Скважинный струйный насос

(9 Р 5/02, 5/ ИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИ ВУ ТОРСКОМУ СВИДЕТ АСОС ое сопло ом пода активффузор , распоии ь ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИПРИ ГКНТ СССР(56) Патент СШАМ 4135761, кл. 417-183, опублик. 1979. 54) СКВАЖИННЫЙ СТРУЙНЫЙ Н 57) Сущность изобретения: активн с входным направляющим элемен ключено к трубопроводу(ТП) подвод ной жидкостной среды. Ди подключен к ТП отвода смеси сред Изобретение 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. Водоподьемн е установки для местного ложенному концентрично ТП подвода. В на правляющем элементе со стороны входа в сопло выполнена торообразная выемка, Сопла 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 зжектора 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, 74- 75).Недостатками известного струйного насоса являются его большой поперечный габарит, что позволяет размещать насос лишь в дорогостоящей скважине с фильтром, имеющим относительно большой внутренн диаметр ЩУ 225 и более), и отсугствие приспособлений для интенсификации эжекции, что.снижает возможности насоса по откачке гаэожидкостных сред, в частнос т и яодовоздушной смеси, с чем нередко приходитсяиметь 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 США М. 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 скважин ном 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 снабженприемной камерой с двумя диаметрально расположенными радиальными окнами для подвода пассивной среды и двумя размещенными между ними вертикальными каналами для подачи активной среды в сопло, апоследнее установлено в приемной камере и снабжено фланцем с двумя промежуточными окнами, расположенными между приемной камерой и направляющимэлементом, при этом промежуточные окна 5 10 15 20253035 40 соосны вертикальным каналам, промежуточные окна и каналы расположены симметрично относительно оси эжектора и выполнены с одинаковыми радиусами кривизны в плоскости поперечного сечения, то 55рообразная выемка выполнена на входномучастке с радиусом кривизны промежуточных окон, а последние выполнены с наклоном к горизонтальнои плоскости под углом,равным 45,Основными отличиями заявляемого решения следует считать использование направляющего элемента с внутреннейторообразной выемкой на входе в сопла иоснащение сопла фланцем с двумя промежуточными окнами, имеющими по отношению к горизонтальной плоскости наклон,равный 45 О,В отличие от заявляемой конструкциипрототип оснащен торообразным направляющим элементом на подходе пассивной(эжектируемой) среды к приемной камереэжектора, а на подходе активной жидкостной среды к соплу отсутствуют какие-либоконструктивные элементы, способствующие закрутке этой среды и увеличению этимпроизводительности струйного насоса,В заявляемой конструкции направляю. щий элемент с торообразной выемкой в совокупности с промежуточными наклоннымиокнами обеспечивает закрутку активнойсреды на подходе ее к соплу при минимальных гидравлических потерях. Значительноменьше здесь, чемв прототипе, гидравлические потери на пути пассивной среды к приемной камере, Все это ведет к увеличениюпроизводительности струйного насоса,Известно техническое решение, в соответствии с которым на подходе к радиальноосевой гидравлической турбинеустанавливают направляющий аппарат, выполненный в виде набора наклонных лопаток (см, Т,М, Башта и др. Гидравлика.гидравлические машины и гидравлическиеприводы, М.; Машиностроение, 1970, с,255 - 258). Назначение такого направляющего аппарата - сообщить турбине требуемуюокружную составляющую скорости.В заявляемой конструкции функцииэлемента, закручивающего активную среду,выполняют промежуточные наклонные окнаво фланце сопла. Их назначение - обеспечить подачу активной среды к соплу со сниженной потерей напора на удар при входеактивной среды в торообразную выемку изакрутить наклонными окнами активнуюсреду на подходе к соплу, что обеспечиваетэжектору повышенную производительностьпо воздуху и водовоздушной смеси,Таким образом, заявляемое решениесущественно отличается от противопоставляемого по выполняемой функции и соответствует критерию существенных отличий.На фиг. 1 представлен общий вид заявляемого эжекторного скважинного водоподъемника, установленного вводопонизительной скважине; на фиг,2 изображены продольный и поперечный разрезы эжекторного скважин ноговодоподьемника в скважине.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, камеоы 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 (по 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, снаклонными стенками окон и с имеющей5 малый радиус кривизны торообразной выемкой.Действительно, чем меньше этот угол,чем ближе его значение к нулю, тем большепотери напора на удар активного потока об10 одну из наклонных стенок 24 в каждом изокон 23 и тем слабее соудэрение этого потока с торообрэзной выемкой 25 направляющего элемента 18. При этом потери напорана удар потока о наклонные стенки 24 могут15 оказаться столь значительными, что существенно превзойдут выигрыш от смягчениявзаимодействия потока с торообраэной выемкой.С другой стороны, чем больше угол на 20 клона стенок 24, т.