Устройство для подачи воды из скважины в башню и его автоматический сливной клапан

Устройство для подачи воды из скважины в башню и его автоматический сливной клапан


RU (11) 2222671 (13) C2

(51) 7 E03B3/06, E03B11/00, E03B7/12, F16K17/34 

(12) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ПАТЕНТУ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ 
Статус: по данным на 26.12.2007 - действует 

--------------------------------------------------------------------------------

(21) Заявка: 2001132996/03 
(22) Дата подачи заявки: 2001.12.05 
(24) Дата начала отсчета срока действия патента: 2001.12.05 
(43) Дата публикации заявки: 2003.08.20 
(45) Опубликовано: 2004.01.27 
(56) Список документов, цитированных в отчете о поиске: RU 2000392 C, 07.09.1993. SU 469847 A, 14.08.1975. SU 612011 А, 26.05.1979. SU 1756481 А1, 23.08.1992. SU 817161 A, 30.03.1981. CA 1065737 А, 06.11.1979. US 5901744 A, 11.05.1999. 
(72) Автор(ы): Вафин М.В. 
(73) Патентообладатель(и): Вафин Минхасян Валиевич 
Адрес для переписки: 423462, Республика Татарстан, г. Альметьевск, ул. Тельмана, 59, кв.22, М.В. Вафину 

(54) Устройство для подачи воды из скважины в башню и его автоматический сливной клапан 

Изобретение относится к области водоснабжения для автоматического слива жидкости в трубопроводах, в качестве защиты башни от замерзания в ней воды, предпочтительно в водозаборных скважинах сельского хозяйства. Технический результат заключается в увеличении надежности устройства и срока эксплуатации насосов и скважин, улучшении снабжения водой населения, сокращении расходов на эксплуатацию, на ремонт, на строительство и т.д. Автоматический сливной клапан включает корпус с входным и выходным отверстиями, внутри которого размещен рычаг с запорным элементом, один конец рычага шарнирно соединен с корпусом, а другой согнут, слив, выполненный в виде размещенной на боковой поверхности корпуса сливной трубки с седлом, вилку. Рычаг снабжен грузиком с возможностью опирания грузика на расположенные на противоположной стороне от седла образующие внутренней поверхности корпуса и с возможностью закрывания запорного элемента при увеличении подачи насосом в момент наступления допустимой минимальной подачи, седло и контактирующая поверхность запорного элемента с седлом выполнены плоскими, седло, рычаг и вилка выполнены из пластмассы. Устройство для подачи воды из скважины в башню включает погружной насос с обратным клапаном, соединенный с башней посредством напорного трубопровода с верхней подачей воды в башню, задвижку, и указанный выше автоматический сливной клапан. 2 с.п. ф-лы, 3 ил. 


ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ



Изобретение относится к области водоснабжения и может быть использовано для автоматического слива жидкости в трубопроводах, в качестве защиты башни от замерзания в ней воды, предпочтительно в водозаборных скважинах сельского хозяйства.

Чтобы исключить замерзание воды в верхней части башни и сэкономить средства в сельской местности скважины в основном работают с верхней подачей воды в башню, несмотря на то, что существующие типовые проекты сделаны с нижней подачей воды в башню. Башни в основном не утепленные, но, несмотря на это, они работают надежно за счет прохождения воды сверху донизу башни. Недостатком таких устройств является снятие обратных клапанов с погружных насосов с целью избежать замерзания воды в напорных трубопроводах.

Нарушение эксплуатации скважин, связанное с удалением обратных клапанов с насосов, является главной причиной преждевременного выхода из строя скважин и насосов. Это доказывают “исследования действия фильтров при переходных процессах”, проведенные в скважинах без обратных клапанов (4) и “предупреждение пескования скважин” (5).

Максимальная дестабилизация режима фильтрации происходит в момент пуска насоса без обратного клапана. Потому что, когда обратный клапан на месте, напорный трубопровод постоянно заполнен водой и на обратный клапан постоянно давит столб воды, который заменяет прикрытие задвижки в момент пуска, и поэтому пуск скважины осуществляется плавно. А когда нет клапана, при остановке насоса, внутри напорной трубы и водоносном слое устанавливается статический уровень воды. Т.е. при этом разность давлений, действующих на насос сверху и снизу, равно нулю. Поэтому при пуске насоса в этих условиях происходит максимальная подача воды насосом. Поэтому это условие приводит к снижению проницаемости водоприемной части и пескованию скважин. Песок попадает в насосы и выводит из строя подшипники, крыльчатки, а, поскольку песок тяжелее воды и насос расположен выше фильтра, песок и грязь заполняют фильтры и выводят из строя скважину.

