Способ поддержания максимального КПД вертикального погруженного насосного агрегата скважин инфильтрационных водозаборов

МИНИСТЕРСТВО ЮСТИЦИИ РЕСПУБЛИКИ КАЗАХСТАН ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ПАТЕНТУ 2015/0535.1 13.04.2015 30.09.2016, бюл. 12 Низовкин Вячеслав Михайлович 1278411 1 23.12.19861760032 1 07.09.19922190064 2 27.09.200298715.06.1994 2244785 1 20.01.2005(54) СПОСОБ ПОДДЕРЖАНИЯ МАКСИМАЛЬНОГО КПД ВЕРТИКАЛЬНОГО ПОГРУЖЕННОГО НАСОСНОГО АГРЕГАТА СКВАЖИН ИНФИЛЬТРАЦИОННЫХ ВОДОЗАБОРОВ(57) Изобретение относится к области водоснабжения и может использоваться в основном при эксплуатации скважин с вертикальными погружными насосными агрегатами инфильтрационных водозаборов из-за ограниченного дебита скважин в сфере ЖКХ и других отраслях промышленности. Режим безнапорной фильтрации воды инфильтрационных водозаборов быстрого свободного водообмена грунтовых вод с поверхностными источниками в тоже время существенно ограничивает дебит скважин вертикального дренажа, а их количество составляет 75 от всех водозаборов. Технический результатповышение производительности водозабора в течении каждых суток в году без строительства системы ИВПВ(искусственного восполнения подземных вод),дополнительных регулирующих емкостей резервуаров и одновременное согласование периодов максимального и минимального водоразбора сети с производительностью водозабора, снижение количества одновременно работающих насосных агрегатов. Для этого скважины водозабора разделены на базисные 1, пиковые 2 с погружными насосами 3 и вспомогательное оснащение и в часы мин. водоразбора базисные скважины одновременно увеличивают запас воды пиковых скважин сохраняя при этом макс. КПД своих насосов. Операции водозабора из базисных скважин 1 ведут непрерывно и подают воду в водовод, сеть либо сборный коллектор с максимально возможно высоким (не более 0,3) КПД насосов в системе скважина-насос-сеть (при заводском от (0,45-0,7) в часы же минимального водоразбора при коэффициенте часовой неравномерности водопотребления 0,2 от среднесуточного растет давление в водоводе и лишний расход насосов 3 поступает в водоносный горизонт пиковой скважины 2 повышает статический и динамический уровни воды скважины и снижает высоту подъема воды насосом для часов максимального водоразбора при существенном до 20-25 снижении расхода электроэнергии составляющей до 75-80 от всех эксплуатационных расходов водозаборов подземных вод. Изобретение относится к водоснабжению и может быть использовано при сооружении и эксплуатации скважин инфильтрационных водозаборов подземных вод. Известен способ подготовки водозаборной скважины к эксплуатации,включающий составление напорно-расходной характеристики насоса путем нескольких его пусков с различным расходом и установку насоса на минимально возможной глубине в вакуумированной скважине и изменение частоты вращения электродвигателя,измерения вакуума в пласте и соответствующих ему дебитов с учетом минимальной концентрации твердых частиц в откачиваемой воде и номинальной частоты вращения электродвигателя насоса (см. напр. А.с. СССР 1491974, кл. Е 03 В 3/06). Недостатком данного способа является то, что он применим для скважин вертикального дренажа и для не продолжительного периода эксплуатации скважин (строительство, полив) и не учитывает круглогодичные периоды устойчивой работы скважин городов питьевого и промышленного водоснабжения связанные с неизбежной кольматацией прифильтровых зон и фильтров скважин и сработкой уровней воды водоносного горизонта, а также изменением режима движения воды при вакууме и без него на входе ее в скважину и в насос. Известен также расчет режима работы одиночной скважины включающий исходные данные для выполнения этих расчетов 1.Гидрогеологическая расчетная схема расположения водозаборных и инфильтрационных сооружений. 2.Запроектированная схема сбора воды из скважин. 3.Принятая в проекте высотная схема подачи воды потребителю.(см. рис. 7.1 и 7.2 и абз.2,3,4,5 стр.64 и 65 книги авторов Н.А. Плотникова, Алексеева Проектирование и эксплуатация водозаборов подземных вод М., Стройиздат, 1990 г) Однако даже для одиночных скважин фактические параметры работы насоса т.