачанную воду на требуемое

: расстояние.

Величина создаваемого в скважине вакуума должна быть такой, чтобы с учетом динамического уровня воды в ней, на входе в электронасос 6 имело место либо положйтельное давление, либо вакуум, не превышающий 3-4 м.вод. ст.

Этого можно достичь с помощью тарельчатого клапана 22 при одновременном контроле процессе путем наблюдения за показаниями вакуумметра 4 и вторичного прибора 10. В тех случаях, когда вакуум становится черезмерно большим, клапан 22 прикрывают, противодавление на выходе из расширителя 16 увеличивают, произво. дительность эжекторного насоса по воздуху снижают и одновременно с этим — снижают до нужной величины вакуум в скважине.

В случае, если столб воды над электронасосом 6 достигает большой высоты (6-10 м), допустимо работать при практически полностью открытом клапане 22, поддерживая в скважине высокий вакуум (8 — 9 м вод. ст.), Работая таким образом, удастся повысить водоприток в скважину и, одновременно, избежать кавитационных явлений на входе в электронасос 6;

В случае преднамеренной остановки электронасоса 6 или аварийного обесточивания силовой линии, обратный клапан 18 плотно садится на конусное седло расширителя 16, чем удерживает вакуум в скважине до следующего включения электронасоса 6, Использование заявляемой вакуумскважины позволяет сократить капитальные и эксплуатационные затраты за счет отказа от использования; высокопроизводительных и мощных наземных секционных центробежных насосов при использовании для водопонижения эжекторных скважинных водоподьемников;

5 самостоятельных вакуумных стайций, оснащенных водокольцевыми вакуумными насосами типа ВВН или эжекторными насосными установками типа УВВ.

Таким образом, совокупность призна10 ков обеспечивает достижение поставленной цели за счет размещения эжекторного вакуумного насоса непосредственно на опорном фланце скважины и сообщения сопла с водоподьемным трубопроводом по15 гружного электронасоса.

Формула изобретения

Вакуум-скважина, включающая фильтр, 20 обсадную трубу, опорный фланец, водооткачивающий центробежный электронасос, вакуумный насос, водоподьемный и сбросный трубопроводы, отличающаяся тем, что, с целью снижения эксплуатационных

25 затрат, водооткачивающий насос смонтирован .нэ входе в водоподьемный трубопровод, а вакуумный насос выполнен в виде эжекторного насоса с приемной камерой и камерой смешения, снабженного цилинд30 рическим чехлом вдоль его внешней поверхности и помещенного под цилиндрический колпак, причем полость между чехлом и колпаком сообщается с выходным патрубком в нижней части колпака, при этом эжектор35 ный насос вертикально смонтирован на верхней поверхности опорного фланца. в котором имеются отверстия, сообщающие полость обсадной трубы с приемной камерой эжекторного насоса, а его камера сме40 шения снабжена на выходе обратным клапаном, 1798437

Составитель Б. Краковский

Техред M. Моргентал Корректор Е. Папп

Редактор Л. Павлова

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул,Гагарина, 101

Заказ 755 Тираж . Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Рауаская наб., 4/5

findpatent.ru

Вакуумные эжекторы для создания вакуума при водопонижении

Необходимость развития вакуума в глубоких скважинах возникла в связи с тем, что эффект даже незначительного вакуума в иглофильтрах (при их глубине 3–4 м) по сравнению с другими скважинами водопонижения был очевиден.

Между тем, из-за расположения источника вакуума (вакуум-насоса) на дневной поверхности значение вакуума в фильтровых звеньях, как отмечалось выше, уменьшалось по мере увеличения глубины их расположения от оси вакуум-насоса.

В связи с этим был найден такой способ откачки воды, при котором величина развиваемого в фильтре вакуума не зависела от глубины расположения фильтра. Наиболее эффективными и конструктивно удобными для этой цели оказались эжекторы. Возможность эжекторов развивать высокий вакуум практически на любой глубине привела к его использованию в скважинах и иглофильтрах. Путем конструктивных изменений водоструйный аппарат (эжектор) размещался в трубе, имеющей наружный диаметр всего 76 мм. Это позволило разработать эжекторные иглофильтровые установки. Здесь так же, как и при легких иглофильтрах, водоприемники погружались в грунт путем гидроразмыва.

В процессе дальнейшего широкого распространения эжекторных иглофильтров возникла необходимость выявить возможности их вакуумного режима принудительного отсоса воды из грунта. Эти возможности, при обеспечении их работы на вакуумном режиме, зависят от притока откачиваемой воды и количества поступающего в эжектор воздуха.

В процессе работы вакуумного водопонизительного водоприемника (эжекторного иглофильтра или вакуум-концентрической скважины) из-за поступления воды и нередко воздуха в эжекторе происходит сложный аэро- и гидродинамический процесс. В зависимости от количества поступления того или иного компонента меняются производительность по откачке воды и величина развиваемого вакуума. При вакуумном водопонижении для принудительного отбора грунтовой воды влияние величин притоков воды или воздуха на величину вакуума имеет первостепенное значение.

Различия грунтовых условий и водоносных горизонтов требуют осуществить более дифференцированный подход при проектировании вакуумного водопонижения с использованием эжекторных водоподъемников. Рекомендации по эксплуатации также должны содержать данные о возможностях эжекторов с целью корректировки проектных решений в процессе их работы.

Выявление указанных характеристик эжекторных водоподъемников осуществляли на специальном лабораторном стенде, где испытывался эжекторный водоподъемник натуральных размеров с серийно выпускаемыми рабочими органами — насадкой и диффузором.

