Скважинный струйный насос

Скважинный струйный насос

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Сущность изобретения: активное сопло с входным направляющим элементом подключено к трубопроводу (ТП)подвода активной жидкостной среды. Диффузор подключен к ТП отвода смеси сред, расположенному концентрично ТП подвода. В на правляющем элементе со стороны входа в сопло выполнена торообразная выемка. Сопло выполнено с входным профилированным участком. Приемная камера снабжена двумя диаметрально расположенными радиальными окнами для подвода пассивной среды и двумя размещенными между ними вертикальными каналами для подачи активной среды в сопло. Сопло установлено в приемной камере и снабжено фланцем с двумя промежуточными окнами, расположенными между приемной камерой и направляющим элементом. Промежуточные окна соосны вертикальным каналам. Каналы и окна расположены симметрично относительно оси эжектора и выполнены с одинаковыми радиусами кривизны в плоскости поперечного сечения Торообразная выемка выполнена на входном участке с радиусом кривизны промежуточных окон, выполненных с наклоном к горизонтальной плоскости под углом, равным 45°. 2 ил. сл С

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (я)5 F 04 F 5/02, 5/54

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4893597/29 (22) 25.12.90 (46) 07,11.92, Бюл, ¹ 41 (71) Всесоюзный комплексный научно-исследовательский и конструкторско-технологический институт водоснабжения, канализации, гидротехнических сооружений и инженерной гидрогеологии "Водгео", Специализированный проектно-изыскательский и экспериментально-конструкторский институт "Гидроспецпроект" (72) Б.С.Краковский, К.С.Боголюбов, А.С.Кузьмина, А,В,Шабатин и Т.С.Петриченко (56) Патент США

¹ 4135761, кл. 417-183, опублик. 1979. (54) СКВАЖИННЫЙ СТРУЙНЫЙ НАСОС (57) Сущность изобретения: активное сопло с входным направляющим элементом подключено к трубопроводу (ТП) подвода активной жидкостной среды. Диффузор подключен к ТП отвода смеси сред, распоИзобретение относится к струйной технике, преимущественно к откачке из скважин жидкой и газожидкостной среды при помощи струйных насосов.

Известен скважинный струйный насос, включающий трубопровод подвода активной жидкостной среды и отвода смеси сред, входной и выходной патрубки, опорный узел и эжектор, соединенный с нижними частями обоих трубопроводов и состоящий из сопла, камеры смешения и диффузора (НИИ санитарной техники. Академия строительства и архитектуры СССР. Водоподьемные установки для местного

„„SU „„ 1774070A1 ложенному концентрично ТП подвода. В на правляющем элементе со стороны входа в сопло выполнена торообразная выемка. Сопло выполнено с входным профилированным участком, Приемная камера снабжена двумя диаметрально расположенными радиальными окнами для подвода пассивной среды и двумя размещенными между ними вертикальными каналами для подачи активной среды в сопло. Сопло установлено в приемной камере и снабжено фланцем с двумя промежуточными Окнами, расположенными между приемной камерой и направляющим элементом. Промежуточные окна соосны вертикальным каналам. Каналы и окна расположены симметрично относительно оси эжектора и выполнены с одинаковыми радиусами кривизны в плоскости поперечного сечения. Торообразная выемка выполнена на входном участке с радиусом кривизны промежуточных окон, выполненных с наклоном к горизонтальной плоскости под углом, равным 450. 2 ил. водоснабжения. Справочное пособие. Госиздат по строительству, архитектуре и строительным материалам. М., 1961, с. 7475).

Недостатками известного струйного насоса являются его большой поперечный габарит, что позволяет размещать насос лишь в дорогостоящей скважине с фильтром, имеющим относительно большой внутренний диаметр (ДУ225 и более), и отсугствие приспособлений для интенсификации эжекции. что снижает возможности насоса по откачке гаэожидкостных сред, в частнос ги яодовоздушной смеси, с чем нередко приходится

1774070 иметь дело при осушении обводненных слабопроницаемых грунтов, Известен скважинный струйный насос, наиболее близкий по назначению и технической сущности к заявляемому, включающий активное сопло, подключенное к трубопроводу подвода активной жидкостной среды, камеру смешения и диффузор, подключенный к трубопроводу отвода смеси сред, а также направляющий элемент на подходе к соплу пассивной среды с выполненной в нем торообразной выемкой (патент CLLIA N 4135861, кл, 417-183, опублик.