е. его работы с максимальным КПД с самого начала эксплуатации скважины не соответствуют расчетным, поэтому зачастую из имеющегося сортамента не удается подобрать насос, рабочая точка которого точно бы соответствовала требуемым значениям расхода и допустимого понижения уровня воды скважин (см. стр.65 абз. 3 снизу те же авторы), а регулирование их работы ведут задвижками на напорной линии присоединения скважины к водоводу что резко снижает КПД насосной установки. Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является водозабор подземных вод который содержит водозаборные скважины с насосами, скважинные трубопроводы,запорно-регулирующую арматуру, сборник воды в виде напорной герметичной емкости,предохранительные клапаны и сборные водоводы Однако данное техническое решение сложно по конструкции, технологически не совершенно т.к. напорный резервуар в данном случае является лишь буферной зоной с мертвым запасом воды т.к. производительность водоводов будет равна лишь производительности насосов водозабора и не смогут соответствовать графику водоразбора сети в часы максимального и минимального с максимальным КПД из-за ограниченного дебита скважин, емкости РЧВ, и Н. СТ. второго подъема. Технический результатсоздание дополнительного запаса воды в зоне радиуса влияния пиковых скважин,повышение производительности водозабора в течении каждых полных суток без строительства системы ИВПВ,дополнительных регулирующих емкостей резервуаров, снижение количества одновременно,параллельно работающих насосных агрегатов и одновременным согласованием периодов максимального и минимального водоразбора сети с производительностью равномерно работающего ограниченного по дебиту водозабора. Указанный результат достигается тем, что в часы максимального водоразбора, который составляет по времени менее 0,5 суток при повышенном водоразборе сети и пониженном давлении КПД насосов не может достигнуть максимальной паспортной величины завода-изготовителя в системе скважина-насос-сеть, где он равен не более 0,5 этой величины, поэтому скважины разделены на базисные, работающие круглосуточно и пиковые,работающие в часы пик(максимального водоразбора) и создающие запас воды прифильтровых зон во время их работы в часы минимального водоразбора сети в качестве поглощающих скважин с подачей в сеть лишнего расхода базисных скважин. Сущность способа поддержания максимального КПД вертикального погружного насосного агрегата поясняется чертежом где на фиг.1 приведена схема(общий вид) размещения в плане устройств и сооружений (.вид сверху), а на фиг.2 дан продольный разрез группы скважин с устройствами для периодической регенерации их фильтров и определения ее эффективности с осмотром по высоте телекамерой рабочих зон. Для этого все эксплуатационные скважины с насосами 3 разделены на базисные 1 более производительные, работающие круглосуточно, и пиковые 2 работающие в часы максимального водоразбора, первые из которых снабжены трубопроводом-перемычкой 4 с регулирующим клапаном 5 (по давлению), вантузом 6 на перемычке, водомером 7 и задвижками 10 на основном напорном трубопроводе 8 базисной и пиковой скважины, кранами 9 на перемычке,устройством для регенерации 11 и телеинспекции 12. Способ осуществляется следующим образом Включают в работу базисную скважину 1 и подают воду в сеть т.е. основной трубопровод 8 доводя ее производительность по водомеру 7 соответствующей максимальному КПД насоса 3. Но в течении суток насос 3 работает не в расчетном режиме, подает воды меньше, что вызывает изменение КПД и напора, создаваемого насосной установкой, в связи с чем и фактический расход электроэнергии отличается от расчетного. Так в часы повышения напора и минимального водоразбора открывается клапан 5 на трубопроводеперемычке 4 и часть расхода трубопровода 8,превышающего расчетный расход максимального КПД поступает в смежные пиковые скважины 2,либо в регулирующий резервуар (РЧВ). Вместе с тем любая скважина имеет ограниченный дебит максимально допустимого понижения динамического уровня воды скважины и ее пескования и не соответствует производительности насоса (см. напр. стр.65 абз. 3 снизу книга Н.А. Плотников, В.С. Алексеев Проектирование и эксплуатация водозаборов подземных вод М.