В результате обработки экспериментального материала производительность испытанного эжекторного водоподъемника, м3/ч, определяется по следующей зависимости:

где Н — напор рабочей воды у входа в эжектор, м; Р — величина вакуума, развиваемого эжектором при откачке притока грунтовой воды, Па.

Эту зависимость можно решить относительно Р для того, чтобы определить возможную величину вакуума при различных притоках грунтовой воды к эжектору, м:

В этих зависимостях отрицательное значение под знаком корня исключается, так как максимальное значение притока, который может откачать эжектор, получится при Р = 0, а минимальное количество расхода — при максимальном значении вакуума, равном 10^5 Па.

В связи с этим, следует учесть, что величина вакуума в эжекторе не может превышать 9,85 м на отметке уровня мирового океана и соответствующих меньших величин на отметках выше этого уровня.

В значительной степени изменяется режим работы и возможности эжектора при поступлении в него атмосферного воздуха.

Испытания эжектора в этом сложном режиме работы, при котором одновременно с водой в приемную камеру эжектора проникает атмосферный воздух, проводились также при четырех значениях напора рабочей воды — (2, 5, 50, 75, 100)*10^4 Па.

Обработка результатов экспериментов показала, что производительность эжектора по откачке воды обратно пропорциональна расходу откачиваемого эжектором воздуха. С момента подачи воздуха производительность эжектора по откачке воды снижается и, по мере увеличения и достижения количества попадающего в эжектор воздуха определенных величин, откачка воды прекращается.

При обработке результатов испытания эжекторного водоподъемника в этом сложном режиме установлена следующая зависимость:

где Q — производительность эжектора по откачке воды при одновременной откачке эжектором воздуха q, м3/ч; Qo — то же, только воды, м3/ч; q — расход откачиваемого эжектором атмосферного воздуха, м3/ч.

Из этой зависимости видно, что при определенных значениях расхода воздуха производительность эжектора по воде прекращается. Отсюда можно определить то максимальное количество воздуха, которое может откачать эжектор при прекращении доступа воды:

Решив относительно Р, получим:

Отсюда видно, что по мере увеличения количества попадающего в эжектор воздуха падает величина развиваемого эжектором вакуума и снижается эффективность работы эжектора.
Все эти зависимости по производительности эжекторного водоподъемника по откачке воды и воздуха дают возможность при проектировании водопонижения оценить возможности эжекторов с целью определения их числа, шага между скважинами и эффективности способа вакуумного водопонижения.

www.xn--e1aaitdso4b.xn--p1ai

Вакуумирование скважин - это... Что такое Вакуумирование скважин?

Вакуумирование скважин

        (a. evacuation hole; н. Bohrlochvakuumierung; ф. vidange des trous de forage, vidange d'evacuation; и. evacuacion de los agujeros) - способ увеличения дебита гидрогеол. скважин в породах c низкими фильтрационными свойствами за счёт создания в них вакуума. B. c. осуществляется подключением забивных и восстающих (реже водопонижающих и горизонтальных) дренажных скважин к вакуумному коллектору, в к-ром разрежение поддерживается вакуумной установкой. Для забивных и восстающих вакуум-скважин наибольший дренажный эффект достигается при комбинировании их c аэрирующими скважинами, по к-рым воздух поступает в г. п., расположенные выше депрессионной поверхности подземных вод. B. c. примерно в 2,5 раза увеличивает их дебит.

Горная энциклопедия. — М.: Советская энциклопедия. Под редакцией Е. А. Козловского. 1984—1991.

• Вакенродит
• Вакуум-фильтр

Смотреть что такое "Вакуумирование скважин" в других словарях:

• вакуумування свердловин — вакуумирование скважин evacuation of a hole *Bohrlochvakuumierung спосіб збільшення дебіту гідрогеол. свердловин у породах з низькими фільтраційними властивостями за рахунок створення в них вакууму. В.с. здійснюється шляхом підключення забивних і …   Гірничий енциклопедичний словник

• ДЕГАЗАЦИЯ — (от де... и франц. gaz газ) 1) разложение ОВ до нетоксичных продуктов н удаление их с поверхности объектов и местности с целью снижения заражённости до допускаемых норм. Производится дегазирующими веществами с помощью спец. технич. средств… …   Большой энциклопедический политехнический словарь

• Выщелачивание подземное —         (a. underground leaching; н. Untertage Auslaugung; ф. ljxiviation en place; и. lixiviacion subterranea) способ разработки рудных м ний избират. переводом полезного компонента в жидкую фазу в недрах c последующей переработкой… …   Геологическая энциклопедия

• Водопонижение —         временное понижение уровней или напоров подземных вод при сооружении котлованов, проходке горных выработок на месторождениях полезных ископаемых, туннелей, строительстве метрополитенов и т.п. В зависимости от глубин осушаемых выработок и… …   Большая советская энциклопедия

• Механизация производства —         замена ручных средств труда машинами и механизмами с применением для их действия различных видов энергии, тяги в отраслях материального производства или процессах трудовой деятельности. М. п. охватывает также сферу умственного труда (см …   Большая советская энциклопедия

dic.academic.ru

Методы создания высокого вакуума — Википедия

Первые исследования вакуума можно отнести ко временам Торричелли, когда после создания им манометра начались исследования так называемой Торричеллиевой пустоты, возникающей в ртутном манометре над поверхностью ртути. Долгое время шли споры о степени разрежения в этой области. Сейчас очевидно, что давление в этой области было около 10⁻³ мм рт.ст. (давление насыщенного пара ртути при комнатой температуре), что по современным классификациям относится к области низкого вакуума. Однако такой метод откачки хотя и даёт возможность создавать достаточно неплохой вакуум, достаточный для проведения некоторых экспериментов, однако откачивание таким методом значительных объёмов не представляется возможным. Кроме того для многих экспериментов необходим высокий (10⁻⁶) либо сверхвысокий (10⁻⁹) вакуум.

