СПОСОБ ПОДЪЕМА ВОДЫ ЭРЛИФТОМ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ
METHOD OF WATER AIR LIFT AND DEVICE TO THIS END

Изобретение относится к насосостроению, в частности к способам подъема воды эрлифтом, и может быть использовано при проектировании гидротранспортных систем в промышленности и строительстве, изыскательских работах, в сельском хозяйстве, а также в водоснабжении.
Известен способ подъема воды эрлифтом путем эжектирования воздуха струей жидкости, истекающей из скважины через патрубок в смеситель (SU 1043365 A, 23.09.1983). Недостатком этого способа является необходимость погружения смесителя под уровень жидкости. В этом случае оказывается невозможным запуск эрлифта при низком динамическом уровне воды в скважине или колодце и малой глубине водоема.
Наиболее близким к изобретению по технической сущности является способ подъема воды эрлифтом за счет создания избыточного давления на свободную поверхность воды весом эрлифта, весом балласта и осевым усилием (RU Заявка на изобретение 2009124335, 27.12.2010). Недостатком известного способа является трудность запуска эрлифта при медленном нарастании избыточного давления на поверхность воды. При этом вода заполняет воздушную трубу и прекращается аэрация воды в подъемной трубе. Кроме того, водяную пробку в воздушной трубе создает вода, прерывающаяся через уплотнения. В этом случае приходится увеличить осевую нагрузку на эрлифт, чтобы скоростная рабочая струя рассосала водяную пробку в подъемной трубе. Воздушная труба, являясь корпусом эрлифта, соизмерима с диаметром скважины и поэтому имеет большой объем. По этой причине освобождение воздушной трубы от водяной пробки проблематично.
Задача изобретения обеспечение устойчивого отбора воды эрлифтом при переходных режимах и упрощение эрлифта.
Технический результат достигается тем, что подвод воздуха к изолированной смесительной камере осуществляют по дополнительной трубке, соизмеримой по диаметру с подъемной, но предпочтительно меньше диаметра подъемной и выходящей с ней к дневной поверхности, а в качестве балласта используют воду из скважины, прорывающуюся через гидравлические уплотнения между корпусом эрлифта и обсадной трубой скважины и заполняющую корпус эрлифта. Это позволяет отбирать воду из скважины при любых режимах приложения к эрлифту осевой нагрузки независимо от появления воды в воздушной трубке при одновременном упрощении эрлифта за счет исключения специального балласта.
Пример осуществления способа
Воду поднимают следующим образом. Эрлифт, состоящий из корпуса, в котором размещены подводящий из скважины воду патрубок, камера смешения, подъемная труба и трубка, соединяющая камеру смешения с атмосферой, опускают в скважину до соприкосновения с поверхностью воды. Затем переносят весь вес эрлифта и подъемной трубы на поверхность воды в скважине. Под действием избыточного давления на поверхность воды от веса эрлифта последняя через патрубок устремляется в камеру смешения, увлекая за собой воздух из атмосферы через воздушную трубку. В камере смешения вода с воздухом смешиваются. При этом объемный вес смеси становится меньше. Водовоздушная смесь движется по подъемной трубе на дневную поверхность. По мере отбора воды из скважины эрлифт опускается вниз, а высота подъема воды увеличивается. Чтобы устойчивость подъема воды сохранять, необходимо, чтобы избыточное давление на поверхности воды возрастало по мере опускания эрлифта. Эту задачу решает вода, прорывающаяся через уплотнения между корпусом эрлифта и стенками обсадной трубы скважины. Ее направляют в корпус эрлифта и этим увеличивают его вес и, как следствие, избыточное давление на поверхности воды и скорость ее истечения в камеру смешения. Таким образом обеспечивается устойчивый процесс. При этом подъем воды осуществляют в виде циклически повторяющихся операций постановки корпуса эрлифта на поверхность воды в скважине, опускания эрлифта в скважину по мере отбора запланированного объема воды и последующего подъема корпуса эрлифта на исходную высоту.
Устройство для подъема воды.
Известно устройство для подъема воды эрлифтом. Оно содержит корпус эрлифта, обеспечивающий связь камеры смешения с атмосферой. В корпусе расположена камера смешения и патрубок для истечения воды из скважины в камеру смешения и далее после смешения с воздухом в подъемную трубу (SU 1043365 A, 23.09.1983). Недостатком этого устройства является необходимость погружения смесителя ниже уровня воды в скважине.