-Стройиздат, 1990 г.), поэтом практически насос всегда подбирают и устанавливают с завышенным расходом и напором, при этом проблематично учесть понижение уровней и интерференцию скважин в разные периоды времени суток в году. Пример Паспортная характеристика погружного насоса ЭЦВ 12-160-100 приведена в таблице 1 Таблица 1 1 ЭЦВ 12-160-100 базисные скважины ЭЦВ 12-210-145 пиковые скважины Подача воды скважины вот суточного расхода нас. пункта 5 Допускаем,что для данной системы водоснабжения населенного пункта удалось подобрать насос ЭЦВ 12-160-100 базисной скважины с подачей воды -160 м 3/час соответствующей макс. КПД насоса равному 62, что практически не возможно осуществить из-за периодического изменения притока грунтовых вод к скважине,постоянного изменения динамического уровня воды в ней из-за постоянных колебаний расхода и напора в сети в течении полных суток при коэффициенте часовой неравномерности водопотребления от 0,2-2,0 от среднечасового суточного. Тогда при среднечасовой подаче насоса 160 м 3/час расходе сети в часы мин. водоразбора составит 160 х 0,232 м 3/час, а остальной расход насоса 128 м 3/час поступит через трубопровод 4 с подпружиненным клапаном 5 автоматически в зону водоносного горизонта радиуса влияния пиковой скважины 2, а в часы макс. водоразбора этот расход воды уйдет назад в сеть дополнительно совместно с собственным расходом пиковой скважины и составит-160250410 м 3/час. т.е. макс. КПД базисной-62 и пиковой-65 скважин. Техническое решение гарантирует соответствие дебита скважин 1 и 2 подаче насоса 3 с макс. КПД при правильном подборе насоса лишь на период устойчивой работы скважин (2-3 года), а для восстановления этого периода ведут регенерацию фильтров скважин устройством 11 ударновибрационного воздействия нормально продольной оси фильтра по патенту Р.Ф. 2329372 (варианты) периодами от 5-30 мин. несколько раз в зависимости от состояния фильтра, а эффективность регенерации определяют во время работы насоса 3 телекамерой 12 (по зонно) по патенту К.З. 27117. Предлагаемый способ позволяет постоянно поддерживать погружной насосный агрегат базисной и пиковой скважин в номинальном режиме подач (м 3/ч) с максимально высоким КПД в системе скважина-насос-сеть,одновременно согласовывать расход воды населенного пункта в часы пик и минимального водоразбора с ограниченным дебитом скважин без строительства дополнительных скважин и строительства отдельной дополнительной системы ИВПВ(искусственного восполнения подземных вод),параллельно с работой базисной скважины создавать дополнительный запас воды в зоне радиуса влияния и интерференции скважин без строительства на поверхности земли дополнительной емкости регулирующих резервуаров чистой воды, снижать количество одновременно работающих насосных агрегатов,периодически поднимать статические и динамические уровни воды и постоянно снижать высоту подъема воды пиковых скважин с одновременным снижением насосами расхода электроэнергии до 20-25 составляющей до 7580 от всех эксплуатационных расходов водозабора. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ 1. Способ поддержания максимального КПД вертикального погружного насосного агрегата инфильтрационных водозаборов,включающий работу с сетью не менее 2 х вертикальных скважин 3(базисной и пиковой), отличающийся тем, что в часы минимального водоразбора каждых суток в году, ведут одновременно перепуск, по давлению,через перемычку с регулирующим клапаном, части расхода насоса превышающего оптимальный расход сети данного периода времени, базисной скважины в водоносный горизонт смежных, работающих в данный период времени, в качестве поглощающих пиковых скважин при наличии всегда существующих в водоносной толще регулирующих емкостей, достаточных для часовых, суточных,сезонных и годовых запасов воды для регулирования и использования его в часы максимального водоразбора с коэффициентом часовой неравномерности от 1,5-2,0 к среднечасовому за сутки, либо пополнения ограниченной емкости РЧВ (резервуаров чистой воды) водозабора при коэффициенте часовой неравномерности минимального водопотребления 0,2-0,4 от среднечасового расхода воды за сутки. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что возвратно-поступательным движением воды пиковых (дренажно-поглощающих) вертикальных скважин двойного назначения автоматически поддерживают и увеличивают их приемистость на период устойчивой работы, не превышающий сейчас более 2-3 лет, а увеличение его ведут,прикладывая в зоне фильтра ударно-вибрационные нагрузки нормально продольной оси фильтра скважины на периоды от 5-30 минут, несколько раз устройством для регенерации фильтров скважин и идентифицируют результаты регенерации фильтра скважины телеинспекцией одновременно с работой погружного насосного агрегата.