Для получения столь высокого вакуума используются специальные насосы (кроме того, для создания сверхвысокого вакуума необходимо использовать прогреваемые системы со специальными тефлоновыми или металлическими прокладками). Для получения высокого и сверхвысокого вакуума используется комбинированная откачка. Форвакуумная откачка осуществляется например механическим насосом, либо, если высоковакуумный насос является орбитроном, форвакуум создаётся криосорбционным насосом, который позволяет получить вакуум, достаточный для запуска высоковакуумных насосов.

Используется два типа высоковакуумных насосов: магниторазрядные и диффузионные (их использование связано с возможностью их использования без дефицитного на данный момент (вследствие недостаточного финансирования) жидкого азота).

Принцип работы магниторазрядных насосов основан на нескольких эффектах. Первый это гетерные свойства свеженапыленной плёнки титана (она захватывает молекулы остаточных газов), которые используется в насосах типа орбитрон, в которых создание свеженапыленной плёнки осуществляется термическим распылением титана, и воздействии на ионизированные молекулы газа электромагнитным полем, которое внедряет их в титан и при этом распыляет титан, создавая свеженапыленную плёнку титана.

Принцип работы диффузионного насоса подобен пылесосу, который используется для побелки. Создаётся поток молекул рабочего газа, увлекающий за собой молекулы остаточных газов.

Кроме того для создания сверхвысокого вакуума, как средство предварительной откачки используются криосорбционные насосы, создающие вакуум, достаточный для запуска орбитронов, принцип работы криосорбционных насосов основан на зависимости абсорбционных свойств материала от температуры. Для откачки гетер (которым часто является активированный уголь) охлаждается жидким азотом, при этом его гетерные свойства улучшаются и он активно абсорбирует газ, создавая вакуум. Так же сверхвысокий вакуум, можно получить в космосе, при помощи разгерметизации сверхпрочного баллона в космическом вакуумном пространстве с последующим герметичным закрыванием этого баллона, в момент нахождения его в этом космическом пространстве. В этом случае, при применении специальных фильтров, непозволяющих попасть в этот баллон микрочастицам находящегося в космосе космического вещества, возможно получить при этом таким способом, чистый, сверхвысокий вакуум, способы получения которого в земных условиях, в настоящее время пока еще не изобретены.

Преимущества и недостатки различных типов высоковакуумных насосов[править | править код]

Диффузионные насосы, были одними из первых типов насосов использовавшихся для создания вакуума, который был недостижим для механических насосов. Изначально рабочей жидкостью была ртуть (до создания синтетических, термически стабильных, обладающих низким давлением насыщенных паров масел), что вызывало значительные трудности, поскольку ртуть достаточно активно взаимодействует с металлами, особенно в области высоких температур, кроме того, ртуть токсична, создавало опасность для персонала как при работе насоса, так и при чрезвычайных ситуациях, например его разрушении. После создания синтетических масел от ртути отказались, однако при этом возникли проблемы с термическим разложением масла и загрязнения вакуумных систем маслом. Серийные модели диффузионных насосов позволяют получать вакуум 10⁻⁴ возможно 10⁻⁵ мм.рт.ст. В случае, если применяется вымораживающая ловушка, может быть достигнуто давление где-то на порядок лучше. К преимуществам диффузионных насосов относится высокая скорость откачки, возможность использования без охлаждения жидким азотом, достаточно высокое давление запуска, возможность экспонирования на атмосферу (если насос остановлен). Стоит отметить отсутствие у диффузионных насосов эффекта памяти и селективности откачки. Однако поскольку вакуумная система загрязняется маслом, использование диффузионных насосов как средств предварительной откачки происходит редко, кроме того в процессе остановки необходима откачка форвакуумным насосом, что требует наблюдения за системой при остановке. Ещё одним важным недостатком, связанным с загрязнением системы маслом является быстрый выход из строя ионизационных манометрических ламп.

Гетерионные насосы. Насосы типа НОРД — позволяют получить давление 10⁻⁷ мм.рт.ст. причём, вакуум не загрязняется маслом (если попадание паров масла из форвакуумного насоса сведено к минимуму, использованием различных, в том числе и вымораживающих, ловушек). Однако насосы данного типа плохо откачивают масло, которое может попасть в систему при её откачке форвакуумным насосом, имеют меньшую по сравнению с диффузионными быстроту откачки, в их конструкции присутствует много дефицитного титана, необходимо наличие очень мощных, дорогих магнитов, работа с которыми требует осторожности. Однако если попадание масла из форвакуумнго насоса сведено к минимуму, для откачки не очень больших объёмов гетерионные насосы позволяют получить высокий вакуум, не загрязнённый маслом, стоит отметить, что ионизационные манометрические лампы, используемые для контроля вакуума создаваемого насосами этого типа работают намного дольше, по сравнению с системами откачиваемыми диффузионными насосами.

