АГРОЭКОЛОГИЯ, ЛЕСНОЕ ХОЗЯЙСТВО
N E W S
OF THE N A T IO N A L A C A D E M Y OF SC IEN C ES OF THE R EPU BLIC OF K A Z A K H S T A N S E R IE S O F A G R IC U L T U R A L S C IE N C E S
IS S N 2 2 2 4 -5 2 6 Х
V olu m e 3, N um ber 33 (2 0 1 6 ), 5 - 14
NEW TREND IN THE IMPROVEMENT OF TECHNOLOGY OF PIPELESS WATER LIFTING FROM WELLS
WITH SUBMERSIBLE MOTOR PUMP
IN THE WATER SUPPLY AND IRRIGATION IN KAZAKHSTAN
Z h . Z h a k u p o v a , A . Y a k o v le v , Y . S a rk y n o v Kazakh National Agrarian University, Almaty, Kazakhstan
Keywords: Analytical review pipeless water lifting technology, underground water, deep well, submersible motor pump, the hydraulic packer unit, ejector, water, land reclamation, construction diagram, a theoretical study, substantiation, experimental study, pump installation, testing, feasibility study.
Abstract. There is a consideration o f new trend in the improvement o f technology o f pipeless water lifting from wells - methodical bases o f development o f the necessary sizes o f new types o f hydraulic packer devices to the submersible motor, allowing to more efficient use o f groundwater in the general water supply and irrigation system.
УДК 631.3:631.672
НОВОЕ НАПРАВЛЕНИЕ В СОВЕРШЕНСТВОВАНИИ ТЕХНОЛОГИИ БЕСТРУБНОГО ВОДОПОДЪЁМА ИЗ СКВАЖИН ПОГРУЖНЫМИ
ЭЛЕКТРОНАСОСАМИ В СИСТЕМЕ ВОДОСНАБЖЕНИЯ И МЕЛИОРАЦИИ КАЗАХСТАНА
Ж . З. Ж а к у п о в а , А . А . Я к о в л е в , Е . С. С а р к ы н о в Казахский национальный аграрный университет, Алматы, Казахстан
Ключевые слова: аналитический обзор, технология беструбного водоподъема, подземная вода, сква
жина, погружной электронасос, пакерное гидравлическое устройство, эжектор, водоснабжение, мелиорация, конструктивная схема, теоретическое исследование, обоснование, экспериментальное исследование, насос
ная установка, испытание,технико-экономическое обоснование.
Аннотация. Дан краткий аналитический обзор выполненных исследований и разработок по технологии беструбного водоподъёма из скважин погружными электронасосами, в том числе в Казахстане. Приведены исследования в КазНАУ по усовершенствованию технологии беструбного водоподъема для повышения эффективности использования подземных вод в системе водоснабжения и мелиорации с использованием в технологическом процессе водоподъема нового типа - пакерного гидравлического устройства с эжектором, увеличивая водозабор из скважины и повышая КПД погружного электронасоса на 20-30% и снижая
металлоёмкость на один насосный агрегат в 2-3 раза. Предложено новое направление в совершенствовании технологии беструбного водоподъёма - методические основы разработки необходимых типоразмеров пакер- ных гидравлических устройств, позволяющих решить проблему эффективного использования перспектив
ных разработок в системе водоснабжения и мелиорации Казахстана.
В в е д е н и е. В настоящ ее время в К азахстане, о со б ен н о в ю ж ны х регионах, развитие сельск о
хозяйствен ного п роизводства осущ ествляется п реим ущ ествен н о на орош аем ы х зем лях с и споль
зованием п оверхностны х вод, однако в засуш ливы х зон ах и з-за деф и ц и та п оверхн остн ы х вод и отдален н ости и х от орош аем ы х зем ель использую т для орош ения и общ его водосн абж ен и я подзем ны е воды из сооруж аем ы х скважин с п рим енением для в одозабор а погруж ны х электро
н асосов.
П о сущ ествую щ ей тр адиционной техн ологии в одоп одъ ем а из скважин н еобходим ы в о д о подъем ны е трубы , м асса которы х на о д н у н асосн ую установку составляет 5 0 0 -1 0 0 0 кг и тр ебует больш их эксплуатационны х затрат на м онтаж но-дем онтаж ны е работы .