Это приводит к превышению допустимого тока электродвигателя, вынужденной разрегулировке защиты, не срабатыванию ее и сгоранию двигателя насоса. Поэтому в инструкциях по обслуживанию электропогружных насосов (6, с.4, п. 10) пишут, что пуск в эксплуатацию насосного агрегата допускается только при заполненном напорном трубопроводе. Не допускается рассверление или сквозное просверление конуса клапана, так как в этом случае обратный клапан не в состоянии выполнять свои функции.

А периодический пуск скважин без обратных клапанов в автоматическом режиме является наихудшим вариантом эксплуатации скважин. По этой причине в сельской местности мало скважин, работающих в автоматическом режиме. Из-за этого много случаев переливания воды из башни и жалобы на плохое обеспечение водой населения.

Кроме того, из-за удаления обратных клапанов с насосов, из-за пескования скважин, дебет скважин используется в большинстве скважин только на 60 % по сравнению со скважинами, укомплектованными электропогружными насосами с обратными клапанами.

Проблема автоматического слива воды из напорной трубы скважин, после остановки насоса, без удаления обратного клапана и исключения замерзания воды в башне давно существует.

Уровень техники по объекту автоматический сливной клапан (а.с.к.).

Известно устройство для подъема воды из скважины, включающее насос, запорный орган с механизмом его перемещения (а.с. СССР №817161, Е 03 В 3/06, 1979 г.). Недостатком этого изобретения является сложность конструкции запорного органа с механизмом его перемещения.

Наиболее близким аналогом является автоматический сливной клапан, включающий корпус с входным и выходным отверстиями, внутри которого размещен рычаг с запорным элементом, один конец рычага шарнирно соединен с корпусом, а другой согнут, слив, выполненный в виде размещенной на боковой поверхности корпуса сливной трубки с седлом, вилку (см. патент РФ №2000392 С, Е 03 В 3/06, 07.09.1993, 3 с.). Недостаток этого клапана заключается в том, что иногда клапан не открывается, иногда в местах соединения корпуса с вилкой в корпус со сливом просачивается вода, быстро выходят из строя седло (слив), рычаг, вилка при работе в агрессивной воде.

Уровень техники по объекту устройство для подачи воды из скважины в башню.

Известна глубинная установка для откачки различных жидкостей из скважин, содержащая погружной насос с обратным клапаном, напорный трубопровод, спускной клапан (а.с. СССР №612011, Е 21 В 43/00, 1976). Недостатком этого изобретения является сложность конструкции.

Удачным решением этой проблемы и наиболее близким аналогом является устройство для подачи воды из скважины в башню, включающее погружной насос с обратным клапаном, соединенный с башней посредством напорного трубопровода с верхней подачей воды в башню, задвижку, автоматический сливной клапан (см. указанный патент РФ №2000392).

Недостатком этого аналога является низкая надежность, так как при остановке насоса вода в напорной трубе иногда может замерзать из-за надежности работы а.с.к.

Задачей является увеличение надежности устройства и срока эксплуатации насосов и скважин; улучшение снабжения водой населения; сокращение расходов на эксплуатацию, на ремонт, на строительство и на ликвидацию скважин (порядка 2 раз); решение проблемных вопросов автоматизации скважин и улучшение экологической ситуации и санитарного состояния скважин в сельской местности России.

Задача решается тем, что в автоматическом сливном клапане, включающем корпус с входным и выходным отверстиями, внутри которого размещен рычаг с запорным элементом, один конец рычага шарнирно соединен с корпусом, а другой согнут, слив, выполненный в виде размещенной на боковой поверхности корпуса сливной трубки с седлом, вилку, отличающийся тем, что рычаг снабжен грузиком с возможностью опирания грузика на расположенные на противоположной стороне от седла образующие внутренней поверхности корпуса и с возможностью закрывания запорного элемента при увеличении подачи насосом в момент наступления допустимой минимальной подачи, седло и контактирующая поверхность запорного элемента с седлом выполнены плоскими, седло, рычаг и вилка выполнены из пластмассы.

Также задача решается тем, что в устройстве для подачи воды из скважины в башню, включающем погружной насос с обратным клапаном, соединенный с башней посредством напорного трубопровода с верхней подачей воды в башню, задвижку, автоматический сливной клапан, автоматическим сливным клапаном является клапан, описанный выше и заявленный в п.1 формулы изобретения.

На фиг. 1 изображено предлагаемое устройство, общий вид; на фиг. 2 - автоматический сливной клапан; на фиг.3 - разрез А-А.

Устройство содержит электропогружной насос 1 с обратным клапаном 2, напорным трубопроводом 3, автоматический сливной клапан 4, задвижку 5, башню 6.