Наиболее близким по технической сущности к изобретению является устройство (RU заявка на изобретение 2009124335, 27.12.2010), в котором корпус эрлифта выполнен по диаметру близким к диаметру обсадной трубы скважины и снабжен гидравлическими уплотнениями. В корпусе эрлифта также расположена камера смешения и патрубок для истечения воды из скважины в камеру смешения и далее после смешения с воздухом в подъемную трубу. При опускании эрлифта в скважину последний устанавливается на свободную поверхность воды. Однако при создании избыточного давления на поверхность воды, часть ее прорывается через гидравлические уплотнения между стенками эрлифта и обсадной трубы и заполняет корпус эрлифта, создавая гидравлическую пробку, препятствующую проходу воздуха из атмосферы и увеличивающую нагрузку на рабочую струю. Это приводит к снижению высоты подъема воды эрлифтом.
Задача изобретения - повысить надежность и высоту подъема воды эрлифтом.
Технический результат достигается тем, что вход в камеру смешения изолирован от внутреннего пространства корпуса эрлифта и соединен с атмосферой трубкой, соизмеримой по диаметру с подъемной трубой, предпочтительно меньше диаметра последней, а в качестве подъемника использован ворот, снабженный штурвалом, по диаметру кратно превышающим диаметр ворота. Для привлечения нескольких человек к спускоподъемным операциям штурвалом могут быть снабжены оба торца ворота. Ворот монтируется на раме, скрепленной с обсадной трубой.
Устройство для подъема воды эрлифтом изображено на прилагаемом чертеже. Устройство содержит размещенный внутри обсадной трубы 1 скважины корпус 2 эрлифта, установленный на поверхности воды в скважине. Снаружи корпуса 2 размещены гидравлические уплотнения, например, в виде рассредоточенных колец 3 из сравнительно мягкого неабразивного материала, не способного разрушать обсадную трубу, например пластмассы или резины. Внутри корпуса эрлифта размещена камера смешения 4, воздушная трубка 5, подъемная труба 6 и патрубок 7. Вход в камеру смешения 4 изолирован крепежным элементом 8 от внутреннего пространства корпуса 2 эрлифта и соединен воздушной трубкой 5 с атмосферой. Диаметр воздушной трубки 5 соизмерим с диаметром подъемной трубы 6, но предпочтительно меньше последнего.
На дневной поверхности устройство имеет подъемник, выполненный, например, в виде ворота 9, снабженного штурвалом 10, диаметр которого кратно превышает диаметр ворота 9. Ворот 9 смонтирован на раме 11, предпочтительно скрепленной с обсадной трубой 1. Ворот 9 имеет навивку троса 13 для подвески корпуса 2 эрлифта в обсадной трубе 1 водозаборной скважины.
Устройство работает следующим образом. Корпус 2 эрлифта, соединенный с подъемной трубой 6, вводится внутрь обсадной трубы 1 и опускается вниз до соприкосновения с поверхностью воды в скважине. Затем переносится вся тяжесть эрлифта на свободную поверхность воды. На поверхности воды возникает избыточное давление, обусловленное весом эрлифта, и под действием избыточного давления вода через патрубок 7 с большой скоростью истекает в камеру смешения 4, формируя на входе в камеру смешения вакуум. За счет разности давлений атмосферного и вакуумного воздух из атмосферы по воздушной трубке 5 устремляется в камеру смешения 4, где смешивается со струей воды из патрубка 7. Облегченный водогазовый поток под напором струи из патрубка 7 поднимается по трубе 6 на дневную поверхность и складируется в сборной емкости 12.
За один рабочий цикл на дневную поверхность в зависимости от диаметра скважины может быть поднято от нескольких десятков до нескольких тысяч литров воды. После заполнения сборной емкости 12 водой эрлифт, подвешенный на тросе 13, путем вращения штурвала 10 ворота 9 приподнимается на статический уровень воды. Для подъема нужного количества воды частному потребителю достаточно, чтобы эрлифт опустился от статического уровня на 1…2 метра, а иногда и меньше. А чтобы подъем воды был непрерывным в течение неопределенно долгого времени, эрлифт необходимо зафиксировать на определенном динамическом уровне воды в скважине и поддерживать на определенном уровне перепад давлений в воздушной трубе с помощью дополнительных средств.