П рим енение прогресси вн ой техн ологии бестр убн ого в одоп одъ ем а (по обсадн ы м трубам скважин) с использованием пакерны х устрой ств различны х конструкций, устанавливаем ы х на нагнетательном патрубке насоса, разделяя в скважине всасы ваю щ ую часть н асоса от нагнетатель
ной, позволяет снизить металлоемкость в 2 - 3 раза, улучш ить энегретические показатели н асосн ой установки, уменьш ить значительно эксплуатационны е затраты на м онтаж но-дем онтаж ны е работы , повысить срок служ бы обсадн ы х труб, исключить загрязнение воды и засорен и е скважин.
Однако внедрение техн ологии бестр убн ого водоп одъ ем а в водосн абж ен и и и м елиорации сдерж ивается и з-за отсутствии на рынке сбы та н еобходи м ы х типоразм еров пакерны х устрой ств к погруж ны м электронасосам , в связи с недостаточн остью проведён ны х м етоди ческ их и сследований по дан н ом у направлению . П оэтом у м етоди ческ ие основы разработки н еобходи м ы х типоразм еров пакерны х гидравлических устройств к погруж ны м электронасосам для техн ологии бестр убн ого в одоп одъ ем а в в одосн абж ен и и и м елиорации, является актуальной п роблем ой .
В странах СНГ, в том числе в К азахстане, им ею тся положительны е наработки по эф ф ектив
н ом у использованию в си стем е водосн абж ен и я и м елиорации бестр убн ого водоп одъ ем а п о д зем ны х вод из скважин п осредством погруж ны х электронасосов и пакерны х устрой ств.
И сследования бы ли направлены на изучен ие техн ологии бестр убн ого в одоп одъ ем а с использованием преим ущ ественно погруж н ы х электронасосов и разработанны х ими собствен н ы х конструкций пакерны х устройств по обосн ован и ю параметров н еобходи м ы х типоразм еров для условн ы х диам етров скважин 5, 6, 8, 10 и 12 дю йм ов. Однако и сследований по м етодическим основам разработки н еобходи м ы х типоразм еров пакерны х гидравлических устройств к погруж ны м электронасосам для техн ологии бестр убн ого в одоп одъ ем а в водосн абж ен и и и м ели о
рации, с целью эф ф ективного и х внедрения в услови ях пастбищ ного и общ его водосн абж ен и я и м елиорации, не проводились.
О с н о в н а я ч а ст ь . К р а т к и й о б зо р в ы п о л н е н н ы х р а б о т п о н а п р а в л ен и ю и с сл е д о в а н и й . Разработкам конструкций, теоретическим и экспериментальны м исследованиям по бестр убн ом у в одоп одъ ем у из скважин с пакерным устрой ством посвящ ены отечественны е и зарубеж ны е р а б о ты, авторами которы х являются: Л уговской М .В ., Кашеков Л .Я ., Л и хоеденк о П .К .,. (1 9 6 6 -1 9 7 7 ) [1, 2], Ж елобовский А .Г ., У сенко В .С ., Гуринович А .Д ., Гладков В .Д ., Лавров М .А . (1 9 7 5 -1 9 9 0 ) [3-7], Ф абриков А .И ., Сильченко А .А ., К остю кевич В .М ., Ариель Р.С. (1 9 8 2 -1 9 8 5 ) [8, 9], Ф исен- ко В .Н ., Трусов М .М ., Райт В.Я . (1 9 8 5 -1 9 9 4 ) [10-12], М орозов С .В ., П евзнер А .А ., Калмыков Ю .П., К олодю к Л .А ., П олещ ук С.С. (1 9 8 6 -1 9 9 0 ) [13], Яковлев А .А ., К оны рбаев А.Б. [14-17], Крапивин В .Д .[1 8 ], Саркынов Е.,Ж акупова Ж .З. [19-21] и др.
В В И Э С Х (1 9 7 6 -7 7 гг., Россия) [1, 2] проводились исследования техн ологии бестр убн ого в одоп одъ ем а с разработкой пакерны х устройств (корпус с сам оуплотняю щ ейся м анж етой) к в о д о струйны м насосны м установкам д в у х типоразм еров п од скважину внутреннего диам етра 150-154 и
100-104 мм, выпускались серийно, результаты положительны .