Насосы типа ОРБИТРОН. Данные насосы можно назвать неполноценными НОРДами, они позволяют получать более высокий вакуум, по сравнению с НОРДами, в прогреваемых системах можно получать вакуум 10⁻⁹ мм.рт.ст. Название «неполноценные НОРДы» обусловлено тем, что в ОРБИТРОНах используется лишь один механизм связывания остаточных газов, основанный на гетерных свойствах свеженапыленной плёнки титана. Стоит отметить, что ОРБИТРОНы, как не странно, лучше откачивают масло (хотя поскольку обычно для создания форвакуума для ОРБИТРОнах используются криосорбционные насосы-загрязнение системы маслом меньше, чем при использовании механических форвакуумных насосов). ОРБИТРОНы имеют более высокую скорость откачки (по сравнению с НОРДами). К недостаткам можно отнести - низкое давление запуска, что обуславливает необходимость использования криосорбционных насосов, требующих жидкий азот, высокий расход титана.

Криоадсорбционные насосы (в отличие от вымораживающих панелей) используются как средство предварительной откачки, для запуска орбиронов. Один из их главных недостатков, особенно заметный после развала СССР — это необходимость использовать для их работы жидкий азот. Кроме того, после откачки, требуется их восстановление достаточно длительным вакуумным прогревом. Однако они обладают и рядом преимуществ- низкое (для форвакуумного насоса) остаточное давление, достаточное для запуска насосов типа ОРБИТРОН и, что также существенно, криоадсорбционные насосы являются средствами полностью безмасляной откачки.

Стоит отметить, что указанные значения давлений нужно рассматривать как ориентировочные (условно можно предполагать наличие коэффициента около 5), известно, что вакуум определяется с точностью до порядка.

Для контроля высокого вакуума по ряду причин не применимы методы измерения давления применяемые в области обычных и умеренно высоких давлений. Одной из причин является то, обычные методы контроля давления основаны на измерении силы, а в случае даже низкого вакуума придётся иметь дело с измерением малых сил, либо малой разности сил, и хотя для давлений до 10⁻³ мм.рт.ст. ещё возможно с применением специальных конструкций ртутных манометров, однако для более высокого вакуума они не применимы. Кроме того следует учитывать, что жидкостные манометры не могут измерить давление меньше давления насыщенных паров рабочей жидкости, кроме этого они могут быть источником загрязнений. Вследствие этого для контроля вакуума применяют другие методы, которые не позволяют получить такую-же точность, как обычные манометры, но обладают приемлемой точностью для вопросов контроля вакуума.

Для контроля форвакуума используются термопарные манометрические лампы. Принцип их работы основан на зависимости теплоотдачи от давления. Принципиальная конструкция их достаточно проста имеется проволока, нагреваемая от источника постоянного тока, ток должен поддерживаться по возможности постоянным, к которой приварена термопара. Проволока нагревается от источника постоянного тока (сила тока — подбирается индивидуально обычно она меньше 150 мА), температура нагреваемой проволоки контролируется с помощью термопары. Поскольку подвод тепла постоянен (проволока нагревается Джоулевым теплом, тепло выделяющиеся в нагревателе полностью определяется током через проволоку и её сопротивлением), температура проволоки определяется теплоотдачей, которая, как писалось выше зависит от давления. Лампы этого типа позволяют контролировать давление соответствующие давлению форвакуума и позволяет определить давление, при котором можно запускать высоковакуумные насосы. Преимущества данных ламп - возможность их экспонирования на атмосферу, даже во включённом состоянии. Загрязнение вакуума маслом также незначительно портит лампы этого типа, однако их использование невозможно для контроля высокого вакуума.

Для контроля высокого вакуума, в котором и производится напыление, используются ионизационные типы манометрических ламп. Принцип их работы основан на зависимости ионизационного тока от степени вакуума. Лампа представляет катод, из которого, за счёт его разогрева, эмитируются электроны, между катодом и анодом прикладывается ускоряющее напряжение, благодаря которому электроны ускоряются, ионизируют молекулы остаточных газов, по развиваемому току можно судить о вакууме. К недостаткам данных ламп можно отнести выход их из строя не только при экспонировании работающей лампы на атмосферу, но и включение её в форвакууме. Кроме того загрязнение системы маслом, приводит к её быстрому выходу из строя.

Стоит отметить, что показания обоих типов ламп зависят от большого числа трудно учитываемых и трудно воспроизводимых условий и выбранных значений токов нагрева, однако эти лампы обеспечивают достаточную точность для проведения многих экспериментов.

Стоит отметить, что для контроля вакуума в случае использования НОРДов либо других типов гетерионных насосов можно использовать их ионный ток, который связан с вакуумом, причём с допустимой точностью в области их работы (не учитывая область запуска) можно считать ток обратно пропорциональным давлению в насосе, присутствующая в уравнении I(p) константа, определяется например с использованием показания например ионизационных манометрических ламп. Недостатком такого метода контроля является то, что измеряется давление в насосе, которое может значительно отличаться от давления в откачиваемой системе. Однако используя такой способ контроля можно значительно уменьшить износ ионизационных ламп.

Особенности создания сверхвысокого вакуума[править | править код]

При откачке системы остаточное давление определяется 2 факторами:

1. скоростью откачки и остаточным давлением обеспечиваемым насосами
2. проникновением газа в систему через различного рода течи.

При работе в области высокого вакуума остаточное давление в основном определяется используемыми насосами.

Однако при работе в области сверхвысокого вакуума важным является явление десорбции газов конструктивными элементами системы, явлении, заключающемся в десорбции молекул газа, абсорбированных системой при её экспонировании на атмосферу.