1979), Недостатками известного струйного насоса являются его пониженная производительность, обусловленная отсутствием закрутки активной жидкостной среды на входе в сопло, и большие гидравлические потери на пути пассивной среды к приемной камере.

Цель изобретения — повышение производительности за счет интенсификации эжекции пассивной среды и снижения гидравлических потерь, Цель достигается тем, что в скважинном струйном насосе, содержащем активное сопло с входным направляющим элементом, подключенное к трубопроводу подвода активной жидкостной среды, камеру смешения и диффузор, присоединенный к трубопроводу отвода смеси сред, расположенному концентрично трубопроводу подвода активной среды, причем в направляющем элементе со стороны входа в сопло выполнена торообразная выемка, а сопло выполнено с входным профилированным участком, с целью повышения производительности за счет снижения гидравлических потерь эжектор снабжен

flpM8MHoA камерой с двумя диаметрально расположенными радиальными окнами для подвода пассивной среды и двумя размещенными между ними вертикальными каналами для подачи активной среды в сопло, а последнее установлено в приемной камере и снабжено фланцем с двумя промежуточными окнами, расположенными между приемной камерой и направляющим элементом, при этом промежуточные окна соосны вертикальным каналам, промежуточные окна и каналы расположены симметрично относительно оси эжектора и выполнены с одинаковыми радиусами кривизны в плоскости поперечного сечения, торообразная выемка выполнена на входном участке с радиусом кривизны промежуточных окон, а последние выполнены с наклоном к горизонтальнои плоскости под углом, равным 45, 5

25

50

Основными отличиями заявляемого решения следует считать использование направляющего элемента с внутренней торообразной выемкой на входе в сопла и оснащение сопла фланцем с двумя промежуточными-окнами, имеющими по отношению к горизонтальной плоскости наклон, равный 45, В отличие от заявляемой конструкции прототип оснащен торообразным направляющим элементом на подходе пассивной (эжектируемой) среды к приемной камере эжектора, а на подходе активной жидкостной среды к соплу отсутствуют какие-либо конструктивные элементы, способствующие закрутке этой среды и увеличению этим производительности струйного насоса, В заявляемой конструкции направляю. щий элемент с торообразной выемкой в совокупности с промежуточными наклонными окнами обеспечивает закрутку активной среды на подходе ее к соплу при минимальных гидравлических потерях. Значительно меньше здесь, чем в прототипе, гидравлические потери на пути пассивной среды к приемной камере. Все это ведет к увеличению производительности струйного насоса.

Известно техническое решение, в соответствии с которым на подходе к радиальноосевой гидравлической турбине устанавливают направляющий аппарат, выполненный в виде набора наклонных лопаток (см, Т,М, Башта и др. Гидравлика. гидравлические машины и гидравлические приводы, M.; Машиностроение, 1970, с, 255 — 258). Назначение такого направляющего аппарата — сообщить турбине требуемую окружную составляющую скорости.

В заявляемой конструкции функции элемента, закручивающего активную среду, выполняют промежуточные наклонные окна во фланце сопла. Их назначение — обеспечить подачу активной среды к соплу со сниженной потерей напора на удар при входе активной среды в торообразную выемку и закрутить наклонными окнами активную среду на подходе к соплу, что обеспечивает эжектору повышенную производительность по воздуху и водовоздушной смеси.

Таким образом, заявляемое решение существенно отличается от противопоставляемого по выполняемой функции и соответствует критерию существенных отличий.

На фиг. 1 представлен общий вид заявляемого эжекторного скважинного водоподъемника, установленного в водопонизительной скважине; на фиг. 2 изображены продольный и поперечный разрезы эжекторного скважинного водоподьемника в скважине.