ечем ближе он к 90 О, темсильнее взаимодействие потока с торообразной выемкой и тем меньше гидравлические потери на соударение его со стенкамиокон,25 На этот раз потери напора при взаимодействии потока с торообразной выемкоймогут оказаться значительно большими, чемвыигрыш от снижения потерь на соударениес наклонными стенками 24 окон 23, Отсюда30 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 относи 35 тельно корпуса 14 фиксировано, например,с помощью паза 26 во фланце сопла и направляющего штыря 27 в корпусе,Для снижения вероятности попадания вэжектор относительно крупных взвесей, ре 40 зультатом чего при песковании фильтра 11может стать ускоренный износ камеры 13смешения, к переходнику 15 прикрепленычехол 28 с центральным входом 29.Заявляемое устройство работает следу 45 ющим образом,Эжекторные скважинные водоподъемники, входящие в состав скважинной эжекторной водопонизительной установки,погружают в скважины, размещая их опор 50 ные узлы 8 на оголовках 9 скважин 10, Входной патрубок 4 и выходной патрубок 5каждого водоподъемникэ подключают соответственно к напорному распределительному и водосборному коллекторам установки55 (на фигурах не показаны).Активная жидкостная среда (рабочаявода) с требуемыми напором и расходомподается через входной пзтру Ьж 4 в трубопровод 1. По кольцевому;: ору междутрубопроводами 1 и 2 юд,1 "г пает внизк вертикальным каналам 21, а затем черезэти 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 поверхностьторообразной выемки 25 и одновременнопридает 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 факелапоступает в приемную камеру 22, что интенсифицирует эжекцию пассивной среды, впервую очередь воздуха или водовоздушной смеси, При прохождении через приемную камеру поток активной среды увлекаетза собой поступающую из скважины черезвход 29 и приемные окна 20 пассивную среду, т,е, воду или. смесь с воздухом, которыеи отводит через камеру 13 смешения, диффуэор 12, трубопровод 2 отвода смеси среди 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 9скважины не герметизируют. В этом случаединамический уровень 30 подземной водырасполагается выше входа 29 и эжектор откачивает только воду,При откачке воды из малопроницаемыхгрунтов опорный узел 8 герметизируют наоголовке 9 скважины с целью создать в скважине и ее профильтровой зоне вакуум, интенсифицирующий водоотдачу грунта, Вэтом 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 нэ достижение цели.Использование заявляемого скважинного струйного насоса обеспечивает посравнению с прототипом увеличение производительности по водовоздушной смеси в1,5- 1,7 раза, а по сравнению с серийно изготовляемым водоподьемником ЭСВзаявляемая конструкция обеспечивает ту же производительность, но с 1,7-2,0 меньшимпоперечным размером.Конструктивные разработки, выполненные ВНИИ ВОДГЕО и институтом "Гидро 5 спецпроект", показали, что максимальныйдиаметр скважинного струйного насоса сконцентрическим расположением трубопроводов 1 и 2 достигает 90 мм, Отсюда следует, что минимальными для использования10 таких струйных насосов можно считать скважины с внутренним диаметром 132 мм.Экономический эффект от внедренияодной скважинной установки, включающейв себя 30 струйных насосов заявляемой кон 15 струкции, составляет по сравнению с установкой ЭСУпримерно 41 тыс. руб,Предположительное число установоктакого типа по стране составит 25 шт., а этозначит, что суммарный годовой экономиче 20 ский эффект ориентировочно превысит 1млн. руб,Формула изобретенияСкважинный струйный насос, содержащий активное сопло с входным направляю 25 щим элементом, подключенное ктрубопроводу подвода активной жидкостной среды, камеру смешения и диффузор,подключенный к трубопроводу отвода смеси сред, расположенному концентрично30 трубопроводу подвода активной среды,причем в направляющем элементе со стороны входа в сопло выполнена торообразнаявыемка, а сопло выполнено с входным профилированным участком, о т л и ч а ю щ и й 35 с я тем, что, с целью повышения производительности за счет интенсификации эжекциипассивной. среды и снижения гидравлических потерь, эжектор снабжен приемной камерой с двумя диаметрально40 расположенными радиальными окнами дляподвода. пассивной среды и двумя размещенными между ними вертикальными каналами для подачи активной среды в сопло., апоследнее установлено в приемной камере45 и снабжено фланцем с двумя промежуточными окнами, расположенными между приемной камерой и направляющимэлементом, при этом промежуточные окнасоосны с вертикальными каналами, каналы50 и промежуточные окна расположены симметрично относительно оси эжектора и выполнены с одинаковыми радиусамикривизны в плоскости поперечного сечения,торообразная выемка выполнена на вход 55 ном участке с радиусом кривизны промежуточных окон, а последние выполнены снаклоном к горизонтальной плоскости подуглом 45, 17740701774070 ставитель Б.Краковскийхред М,Моргентал Корректор П.Гереши Редактор С,Кулакова 1 роизводственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул,Гагарина,каз 3914 В НИИГ 1 И Тираж арственного комитета по из 113035, Москва, Ж, РПодписноеетениям и открытиям при ГКНТ СССРшская наб 4/5