В 1975-95 гг. в Ц Н И И К И В Ре (М инск, Беларусь) [3-7], С ою зги п роводхозе (г.М осква) и Ю ж Н И И ГиМ е (г.Н овочеркасск, Россия) [9] бы ла п роведен а большая работа по и сследовани ю и создан и ю пакерны х устройств к погруж ны м электронасосам для бестр убн ого п одъем а воды из
скважин условн ого диам етра 8, 10 и 12 дю йм ов. Пакерны е устрой ства бы ли выполнены п р еим у
щ ественно с сам оуплотняю щ им ися резиновы м и м анж етам и (рисунок 2, а и б). Ф иксирую щ ий м еханизм - в виде планок с конусны ми пазами, привод которы х осущ ествляли м еханически с пом ощ ью штанг, на которы х опускали пакерное устрой ство с погружны м электронасосом . Изготавливались опытные образцы тр ех типоразм еров, результаты испы таний положительны .
В К азахском Н И И водн ого хозяйства (1 9 8 0 -2 0 0 0 гг., К азахстан) [10-12] проведены и ссл ед о вания техн ологии бестр убн ого водоп одъ ем а и разработаны пакерные устрой ства к погружны м электронасосам т р ех типоразм еров для скважин условн ого диам етра 8, 10 и 12 дю йм ов, и м ею щ их деби т 10 д м 3/с и более, с использованием в систем е мелиорации. Пакерное устройство (рисунок 2, в) было вы полнено из корпуса в виде трубы , соеди н ен н ой к нагнетательному патрубку насоса, на которой установлен ф иксирую щ ий м ехани зм из раздвиж ны х клиньев и уплотнительная манж ета, фланцево закрепленная к тр убе и пом ещ енная в цилиндрический стакан, перем ещ аем ы й по трубе.
Ф иксирование и предварительное уп лотн ени е пакерного устройства внутри скважины осущ еств ляется м еханически п осредством штанг, на которы х опускается пакерное устройство с погружны м н асосом во внутрь скважины. Разработка заверш ена вы пуском опы тной партии пакерных устройств, внедренны х с положительны ми результатами в си стем е м елиорации К азахстана.
В 1986-90 гг. в Н И С Ровенского государствен н ого педагогического института (г. Ровно) [13]
на договорны х услови ях с Г осагропром ом К азахстана проведены и сследования и разработано пакерное устрой ство к п огр уж н ом у электрон асосу п од маркой У БВ "Горынь" (рисунок 2, а) для подъема воды по обсадным трубам скважины диаметром 6 дю йм ов (внутренний диаметр 150-154 мм).
У плотнительная часть устройства бы ла принята аналогичной конструкции К азахского Н И водн ого хозяйства - в виде уплотнительной манжеты , фланцево закрепленной с к орп усом -трубой пакера и п ом ещ ен ной в цилиндрический стакан, перем ещ аем ы й по трубе. Однако бы ли внесены элементы новизны, направленные на облегчен ие дем онтаж н ы х работ (ум еньш ения усилия отрыва манжеты ) п утем вы полнения бок овой стенки стакана, контактирую щ ей с м анж етой, п ерем ен ной вы сотой по дли не его окруж ности. Был изготовлен экспериментальны й образец , результаты положительны .
В НП О «К азсельхозм еханизация» (К азН И И М Э С Х ) (1 9 8 6 -2 0 0 0 гг., К азахстан) [15-17] п ро
ведены и сследования бестр убн ого водоп одъ ем а с разработкой тр ех типоразм еров пакерны х устройств гидравлического типа к погруж ны м электронасосам типа Э Ц В для скважин условн ого диам етра 5, 6, 8 дю йм ов для условий пастбищ ного водоснабж ения. Отличительная особен н ость
Рисунок 1 - Схемы известных пакерных устройств для беструбного водоподъема к погружным электронасосам:
1 - насос; 2 - пакер; 3 - обсадные трубы скважины; 4, 5 - спуско-подъемный и фиксирующий механизмы.
а) конструкция ЮжНИИГиМа; b) конструкция ЦНИИКИВРа; с) конструкция КазНИИВХ
Рисунок 2 - Схемы известных пакерных устройств для беструбного водоподъема к погружным электронасосам:
1 - насос; 2 - пакерное устройство; 3 - обсадные трубы скважины; 4, 5 - спуско-подъемный и фиксирующий механизмы.
а) конструкция НИС Ровенского педагогического института; b) конструкция НПО «Казсельхозмеханизация»;
с) конструкция В.Д.Крапивина.
