Спосіб підйому води з великих глибин ерліфтом та насосний пристрій для його здійснення

1. Спосіб підйому води з великих глибин ерліфтом, який включає відкачку шахтної води у складі водоповітряної суміші шляхом подачі стиснутого повітря у насос, відділення газу від рідини до виходу його з підйомної труби та подачу його знову на стиснення, який відрізняється тим, що задають величину тиску на виході насоса ерліфта, у процесі підйому води відділяють стиснуте повітря від рідини у проміжному перерізі нагнітального трубоводу і подають його у насос ерліфта, підтримують задану величину тиску на виході насоса шляхом зміни кількості стиснутого повітря, яке подають, відділеного від рідини, у проміжний ступінь насоса. 2. Насосний пристрій, який включає багатоступінчастий насос з всмоктуючим та нагнітальним трубоводами, компрессор, який відрізняється тим, що у проміжному перерізі нагнітального трубоводу є акумулятор, з'єднаний додатковими трубоводами з проміжним ступенем насоса ерліфта, зливним резервуаром та компресором, при цьому усі сполучені з акумулятором трубоводи обладнані керованими засувками. В.Ш. (13) 29097 (11) UA В основу изобретения поставлена задача повышения эффективности работы шахтного водоотлива путем увеличения удельной доли сжатого воздуха в поднимаемой водовоздушной смеси, повышения надежности устройства при использовании стандартной низконапорной арматуры, снижения энергоемкости процесса. Поставленная задача решается тем, что в известном способе работы газлифта, включающем сжатие газа, подачу газа под давлением в подъемную трубу, отделение газа от жидкой среды до выхода его из подъемной трубы и подачу его вновь на сжатие согласно изобретению, задают величину давления на выходе насоса, в процессе подъема воды отделяют сжатый воздух от жидкости в промежуточном сечении нагнетательного трубопровода и подают его в насос, поддерживают заданную величину давления на выходе насоса путем изменения количества подаваемого сжатого воздуха, отделенного от жидкости, в промежуточную ступень насоса. Поставленная задача решается тем, что известное устройство для реализации известного способа, включающее многоступенчатый насос со всасывающим и нагнетательным трубопроводами, компрессор, согласно изобретению, дополнитель (19) Изобретение относится к горной промышленности и предназначено для шахтного водоотлива с больших глубин и может быть использовано при проектировании бесступенчатого насосного водоотлива глубоких шахт. Известен способ газлифтного транспортирования жидких сред (авт. св. СССР № 1288370, F 04 F 1/00, 1984 г.), включающий сжатие газа, подачу газа под давлением в подъемную трубу, отделение газа от жидкой среды до выхода его из подъемной трубы и подачу его вновь на сжатие. Известно устройство для реализации известного способа (А. И. Петухов и др. Горная механика. М., «Недра», 1965 г., 400 с.) содержащее центробежный насос, соединенное всасывающим патрубком, снабженным манометром, с приемным резервуаром, нагнетательным трубопроводом, снабженным манометром и управляемой задвижкой, со сливным резервуаром. Недостатком известных способа и устройства является узкий диапазон возможных высот подъема шахтной воды, а также наличие значительных давлений в нижнем сечении нагнетательного трубопровода, низкая надежность используемой запорной арматуры, значительная энергоемкость установки. C2 ____________________ 29097 но содержит в промежуточном сечении нагнетательного трубопровода аккумулятор, соединенный дополнительными трубопроводами с промежуточной ступенью насоса эрлифта, сливным резервуаром и компрессором. При этом, все сообщенные с аккумулятором трубопроводы снабжены управляемыми задвижками. Авторами установлено, что количество подсасываемого в насос воздуха не должно превышать 15% по объему. Так, при больших давлениях, создаваемых насосом (100.105 Па и более), удельная доля сжатого воздуха в смеси на выходе насоса весьма незначительна (менее 0,15%). Такое количество воздуха практически не влияет на плотность водовоздушной смеси и поэтому не может служить ни средством снижения статического давления на выходе насоса ни средством борьбы с гидроударом. На фиг. 1 изображено устройство для реализации заявляемого способа. На фиг. 2 изображена номограмма зависимости давления в нижнем сечении трубопровода от высоты трубопровода для различных значений газового числа К. Осуществление заявляемого способа поясняется с помощью устройства, представленного на фиг. 1. Насосная установка содержит многоступенчатый насос 1, промежуточная ступень которого соединена воздухопроводом 9, содержащим управляемую задвижку 8, с верхней частью аккумулятора 4. С одной стороны аккумулятор 4 соединен трубопроводом 2, содержащем манометр 13, через управляемую задвижку 3 с выходом насоса 