Для получения сверхвысокого вакуума необходим предварительный прогрев (обезгаживание), для того, чтобы избавится от абсорбированных газов. При этом, поскольку нагрев осуществляется (нагревается откачанная система) до максимально возможных температур, возникает ряд вопросов.

1. Деформация разнородных деталей системы вследствие различных температурных коэффициентов расширения (например металл-стекло, различные вводы и выводы манипуляторов)
2. термическая нестабильность прокладок.

Если первый вопрос успешно решается подбором материалов с малыми, либо близкими коэффициентами температурного расширения, то нестабильность полимерных прокладок является фактором, ограничивающим температуру прогрева (при больших температурах начинается разложение прокладок и вместо обезгаживания получаем загрязнение). Одним из наиболее стабильных полимеров, используемый в сверхвысоковакуумных системах является тефлон (другие названия — фторопласт, тетрафторэтилен), однако наряду с тем, что он может прогреваться до температур не выше 300 градусов и имеет свойство течь при приложении давления. Для работы с вакуумом выше 10^-9 мм.рт.ст. более разумным является использование металлических прокладок, вместо удобных полимерных. Однако при использовании металлических прокладок возникают сложности при открытии и закрытии системы (при этом прокладки приходят в негодность), а их изготовление непростое, как и их замена, однако для создания «рекордного» вакуума (10⁻¹¹ мм.рт.ст.) использование таких прокладок является единственно возможным.

• под редакцией Л. Майссела, Р. Гленга,. Технология тонких плёнок. Справочник / пер. с англ. под редакцией М. И. Елисона, Г. Г. Смолко. — Москва «Советское радио», 1977. — Т. 1. — 664 с. — 20 000 экз.
• В. И. Курашов, М. Г. Фомина. Вакуумная техника: средства откачки, их выбор и применение / под ред. проф. Г. Х. Мухамедзянова. — Учеб. пособие. — КГТУ, 1997. — 57 с. — ISBN 5-7882-0022-9.

ru.wikipedia.org

водозаборная скважина с отбором подземной воды - патент РФ 2499869

Изобретение относится к устройствам, предназначенным для эксплуатации подземных вод водозаборными скважинами и подачи подземных вод в магистральные линии систем орошения. Водозаборная скважина содержит обсадную трубу. В трубе установлен насос (4), дырчатый фильтр (1), линия повышенного давления и электродвигатель (7). Дырчатый фильтр (1) выполнен в виде отрезка трубы с перфорацией (2) на его поверхности. В зоне влияния водозабора устанавливают дополнительную перфорированную трубу (11). Перфорированная труба (11) снабжена эжектором, активное сопло которого подсоединено к трубе. К эжектору подсоединен воздухоподводящий конфузор (20) с обратным клапаном (21). Изобретение обеспечивает повышение производительности насоса, бесперебойную работу водозаборной скважины и повышение эффективности за счет увеличения общего доступа воздуха в область вакуума. 3 з.п. ф-лы, 1 ил.

Рисунки к патенту РФ 2499869

Изобретение относится к устройствам, предназначенным для эксплуатации подземных вод водозаборными скважинами и подачи подземной воды в магистральные линии систем орошения.

Известен трубчатый колодец, содержащий обсадную трубу, в которой установлен насос. Полость нагнетания насоса сообщена с водоподъемной трубой. В колодце установлено уплотнение, образующее с обсадной трубой и оголовком колодца герметичную камеру, соединенную с водоподъемной трубой (А.С. СССР № 279485, кл. Е03В 3/12,1967).

Недостатком известного колодца является то, что при его эксплуатации запас воздуха, находящегося под давлением в герметичной камере, в результате растворения в воде постепенно уменьшается, что приводит к ухудшению эксплуатационных качеств.

Известно водозаборное устройство, содержащее напорный трубопровод, погруженный в скважину многосекционный насос с трансмиссионным валом, проходящим внутри напорного трубопровода или заполненной маслом трубе, электродвигатель, установленный на станине над устьем скважины (Шабалин А.Ф. Эксплуатация промышленных водопроводов. - Металлургия, 1972, с.143).

Однако наличие у данного устройства трансмиссионной передачи, не позволяющей точно отрегулировать зазоры между рабочими колесами и направляющими аппаратами насоса, приводит к большим объемным потерям, снижению подачи действия насоса.

В качестве прототипа принято водозаборное устройство, содержащее составленный из соединенных муфтами отрезков туб, напорный трубопровод, многосекционный насос с погружным электродвигателем и установленный в водоприемной части скважины сетчатый фильтр с отстойником, причем первая из размещенных ниже статического уровня воды муфта напорного трубопровода выполнена в виде держателя уплотняющего элемента, внутренняя полость последнего из которых соединена с линией повышенного давления, проложенной вдоль напорного трубопровода к устью скважины (Патент РФ № 2083768, кл. Е03В 3/08, Е21В 43/00, 1995).

Недостатком известного водозаборного устройства является его сложность конструкции, необходимость использования энергоемких и сложных в эксплуатации электропогружных насосов, а также снижение эффективности при условиях, когда величина оттока подземных вод за пределы зоны влияния водозабора превышает дефицит водозабора из водоносного горизонта и затраты на обеспечение перетока подземных вод с нижерасположенному по потоку подземных вод существенно требует расходы на строительство других дополнительных устройств, связанные с устройством искусственной завесы (барража), что может определять неблагоприятные условия при их сельскохозяйственном использовании.