конструкции пакерного устройства (рисунок 2, б) заклю чается в вы полнении уплотнительной части в виде д в у х п оперем енно работаю щ их уплотнительны х манж ет, установленны х в корпусе с осевы м отверстием , которы й крепится к нагнетательному патрубку насоса. П акерное устройство и м еет фиксирую щ ий, противосручиваю щ ий и сп ускоподъ ем ны й м еханизм ы , взаимосвязанны х м еж ду со б о й и герм етичного оголовка скважины с отводящ им патрубком . П акерное устрой ство с н асосом опускается во внутрь скважины на тросе со спускоподъем ны м захватом, которы й после фиксации н асоса внутри скважины, вынимается из скважины, уп лотн ени е м анж ет осущ ествляется в м ом ен т пуска от давления воды , создаваем ое н асосом , а при остановке н асоса - от давления воды в обсадн ы х тр убах скважины. Работа заверш ена разработкой опытны х образцов, п роведен ием в 1997 г. государствен ны х прием очны х испы таний с типоразм ером У П Г -168М для скважин 6 дю йм ов с рек ом ен дац ией для постановки на производство.
И з др уги х конструкций пакерны х устройств интерес представляет надувн ой автора К рапиви
на В. Д. [18] (ри сунок 2, в), разработанны й по авт.свид.№ 2 5 2 8 6 7 СССР, однако сведения по его разработке не имею тся.
В ы п о л н е н н ы е и с сл е д о в а н и я в К а зН А У . В К азН А У ( 2 0 1 1 -2 0 1 4 гг, К азахстан) [19-21] п рове
дены исследования по соверш енствованию технологии бестр убн ого в одоп одъ ем а для повыш ения эф ф ективности использования п одзем н ы х вод в м елиорации с использованием в техн ологическом п роц ессе водоп одъ ем а нового типа пакерного гидравлического устройства с эж ек тором (р и су
нок 3 ), увеличивая водозабор из скважины и повышая К П Д погруж н ого электронасоса на 20-30% . В результате проведенны х и сследовани й обосн ован а усоверш енствованная технология бестр уб- ного в одоп одъ ем а и конструктивно-технологическая сх ем а нового типа пакерного гидравли
ческого устройства с эж ек тором к п огр уж н ом у электронасосу.
Даны теоретические предпосы лки техн ологич еского п р оц есса бестр убн ого водоп одъ ем а и ди нам и ческ и х протекаю щ их п роц ессов в пакерном гидравлическом устрой стве, на основании которы х обоснованы технологические и технические параметры, разработаны конструкции д в у х типоразм еров лабораторны х образц ов пакерны х устройств и проведены экспериментальны е исследования и лабораторны е испытания по проверке достов ер н ости теоретич ески х предпосы лок,
Рисунок 3 - Конструктивная схема нового типа устройства пакерного гидравлического с эжектором
к погружному электронасосу для подъема воды по обсадным трубам скважины конструкции КазНАУ:
1 - пакерное устройство; 2 - эжектор;
3 - нагнетательный патрубок насоса;
4 - спускоподъемный механизм; 5 - корпус;
6 - уплотнительное кольцо; 7 - крышка-кронштейн;
8 - фиксирующий упор; 9 - сливной клапан; 10 - шток;
11 - кронштейн; 12 - крышка; 13 - скважина; 14 - отверстие;
15 - крышка верхняя; 16 - седло с отверстием;
19 - упор нижний; 20 - плечо;
21 - механизм противоскручивающийся;
22 - двухплечий рычаг; 23 - верхняя шайба;
24 - ролик; 25 - трос; 26 - кабель;
а, б - полости корпуса верхняя и нижняя;
с - канал; д - межуплотнительное пространство скважины;
е - канал верхнего уплотнительного кольца
25
уточ н ению параметров и доработки конструкции по соверш енствованию технология бестр убн ого водоподъем а.
Д ано техни ко-эк оном и ческое обосн ован ие вы полненной разработки, в результате которой от использования п редлож ен н ой н овой н асосн ой установки для техн ологии бестр убн ого в одоп одъ ем а по сравнению с базов ой н асосн ой установкой для традиц и онн ой техн ологии водоп одъем а, годовой эконом ический эф ф ект за счет сниж ения капвлож ений и эксплуатационны х затрат составляет в сум м е 84 770 тенге на одн у н асосн ую установку, а в целом по К азахстану прогнозируется су м марный эф ф ект от реализации разработки д о 5 9 3 млн тенге.