1774070

Заявляемый эжекторный скважинный водоподъемник включает трубопровод 1 подвода активной жидкостной среды, расположенный внутри него трубопровод 2 подвода смеси сред, уплотнительный узел

3, герметизирующий пространство между трубопроводами 1 и 2 в верхней их части, входной патрубок 4, соединенный с трубопроводом 1, выходной патрубок 5, соединенный с трубопроводом 2, соединительные муфты 6 и 7 обоих трубопроводов, опорный узел 8, выполненный с возможностью герметичного уплотнения на оголовке 9 скважины 10, оснащенной фильтром 11. а также эжектор, состоящий из диффузора 12, выходной частью присоединенного к нижней части трубопровода 2 отвода смеси сред, камеры 13 смешения, соединенной с входной частью диффузора 12, корпуса 14, в центральной верхней части соединенного с камерой 13 смешения, а нв периферии посредством переходника 15 — с нижней частью трубопровода 1 подвода активной жидкостной среды, сопла 16 с фланцем 17, вставленного в корпус 14, и направляющего элемента 18, ввернутого в корпус 14 и прижимающего через фланец 17 сопло 16 к корпусу 14. Уплотнение сопла эжектора относительно корпуса осуществляется посредством резинового кольца 19, вставленного в наружную проточку сопла 16.

В корпусе 14 выполнены два радиальных окна 20, для приема пассивной среды, расположенных диаметрально по отношению друг к другу, и размещенные между ними два вертикальных канала 21 для подачи к соплу 16 активной среды. Окна 20 сообщены с приемной камерой 22, расположенной между соплом 16 и камерой 13 смешения, Конфузорная форма входных частей . окон 20 обеспечивает снижение гидравлического сопротивления пассивному потоку, поступающему из скважины 10 в приемную камеру 22.

Во фланце 17 сопла 16 выполнены два . промежуточных окна 23, имеющих одинаковые радиусы кривизны и совмещенные по верхней плоскости с вертикальными каналами 21 в корпусе 14. При этом боковые стенки 24 обоих окон 23 наклонены в одну сторону (no часовой или против часовой стрелки) на угол 45 по отношению к горизонтальной плоскости.

Во внутренней части направляющего элемента 18 выполнена торообраэная выемка 25 с радиусом кривизны наружной стенки, равным радиусу кривизны наружных стенок окон 23.

Выбор угла наклона стенок 24 по отношению к горизонтальной плоскости 45 обусловлен тем. что именно этот угол позволяет избежать повышенных потерь напора, связанных с соударением активной среды, с наклонными стенками окон и с имеющей

5 малый радиус кривизны торообразной выемкой.

Действительно, чем меньше этот угол, чем ближе его значение к нулю, тем больше потери напора на удар активного потока об

10 одну из наклонных стенок 24 в каждом из окон 23 и тем слабее соудэрение этого потока с торообрэзной выемкой 25 направляющего элемента 18. При этом потери напора на удар потока о наклонные стенки 24 могут

15 оказаться столь значительными, что существенно превзойдут выигрыш от смягчения взаимодействия потока с торообраэной выемкой.

С другой стороны, чем больше угол на20 клона стенок24, т.е„чем ближе он к 90О, тем сильнее взаимодействие потока с торообразной выемкой и тем меньше гидравлические потери на соударение его со стенками окон.

25 На этот раз потери напора при взаимодействии потока с торообразной выемкой могут оказаться значительно большими, чем выигрыш от снижения потерь на соударение с наклонными стенками 24 окон 23. Отсюда

30 следует, что с точки зрени обеспечения минимальных суммарных гидравлических потерь угол 45 является оптимальным.

В целях облегчения сборки и повышения ее качества положение сопла 16 относи35 тельно корпуса 14 фиксировано, например, с помощью паза 26 во фланце сопла и направляющего штыря 27 в корпусе.

Для снижения вероятности попадания в эжектор относительно крупных взвесей, ре40 зультатом чего при песковании фильтра 11 может стать ускоренный износ камеры 13 смешения, к переходнику 15 прикреплены чехол 28 с центральным входом 29.

Заявляемое устройство работает следу45 ющим образом, Эжекторные скважинные водоподъемники, входящие в состав скважинной эжекторной водопонизительной установки, погружают в скважины, размещая их опор50 ные узлы 8 на оголовках 9 скважин 10, Входной патрубок 4 и выходной патрубок 5 каждого водоподъемникэ подключают соответственно к напорному распределительному и водосборному коллекторам установки

55 (на фигурах не показаны).

Активная жидкостная ср .)jP. (рабочая вода) с требуемыми напором и расходом подается через входной пзтрубрк 4 в трубопровод 1. По кольцевому: ::.ору между трубопроводами 1 и 2 ляд,1 " -Tv/ lBpT вниз

1774070 к вертикальным каналам 21, а затем через эти каналы и окна 23 с наклонными боковыми стенками 24 она изливается в торообразную выемку 25.