Использование подземных вод для орошения в каждом отдельном случае определяют, исходя из конкретных условий и технико-экономических соображений. При этом все это обусловлено законами движения подземных вод, глубиной их залегания, физико-химическим составом и др.

Поэтому другим недостатком известного водозаборного устройства является снижение надежности при работе насосного агрегата с учетом специфических требований различных технологических режимов, например, когда происходит падение динамического уровня воды в скважине ниже уровня, при котором обеспечивается нормальная работа насоса и скважины. Отсутствует автоматический контроль пуска насоса при срабатывании какой-либо защиты, а также из-за неравномерного притока или по другим причинам может не оказаться воды.

Целью заявляемого изобретения является повышение производительности насоса, обеспечение бесперебойной работы водозаборной скважины и повышение эффективности за счет увеличения общего доступа воздуха в область вакуума.

Указанная цель достигается тем, что в водозаборной скважине с отбором подземной воды, содержащей обсадную трубу, в которой установлен дырчатый фильтр в виде отрезка трубы с выполненной на его поверхности перфорацией, линия повышенного давления и электродвигатель, в зоне влияния водозабора устанавливают дополнительную перфорированную трубу, снабженную эжектором, активное сопло которого подсоединено к перфорированной трубе, и к эжектору подсоединен воздухоподводящий конфузор с обратным клапаном. Кроме того, конфузор с конусностью установлен в сторону входной части камеры эжектора, при этом перфорированные отверстия дополнительной трубы с дырчатым фильтром просверлены наклонно к основанию трубы и обе трубы заглублены на одном уровне водоносного горизонта. При этом она снабжена автоматической системой управления.

Отличительными признаками от прототипа являются:

- в пределах зоны влияния водозабора устанавливают дополнительную перфорированную трубу с просверленными отверстиями наклонно к основанию трубы, и она снабжена эжектором;

- для подвода воздуха в область вакуума и увеличения его общего объема установлен конфузор с конусностью, направленной в сторону входной части камеры эжектора, и конфузор имеет обратный клапан;

- периодически подают энергию извне путем закачки воды через эжектор, в результате чего эжекторное активное сопло с нагнетательной камерой соединено с воздухоподающим конфузором;

- по мере повышения уровней подземных вод в пределах зоны влияния водозабора и накопления подземного стока в водоносном горизонте автоматическая система включения приводит в действие вакуумный насос, который приводит скважину в исходное положение, т.е. включается в работу.

В пределах зоны влияния водозабора устанавливают дополнительную перфорированную трубу, представляющую собой, например, скважину с дырчатым фильтром в виде трубы с выполненной на ее поверхности перфорацией, опущенную в водоносный горизонт на одном уровне с водозаборной скважиной, причем скважность дополнительной трубы дырчатого фильтра составляет 5-15%. Отверстия просверлены наклонно к основанию трубы, под углом 30-40 градусов к оси трубы. Дополнительная скважина верхним концом присоединяется к эжектору с активным соплом, куда подводится вода под большим напором, т.е. насос, по которому подводится жидкость, включающий активное сопло, камеру смешения и диффузор, а также воздухоподающий конфузор с конусностью, направленной в сторону входной части камеры эжектора. Жидкость с большой скоростью выбрасывается в камеру смешения и увлекает подсасываемый атмосферный воздух через воздухоподающий конфузор и действует как вакуум-насос. При этом атмосферный воздух поступает в камеру эжектора и оттуда в трубу, соединенную с отрезком дырчатого фильтра, заглубленного в водоносный пласт. За счет этого увеличивается поступление общего объема воздуха и происходит смешивание с водой, обеспечивая его поступление через дырчатый фильтр в эксплуатируемый водоносный горизонт, и обеспечивает дебитом водозаборную скважину из эксплуатируемого горизонта, т.е. приток к ней подземной воды. В свою очередь, это позволяет регулировать статический уровень в водозаборной скважине. Кроме того, приток воды в рабочую скважину может достигнуть динамического уровня, тогда дополнительную трубу с эжектором можно отключать, а благодаря воздухоподводящему конфузору с обратным клапаном обеспечивается продолжение автоматического поступления воздуха в дополнительную трубу с определенным повышенным объемом, что повышает давление в водоносном горизонте, так происходит забор воды в скважине.

При движении воздуха в конфузоре происходит сужение его и увеличивается его скорость, в результате чего устройство продолжает работать.

Автоматическая система на рабочей скважине приводит в действие вакуумный насос, который приводит в работу насос для откачки воды в систему орошения или осушение земель. Основной задачей здесь вакуум-насоса является обеспечить постоянный отсос воздуха из основной скважины, поступающего из водоносного горизонта из дополнительной скважины с водой. На основной скважине может быть установлен датчик давления расхода воздуха. Такое устройство обеспечивает надежную эксплуатационную работу насоса водозаборной скважины, т.е. после этого включается электродвигатель.

Следует отметить, что эжектор с воздухоподающим конфузором и с обратным клапаном чрезвычайно удобен для подачи атмосферного воздуха повышенного давления. Он не имеет движущихся частей, не боится попадания воды в приемную камеру и частиц песка. Таким образом, процесс запуска водозаборной скважины получается весьма простым, насос начнет работать и будет подавать воду в напорный трубопровод (потребителю), например на орошение или осушение земель. Вентиль закрывается, и вакуум-насос отключается на водозаборной скважине.

Таким образом, обеспечивается причинно-следственная связь совокупности отличительных признаков заявляемого изобретения и достигаемого технического результата: регулирование гидрологического режима подземных вод в зоне водозаборной скважины, в частности, за счет увеличения к ней притока подземных вод из водоносного горизонта и расходование воды, например, на орошение или откачку дренажных вод, отличающееся от известных конструкций принципом работы.