Наземная часть напорного трубопровода 3 имеет уклон. Автоматический сливной клапан 4 установлен встык с водоподъемными трубами напорного трубопровода 3, и имеет корпус 7, приводной рычаг 10 с запорным элементом 8 и грузиком 12, сливную трубку с седлом 9, вилку 11, гайку 13. Приводной рычаг 10 с запорным элементом 8 и грузиком 12 размещен внутри корпуса, один конец приводного рычага шарнирно соединен с корпусом 7, а другой согнут. Грузик установлен с возможностью опирания на расположенные на противоположной стороне от седла образующие внутренней поверхности корпуса 7.

Устройство работает следующим образом. При включении насоса 1 вода через обратный клапан 2 по трубе 3 поднимается вверх, проходит через а.с.к. 4, задвижку 5 по надземной части напорного трубопровода 3, сверху сливается в башню 6, проходит через башню и снизу вода идет на расход. При движении воды по внутренней части корпуса 7 вверх под действием скоростного напора массы жидкости приводной рычаг 10 с запорным элементом 8 и грузиком 12 поворачивается относительно оси вилки 11 и запорный элемент 8 закрывает седло сливной трубки 9. Вода проходит по корпусу 7, не сливаясь.

При остановке насоса 1, т.е. при остановке движения жидкости в трубопроводе 3 и, следовательно, внутри корпуса 7, приводной рычаг 10 с запорным элементом 8 и грузиком 12 поворачивается относительно оси вилки 11, открывая седло сливной трубки 9.

Таким образом, открытие и закрытие седла и, следовательно, слив жидкости обратно в скважину при остановке насоса осуществляются автоматически, что предотвращает замерзание воды в напорном трубопроводе в холодное время.

Повышение эксплуатационной надежности устройства а.с.к. достигается тем, что седло и контактирующая поверхность запорного элемента с седлом выполнены плоскими, что обеспечивает использование потенциальной энергии запорного элемента полностью для отталкивания рычага, обеспечивает одновременное открытие сливного отверстия по всему сечению и, следовательно, ускоренное повышение давления в полости слива и лучшее использование обратного удара при остановке насоса. Все это улучшает четкое надежное открывание а.с.к. после остановки насоса и тем самым исключает замерзание воды в напорном трубопроводе.

Плотность соединения корпуса с вилкой и корпуса со сливом, долговечность эксплуатации и удешевление изготовления а.с.к. достигается изготовлением седла, рычага и вилки из пластмассы. При этом колебание запорного элемента с рычагом при открытии клапана, связанное с изготовлением рычага из пластмассы, устраняется снабжением рычага грузиком с возможностью опирания грузика на расположенные на противоположной стороне от седла образующие внутренней поверхности корпуса.

Повышение эксплуатационной надежности устройства за счет автоматического исключения аварии достигается снабжением рычага грузиком с возможностью закрывания запорного элемента при увеличении подачи насосом в момент наступления допустимой минимальной подачи. Т.е. при уменьшении подачи воды насосом меньше допустимой минимальной подачи (при недопустимом износе крыльчаток и при недопустимом понижении динамического уровня воды в скважине) запорный элемент с рычагом и грузиком не закрывают седло. При этом вода циркулируется через слив клапана, резко уменьшая давление над рабочими органами насоса, следовательно, увеличивая подачу, нормализует работу насоса и тем самым исключает аварию в устройстве, сигнализирует о необходимости принятия мер и продолжает работать с меньшим КПД насоса до тех пор, пока не наступит возможность устранить неполадки.

А.с.к. устанавливается между первой и второй трубой сверху обычным заворачиванием труб с тем расчетом, чтобы исключить промерзание воды в напорных трубах, расположенных выше сливного клапана. Длина первой трубы сверху устанавливается в зависимости от климатических условий и расстояния между башней и скважиной.

Таким образом, установка а.с.к. по заявке в скважину исключает замерзание воды в напорных трубах, обеспечивает верхнюю подачу воды в башню (емкость, накопитель) без удаления обратного клапана с электропогружного насоса и устраняет замерзание воды в верхних частях башни. При этом на обратный клапан постоянно давит столб воды, поэтому

- пуск скважины в эксплуатацию осуществляется плавно;

- исключается пескование скважины и перезагрузка электродвигателя в момент пуска;

- исключается обратное вращение ротора при остановке насоса и, следовательно, исключается самый худший случай пуска электродвигателя;

- создается условие для защиты электропогружного насоса и естественного фильтра от гидравлических ударов;

- создаются необходимые условия для работы скважины в автоматическом режиме при любых погодных условиях;

- создаются необходимые условия для дистанционного управления и для работы скважины без обслуживающего персонала;

- исключается переливание воды из башни при установке датчиков.

Кроме того, установка автоматического сливного клапана

- автоматически защищает электропогружной насос от нагрева при недопустимом износе крыльчаток;

- автоматически защищает электропогружной насос от сухого хода из-за понижения динамического уровня воды;

- исключает необходимость строительства и эксплуатации будки, колодцев и разборки будок при капитальном ремонте;

- исключает перерасход электроэнергии для отопления будки, для отопления верхней части башни от промерзания воды и для преодоления сопротивления воды в башне при нижней подаче воды в башню.