1, с другой - трубопроводом 6 через управляемую задвижку 5 со сливным резервуаром 7, и с третьей стороны - воздухопроводом 11 через обратный клапан 10 с компрессором 12. Способ реализуется следующим образом. Задают величину давления на выходе насоса. Перед запуском установки насос 1 заполняют водой. Управляемые задвижки 3, 5, 8 полностью закрыты. От компрессора 12 сжатый воздух подают по воздухопроводу 11 в аккумулятор 4, при этом обратный клапан 10 не пропускает воздух назад к компрессору 12. Пускают насос 1, открывают задвижку 3, и по трубопроводу 2 подают воду в аккумулятор 4. В аккумуляторе 4 вода оттесняет находящийся там сжатый воздух от входного сечения трубопровода 6. Открывают задвижку 5 и вода по трубопроводу 6 поступает в сливной резервуар 7. Открывают задвижку 8 и сжатый воздух от аккумулятора 4 подают в промежуточную ступень насоса 1, где он смешивается с находящейся там жидкостью, в результате чего образуется водовоздушная смесь. По трубопроводу 2 водовоздушную смесь подают в аккумулятор 4, где содержащийся в смеси газ барботирует сквозь слой находящейся в аккумуляторе 4 жидкости. Газ локализуется в верхней части аккумулятора 4 и далее по воздухопроводу 9 поступает в промежуточную ступень насоса 1. В процессе подъема воды, измеряют давление водовоздушной смеси на выходе из насоса 1 манометром 13 и поддерживают заданную величину давления путем изменения количества подаваемого сжатого воздуха, отделенного от жидкости, в промежуточную ступень насоса. Регулированием задвижек 5 и 8 добиваются постоянства уровня жидкости в аккумуляторе 4 (приток жидкости через трубопровод 2 равен ее расходу через трубопровод 6). По принципу работы заявляемое устройство представляет собой эрлифт, в котором роль компрессора, обеспечивающего требуемую степень сжатия воздуха, выполняет насос 1, а компрессор 12 используется только для предварительного закачивания сжатым воздухом аккумулятора 4 во время пуска установки и восполнения естественных утечек воздуха во время ее работы. Рассмотрим пример возможного осуществления заявляемого способа. Исходные данные для проектирования шахтного водоотлива имеют значения: Нг = 900 м - глубина шахты; Qн = 300 м3/час - среднечасовый приток воды; Рдоп = 70·105 Па - избыточное давление выдерживаемое имеющейся стандартной запорной арматурой. В [1] построена номограмма выражающая зависимость давления в нижнем сечении трубопровода от высоты трубопровода для различных значений газового числа К, представляющего отношение объемного расхода свободного воздуха Q2 [м3/с] к объемному расходу воды - Q1 [м3/с], К = =Q2/Q1. Для заданных исходных данных по специальной литературе выбираем центробежный многосекционный насос ЦНС - 300-700...1000. Давление развиваемое одной ступенью насоса составляет - 10·105 Па. Воздух предполагается подавать между второй и третьей ступенями, поэтому аккумулятор 4 следует располагать на глубине чуть более 200 м (с учетом потерь давления в трубопроводе 9). Т.е. давление в аккумуляторе 4 составит примерно 20·105 Па. Другими словами, столб водовоздушной смеси в нагнетательном трубопроводе 2 высотой Н = 900 м - 200 м = 700 м должен создавать давление на выходе насоса не более Р = 70·105 Па - 20·105 Па = 50·105 Па. По номограмме на фигуре 2 определяем требуемое число К на пересечении перпендикуляров восстановленных из точек Р = 50·105 Па и Н = 700 м. Из фиг. 2 число К = 3. Определяем соответствующий значению К расход свободного воздуха Q2 = = K·Q1 = 3.300 = 900 м3/час (0,25 м3/с), подаваемый в насос. При этом, срыва в работе насоса не происходит, т.к. после второй ступени объемный расход сжатого воздуха составит Q2сж = 0,25 м3/с/20 = 0,013 м3/с, что не превышает допустимых 15% от величины Q = 0,083 м3/с (300 м3/час). Далее сравниваем показания манометра 13 с требуемым расчетным давлением Р = 70·105 Па и в случае рассогласования этих величин добиваемся их совпадения путем изменения количества подаваемого в насос сжатого воздуха от аккумулятора 4. Согласно [2] скорость звука в водовоздушной смеси может быть значительно меньше чем в газе (пузырьки воздуха выступают в роли демпфера) так, что заявляемый способ исключает возникновение опасных динамических давлений в нагнетательном трубопроводе. Таким образом, применение заявляемого изобретения позволит получить экономически выгодную 2 29097 бесступенчатую схему шахтного водоотлива с больших глубин, используя при этом надежную низконапорную арматуру, расширить возможный диапазон высот подъема воды, уменьшить энергоемкость процесса подъема воды эрлифтом путем использования высоконапорного центробежного насоса. Фиг. 1 3 29097 Фиг. 2 Тираж 50 екз. Відкрите акціонерне товариство «Патент» Україна, 88000, м. Ужгород, вул. Гагаріна, 101 (03122) 3 – 72 – 89 (03122) 2 – 57 – 03 4 29097 5