Сущность заявляемого изобретения иллюстрируется чертежом, представлен общий вид водозаборной скважины с отбором подземной воды.

Водозаборная скважина с отбором подземной воды содержит дырчатый фильтр 1 в виде трубы с выполненной на ее поверхности перфорацией 2 с отстойником 3, насос 4, магистральный трубопровод 5, задвижку 6, электродвигатель 7, вакуумный насос 8 с автоматической системой 9 включения и задвижку 10.

На эксплуатируемом водоносном горизонте и для увеличения притока подземной воды на определенном расстоянии устанавливают на одном высотном уровне дырчатый фильтр 1 в виде отрезка трубы, дополнительный отрезок перфорированной трубы 11 с дырчатыми отверстиями 12, выполненной в виде трубы с перфорацией на ее поверхности, снабженной напорной трубой 13, по которой подводится вода под большим напором с эжектором, включающим активное сопло 14, камеры смешения 15, 16 и диффузор 17. Для пуска и отключения воды в трубу 18 установлена задвижка 19. Эжектор также включает воздухоподающий конфузор 20 с конусностью, направленной в сторону входной части камеры 15 смешения, и обратный клапан 21, закрепленный перед камерой 5 смешения.

Водозаборная скважина с отбором подземной воды работает следующим образом.

Перед запуском эжектора в работу задвижка 19 на трубопроводе 13 открывается, вода под напором проходит через сопло 14 эжектора и создает эжектирующее действие на атмосферный воздух, поступающий из воздухоподводящего конфузора 20 через обратный клапан 21 в камеры смешения 15 и 16 и далее в диффузор 17. Сопло 14 повышает интенсивность подсоса атмосферного воздуха из воздухоподающего конфузора 20, т.е. создается разрежение и происходит всасывание воздуха.

Таким образом, вода, смешанная с атмосферным воздухом, поступает в дополнительную перфорированную трубу 11 с увеличенным расходом (подаваемая под напором и эжектируемая). Разрежение, создаваемое в камере эжектора, увеличивает производительность, исключает скапливание атмосферного воздуха перед активным соплом эжектора. Для работы дополнительной трубы поступает вода с соответствующим напором, следовательно, для нагнетания жидкости в водоносный горизонт используется живая сила потока жидкости вместе с воздухом. Отверстия просверлены наклонно к основанию трубы, при этом обе трубы заглублены на одном уровне водоносного горизонта, а перфорация выполнена под углом 30-40 градусов к оси трубы, позволяет проникать большому объему воздуха в водоносный горизонт под углом и продавливать вместе с жидкостью (водой) для осуществления притока воды в направлении к водозаборной скважине, что приводит к значительному увеличению удельных расходов воды в створе водозаборной скважины с дырчатым фильтром 1. За счет впуска сжатого воздуха с жидкостью давление воды в водоносном пласте повышается, и воздух также будет проникать в водозаборную скважину. Объем воздуха в водозаборной трубе повысится, проходя через фильтр 1 скважины. На этой стадии скважина не работает. Наличие вакуумного насоса 8 с автоматической системой 9 включения позволяет произвести откачку воздуха, в результате чего статический уровень воды повышается, образуется подпор подземных вод за счет увеличения притока на регулируемом участке. Затем при прекращающейся откачке воздуха и при достижении некоторого минимального перепада давления открывают задвижку 6 и осуществляют пуск электродвигателя 7 скважины. Таким образом, после повышения давления в подземном пласте до отметок, обеспечивающих требуемый водоотбор, подачу воды из напорной трубы 13 прекращают перекрытием задвижки 19, тогда как остается возможность осуществлять автоматически поступление атмосферного воздуха по воздухоподводящему конфузору 20 с обратным клапаном 21, что обеспечивает также повышенное давление и приток подземных вод в сторону водозаборной скважины 1 под разностью давления воздуха между обеими скважинами. При резком снижении дефицита воды в скважине до допустимых пределов подачу жидкости (воды) из напорного трубопровода 13 возобновляют.

Выделившийся воздух отсасывается вакуум-насосом 8 и направляется в атмосферу (на чертеже не показано). При этом работа вакуум-насоса должна быть отрегулирована автоматической системой 9 включения с электродвигателем 7 так, чтобы в скважине поддерживался постоянный уровень воды, и обеспечивалась достаточная производительность насоса с непогружным электродвигателем. Однако по мере эксплуатации может произойти дефицит забора воды из скважины 1, т.е. уменьшение дебита скважины. Для восстановления дебита производят остановку скважины, сообщающейся трубой с отсасывающим вакуум-насосом 8, и остановку электродвигателя 7 и под напором воду нагнетают в дополнительную трубу 13, которая проходит через активное сопло 14 эжектора с подводящим с воздухоподводящим конфузором 20 с обратным клапаном 21, обеспечивая начало нового цикла работы водозаборной скважины.