При этом в несколько раз улучшается экологическая обстановка и санитарное состояние скважины при внедрении автоматического сливного клапана, т.к.

- обеспечивается 100% изоляция водоносного слоя от необходимых инженерных сетей;

- в санитарной зоне отсутствуют подземные строения будки, колодцы, водопроводы и их эксплуатация;

- не допускается переливание воды из башни;

- постоянно проветривается устье скважины, т.к. нет будки;

- скважина может работать круглый год в автоматическом режиме с дистанционным управлением и поэтому нет необходимости нахождения обслуживающего персонала в санитарной зоне;

- порядка нескольких раз уменьшается забор воды из скважины и, следовательно, получается экономия подземных вод и электроэнергии;

- порядка нескольких раз улучшается снабжение водой населения, значит, резко уменьшается потребление некачественной воды населением;

- порядка нескольких раз увеличивается срок эксплуатации насосов и скважин и, следовательно, в несколько раз уменьшается количество ремонтов, строительств и ликвидаций скважин.

Таким образом, увеличивается надежность устройства и срок эксплуатации электропогружных насосов и скважин; улучшается снабжение водой населения; сокращаются расходы на эксплуатацию, на ремонт, на строительство и на ликвидацию скважин порядка 2 раз; решаются проблемные вопросы автоматизации скважин и намного улучшается экологическая обстановка и санитарное состояние скважин в сельской местности России.

Источники информации

1. Патент №2000392 С, Е 03 В 3/06, 31.03.89.

2. Авторское свидетельство СССР №612011, Е 21 В 43/00, 1976 г.

3. Авторское свидетельство СССР №817161, Е 03 В 3/06, 1979 г.

4. Гаврилко В.М., Алексеев В. С. Фильтры буровых скважин. - М.: Недра, 1985 г., с.239-245.

5. Башкатов А.Д. Предупреждение пескования скважин. - М.: Недра, 1991 г.

6. Инструкция по обслуживанию подводных центробежных насосов с моторным приводом 1978 г. Изготовитель: ФЭБ Пумпенфабрик Ошерслебен 323 Ошерслебен/ боде Хорнхойзер Штрассе 11-4 с 4-17. 


ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ



1. Автоматический сливной клапан, включающий корпус с входным и выходным отверстиями, внутри которого размещен рычаг с запорным элементом, один конец рычага шарнирно соединен с корпусом, а другой согнут, слив, выполненный в виде размещенной на боковой поверхности корпуса сливной трубки с седлом, вилку, отличающийся тем, что рычаг снабжен грузиком с возможностью опирания грузика на расположенные на противоположной стороне от седла образующие внутренней поверхности корпуса и с возможностью закрывания запорного элемента при увеличении подачи насосом в момент наступления допустимой минимальной подачи, седло и контактирующая поверхность запорного элемента с седлом выполнены плоскими, седло, рычаг и вилка выполнены из пластмассы.

2. Устройство для подачи воды из скважины в башню, включающее погружной насос с обратным клапаном, соединенный с башней посредством напорного трубопровода с верхней подачей воды в башню, задвижку, автоматический сливной клапан, отличающееся тем, что автоматическим сливным клапаном является клапан по п.1.






ПРОЧИТАТЬ НУЖНО ВСЕМ !
Судьба пионерских изобретений и научных разработок, которым нет и не будет аналогов на планете еще лет сорок, разве что у инопланетян



Независимый научно технический портал
Насосы и компрессорное оборудование






СОВЕРШЕННО БЕСПЛАТНО!
Вам нужна ПОЛНАЯ ВЕРСИЯ данного патента? Сообщите об этом администрации портала. В сообщении обязательно укажите ссылку на данную страницу.


ПОИСК ИНФОРМАЦИИ В БАЗЕ ДАННЫХ


Режим поиска:"и" "или"

Инструкция. Ключевые слова в поле ввода разделяются пробелом или запятой. Регистр не имеет значения.

Режим поиска "И" означает, что будут найдены только те страници, где встречается каждое из ключевых слов. При использовании режима "или" результатом поиска будут все страници, где встречается хотя бы одно ключевое слово.

В любом режиме знак "+" перед ключевым словом означает, что данное ключевое слово должно присутствовать в найденных файлах. Если вы хотите исключить какое-либо слово из поиска, поставьте перед ним знак "-". Например: "+центробежный -насос".

Поиск выдает все данные, где встречается введенное Вами слово. Например, при запросе "насос" будут найдены слова "насосы", "насосом" и другие. Восклицательный знак после ключевого слова означает, что будут найдены только слова точно соответствующие запросу ("насос!").



Рейтинг@Mail.ru