Вы полненная работа обладает научной и техн и ческ ой новизной, которая заключается: в усоверш ен ствован н ой техн ологии бестр убн ого водоп одъ ем а из скважин в си стем е водосн абж ени я и м елиорации с использованием в техн ологич еском п роц ессе водоп одъ ем а н ового типа пакерного гидравлического устройства с эж ектором , позволяю щ им увеличить водозабор из скважины, сн и зить энергозатраты и увеличить К П Д погруж н ого электронасоса; в предлож ен н ы х осн овах теоретически х исследовани й по усоверш ен ствован н ой техн ологии бестр убн ого водоп одъ ем а; в обосн ован ии параметров, разработке конструкции и эксперим ентального образц а н ового типа пакерного гидравлического устройства с эж ектором . Н ови зн а техн и ческ их реш ений пакерного гидравлического устройства защ ищ ена предварительны м патентом № 8432 [16].
Даны предлож ения по реализации результатов разработки: для использования материала в проектны х организациях в качестве м етоди ческ ого п особи я при разработке н еобходи м ы х ти п о
разм еров новы х типов пакерны х гидравлических устройств и в уч ебн ы х п р оц ессах для обучен ия бакалавров в В У Зах, а также для включения на проведен ие прикладны х и сследовани й по ОКР.
И з анализа вы полненны х работ сл едует, что для техн ологии бестр убн ого в одоп одъ ем а пакер- ные устройства разрабатывались в осн овн ом д в у х принципиально отличаю щ ихся конструкций:
- м еханические пакерные устрой ства (с м еханическим типом уплотнения манжет);
- гидравлические пакерные устройства (с гидравлическим типом уплотнения колец).
Н аибольш ее предпочтение отдается конструкциям гидравлического типа, которые более компактны, надеж ны в работе. Н ами принят для разработки н еобходи м ы х типоразм еров пакерны х устройств к погруж ны м электронасосам для техн ологии бестр убн ого в одоп одъ ем а гидравлический тип пакерного устрой ства конструкции К азН А У , которое сущ ествен н о отличается от др уги х аналогов - сн абж ен ием пакерного гидравлического устройства эж ектором , значительно улуч ш аю щ им осн овн ой технологический параметр - подачу н асосн ой установки на 2 0 -30% .
Н а основании анализа отобранн ой патентной и техн и ческ ой литературы по пакерным у стр ой ствам устан овлен о, что пакерное устройство состои т из тр ех сам остоятельны х и взаимосвязанны х техн ическ их реш ений: уплотнительного элем ента, разделяю щ его в скважине всасы ваю щ ую часть н асоса от нагнетательной; фиксатора (ш липсов, якоря), удерж иваю щ его н асос со стол бом воды в скважине; сп уск оп одъ ем н ого механизм а, обеспеч и ваю щ его установку н асоса внутри скважины на заданной глубине и дем он таж его из скважины.
П о технико-эконом ическим показателям прим енение пакерны х устройств для бестр убн ого п одъем а воды из скважин погруж ны м и насосам и и м еет перспективное направление, позволяю щ ее эконом ить деф ицитны е насосн о-к ом п рессорн ы е трубы , значительно сокращать затраты тр уда на м онтаж но-дем онтаж ны е работы , уменьш ать энергозатраты при эксплуатации насосов и повышать срок служ бы обсадн ы х тр уб скважин.
П о типу уплотнения пакерные устройства и м ею т три основны х направления технического решения: м еханический, гидравлический и гидром еханический пакер. Н аибольш ее предпочтение применения уплотнения относится к гидравлическому типу пакерного устройства.
П о типу ф иксирую щ его м еханизм а пакерные устрой ства и м ею т три направления техн и ч ес
кого решения: ф иксирование с п ом ощ ью ш арнирны х уп оров и раздвиж ны х ш липсов о внутрен
ню ю поверхность обсад н ой трубы л ю б о й эксплуатационной скважины; ф иксирование с пом ощ ью раздвиж ны х уп оров в кольцевой проточке специально устан овлен н ой обсад н ой тр убе скважины;
ф иксирование в специальны х гн ездах п од погр уж н ой насос. Вторы е два направления технических реш ений и м ею т ограниченное прим енение, фактически для вновь строящ ихся скважин.