Таким образом, при необеспеченности водоотбора из водоносного горизонта, особенно в маловодные годы, возникает необходимость регулирования подземного стока посредством создания повышенного подземного давления на водоносный горизонт. В связи с этим водоносный горизонт, в котором создается дополнительное давление (перепад давления), должен иметь непосредственно сообщение с атмосферным воздухом при наличии эжектора, активное сопло которого подсоединено к отводящей камере 15 и 16 с воздухоподводящим конфузором 20. Давление воздуха со стороны дополнительной трубы с дырчатым фильтром, скважность которого составляет 5-15%, с отверстиями, просверленными наклонно к основанию трубы, под углом 30-40 градусов к оси трубы, несколько выше, чем напор подземных вод в створе забора воды насосом 4 - превышение уровня воды над водоупором. При этом производительность трубы 1 скважины может быть увеличена в соответствии с гидрологическими условиями водоносного пласта, в частности, в соответствии с мощностью зоны аэрации, которая и определяет потенциальные возможности накопления подземных вод в зоне створа водозабора. Пределы возможного увеличения производительности водозабора скважины 1 определяются гидрологическим обоснованием. Продолжительность нагнетания воздуха, смешанного с напорной водой, в водоносный горизонт дополнительного отрезка трубы 1 в сторону водозаборной скважины может соответствовать продолжительности мощности отбора насоса 4 в условиях естественного восстановления эксплуатируемого водоносного горизонта не ниже динамического уровня воды в скважине, например продолжительность сезонного орошения или откачки дренажных вод, когда интенсивность в летние периоды повышается. Необходимо отметить, что в случаях глубокого заложения дренажных коллекторов может возникнуть необходимость в перекачке дренажных вод. Основным механическим оборудованием этих станций являются горизонтальные центробежные насосы, поэтому нужны вакуумные насосы. Поэтому с целью упрощения в конструкции станции применены вертикальные насосы, что особенно эффективно при откачке воды непосредственно из скважины вертикального дренажа. Гидрологические расчеты наиболее простых систем дренажей базируются на законе движения грунтовых вод. При откачке воды из однородного водоносного пласта со свободным уровнем вокруг дрены образуется депрессионная воронка с максимальным понижением уровня воды в колодце. Возможность управлять производительностью расхода насоса из скважины за счет снабжения насоса автоматической системой управления 9 с задвижкой 10 и, соответственно, связь с дополнительной трубой 13 с эжектором и с воздухоподводящим конфузором 20 с обратным клапаном 21 позволяет управлять гидрологическим режимом подземных вод на участке подземного пласта, что особенно важно в пластах относительно небольшой мощности. Пуск вакуумного насоса производится при понижении уровня в водонапорной трубе скважины до нижнего предела уровня воды в ней. В этом случае полученный сигнал передается на прибор управления, который включает вакуумный насос в работу. Контрольно-диспетчерский пункт (на чертеже не показано) позволяет проверить выполнение операций пуска или остановки вакуумного насоса в соответствии с полученным сигналом. Такая возможность не обеспечивается ни одним известным техническим решением.

Управление такой скважины по существу сводится к управлению электродвигателем 7 за счет контроля автоматической системой управления вакуум-насосом и контроля за подачей в дополнительную трубу 13 воды под напором, проходящей через активное сопло 14 эжектора, т.е. обеспечивается причинно-следственная связь совокупности отличительных признаков заявляемого изобретения и достигаемого технического результата независимо от его использования для орошения или осушения земель с учетом специфических требований технологических режимов. При этом в скважине вода с воздухом из нижних слоев поднимается до динамического уровня и выше. Созданное повышенное давление выделенного объема воздуха в трубе перед электродвигателем 7 удаляется автоматической системой 9 и включением в действие вакуумного насоса 8, т.е. позволяет увеличить степень разрежения воздушной среды над динамическим уровнем воды в скважине и, тем самым, включить в работу электродвигатель с насосом.

Предлагаемое изобретение позволяет не только восстановить производительность скважины, но и значительно увеличить ее дебит и тем самым продлить срок эксплуатации для орошения и осушения земель, а это снижает капитальные затраты на строительство дополнительных водозаборных скважин для подъема грунтовых вод. Таким образом, функциональные возможности и конструктивные особенности строительства позволяют проводить забор воды из скважины на орошение или удаление дренажных вод при осушении земель.

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

1. Водозаборная скважина с отбором подземной воды, содержащая обсадную трубу, в которой установлен насос, дырчатый фильтр в виде отрезка трубы с выполненной на его поверхности перфорацией, линия повышенного давления и электродвигатель, отличающаяся тем, что с целью повышения производительности насоса, обеспечения бесперебойной работы водозаборной скважины и повышения эффективности за счет увеличения общего доступа воздуха в область вакуума, в зоне влияния водозабора устанавливают дополнительную перфорированную трубу, снабженную эжектором, активное сопло которого подсоединено к перфорированной трубе, и к эжектору подсоединен воздухоподводящий конфузор с обратным клапаном.

2. Водозаборная скважина по п.1, отличающаяся тем, что конфузор с конусностью установлен в сторону входной части камеры эжектора.

3. Водозаборная скважина по п.1, отличающаяся тем, что перфорированные отверстия дополнительной трубы с дырчатым фильтром просверлены наклонно к основанию трубы и обе трубы заглублены на одном уровне водоносного горизонта.

4. Водозаборная скважина по п.1, отличающаяся тем, что она снабжена автоматической системой управления.

www.freepatent.ru

Смотрите также

• 
  Геологический разрез скважины
• 
  Ветер сквозь замочную скважину краткое содержание
• 
  Бурение скважин техника безопасности
• 
  Аквадрил бурение скважин
• 
  Разведочное бурение на воду
• 
  Бурение скважин во всеволожском районе
• 
  Вода из скважины жесткая что делать
• 
  Наблюдательная скважина это
• 
  Дренажная скважина на глине
• 
  Штанги для бурения скважин
• 
  Хилти алмазное бурение