Сойдя с наклонных стенок 24 окон 23, поток активной среды приобретает тангенциальную составляющую скорости, что и ведет к смягчению удара потока о поверхность торообразной выемки 25 и одновременно придает активной среде, т.е. воде, вращательное движение в пределах этой выемки, Тэк, вращаясь, вода поднимается к активному соплу 16, из которого с большой скоростью в виде расширенного факела поступает в приемную камеру 22, что интенсифицирует эжекцию пассивной среды, в первую очередь воздуха или водовоздушной смеси, При прохождении через приемную камеру поток активной среды увлекает за собой поступающую из скважины через вход 29 и приемные окна 20 пассивную среду, т,е, воду или. смесь с воздухом, которые и отводит через камеру 13 смешения, диффуэор 12, трубопровод 2 отвода смеси сред и выходной патрубок 5 в водосборный коллектор.

В зависимости от вида грунта водоподьемник может работать в двух основных режимах: откачки воды из грунтов, обладающих высокой проницаемостью; откачки воды и воздуха из грунтов, обладающих низкой проницаемостью, При откачке воды из высокопроницаемых грунтов опорный узел 8 на оголовке 9 скважины не герметизируют. В этом случае динамический уровень 30 подземной воды располагается выше входа 29 и эжектор откачивает только воду.

При откачке воды из малопроницаемых грунтов опорный узел 8 герметизируют на оголовке 9 скважины с целью создать в скважине и ее профильтровой зоне вакуум, интенсифицирующий водоотдачу грунта. В этом случае динамический уровень 31 подземной воды располагается непосредствен, но у входа 29 и эжектор откачивает и воду, и воздух, поступающие в скважину из осушаемого грунта, Иэ приведенного выше описания следует, что совокупность отличительных признаков работает на достижение цели.

Использование заявляемого скважинного струйного насоса обеспечивает по сравнению с прототипом увеличение производительности по водовоздушной смеси в

1,5- 1,7 раза, а по сравнению с серийно изготовляемым водоподьемником ЭСВ-20 заявляемая конструкция обеспечивает ту же производительность, но с 1.7-2,0 меньшим поперечным размером.

Конструктивные разработки, выполненные ВНИИ ВОДГЕО и институтом "Гидро5 спецпроект", показали, что максимальный диаметр скважинного струйного насоса с концентрическим расположением трубопроводов 1 и 2 достигает 90 мм. Отсюда следует, что минимальными для использования

10 таких струйных насосов можно считать скважины с внутренним диаметром 132 MM.

Экономический эффект от внедрения одной скважинной установки, включающей в себя 30 струйных насосов заявляемой кон15 струкции, составляет по сравнению с установкой ЭСУ-20 примерно 41 тыс. руб, Предположительное число установок такого типа по стране составит 25 шт., а это значит, что суммарный годовой зкономиче20 ский эффект ориентировочно превысит 1 млн. руб, Формула изобретения

Скважинный струйный насос, содержащий активное сопло с входным направляю25 щим элементом, подключенное к трубопроводу подвода активной жидкостной среды, камеру смешения и диффузор, подключенный к трубопроводу отвода смеси сред, расположенному концентрично

30 трубопроводу подвода активной среды, причем в направляющем элементе со стороны входа в сопло выполнена торообразная выемка, а сопло выполнено с входным профилированным участком, о т л и ч а ю щ и й35 с я тем, что, с целью повышения производительности за счет интенсификации эжекции пассивной. среды и снижения гидравлических потерь. эжектор снабжен приемной камерой с двумя диаметрально

40 расположенными радиальными окнами для подвода. пассивной среды и двумя размещенными между ними вертикальными каналами для подачи активной среды в сопло., а последнее установлено в приемной камере

45 и снабжено фланцем с двумя промежуточными окнами, расположенными между приемной камерой и направляющим элементом, при этом промежуточные окна соосны с вертикальными каналами, каналы

50 и промежуточные окна расположены симметрично относительно оси зжектора и выполнены с одинаковыми радиусами кривизны в плоскости поперечного сечения, торообразная выемка выполнена на вход55 ном участке с радиусом кривизны промежуточных окон, а последние выполнены с наклоном к горизонтальной плоскости под углом 45, 1774070

1774070

Составитель Б.Краковский

Техред M,Mîðãåíòàë Корректор П.Гереши

Редактор С.Кулакова

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

Заказ 3914 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб„4/5