П о типу сп уск оп одъ ем н ого м ехани зм а пакерные устрой ства и м ею т два направления техн и ческого решения: на ж есткой тяге в виде штанг или труб; на гибкой тяге - тр осе, постоянно закреп
ленны м или съемным.
А н ализ отобранны х изобретен и й, патентов и техн ическ ой литературы позволил для разработ
ки н овой схем ы пакерного устрой ства с эж ектором принять наиболее прогрессивны е направления техн и ческ их реш ен ий основны х его узлов: тип уплотнения - гидравлический; ф иксирую щ ий м еха
низм в виде ш арнирны х уп оров с гидром еханическим приводом; спуск оп одъем н ы й м ехани зм - тросовы й с возм ож ностью разъем а и соеди нен и я внутри скважины.
А н а л и з т е о р е т и ч е с к и х и эк с п е р и м е н т а л ь н ы х и с сл е д о в а н и й б е с т р у б н о г о в о д о п о д ъ е м а из с к в а ж и н п о г р у ж н ы м и э л е к т р о н а с о са м и . Т еоретические и экспериментальны е и сследования по техн ологии бестр убн ого подъ ем а воды из скважины по своей конструкции пакерного устройства даны А .Г .Ж елобовск и м [4-7].
И сследования бы ли направлены на изучен и е п р оц есса всасывания погруж н ого электронасоса при разделен ии скважины пакерным устрой ством на всасы ваю щ ую и нагнетательную части и оп ределени е взаим освязи притока воды ч ер ез ф ильтрую щ ую часть скважины. У становлено, что при бестр убн ом в одоп одъ ем е во всасы ваю щ ей части скважины создается вакуумирование, которое не приводит к сн иж ению проп ускн ой сп особн ост и фильтра и прифильтровой зоны скважин с на
порным водон осн ы м горизонтом , а при эксплуатации скважин с м аломощ ны м и и слабоп рони цаемы ми водон осн ы м и горизонтам и сп особст в ует увели чен и ю водоотдачи, т.е. улучш ается эксплуатация м алодебитны х скважин. Максимальная вы сота всасывания составила 7 м водяного столба, коэф ф ициент гидравлического сопротивления при обтекании электродвигателя н асоса
Э Ц В 8 -2 5 -1 0 0 составил 1,1. В п ериод пуска и остановки н асоса за счет малой скорости потока воды по обсадн ы м трубам явление гидравлического удара не обн аруж ен о, которое и м еет м есто при п одъ ем е воды погруж ны м и насосам и по водоп одъем н ы м трубам . У становлено, что зон а уплотнения пакерного устройства не дол ж н а находиться ниж е вы хода потока воды из нагнета
тельного патрубка н асоса в н апорную часть обсадн ы х тр уб скважины во избеж ан и е образования застойны х зон , сп особст в ую щ и х накоплению тверды х частиц (песка) и отрицательно влияю щ их на надеж ность уплотнительны х манжет.
А налогичны е и сследования техн ологии бестр убн ого водоп одъ ем а из скважин (по обсадны м трубам ) с п ом ощ ью п огруж ны х электронасосов и пакерны х устрой ств собствен н ой конструкции проведены в К азахском Н И И водн ого хозяйства В .Н .Ф исен к о, М .М .Т русовы м и В .Я .Райт [10-12], в результате которы х разработана имитационная м одель системы п одъ ем а воды, позволяющ ая проводить расчеты совм естн ой работы в одоп одъ ем н ого оборудован и я и в одозабор н ого с о о р у ж ения на стационарном и п ер еходн ом реж им ах, оценить устойчивость работы погруж н ого элек тр онасоса с вакуум ом на всасывании, определить напор, потери в зон ах всасывания-нагнетания, градиенты давления в стволе и вблизи скважины в л ю бой м ом ен т времени.
А вторами экспериментально обоснованы параметры клинового ф иксирую щ его м ехани зм а и обосн ован сп о со б сп уск о-п одъ ем а сам оуплотняю щ ейся манжеты в предохранительном ц илинд
рическом стакане и м еханический привод (с пом ощ ью м онтаж ны х штанг) фиксирования пакерного устройства внутри скважины. И сследования бы ли апробированы на разработанной конструкции экспериментального образца, опытная партия которого внедрена в си стем е м елиорации водного хозяйства К азахстана.
И сследования пакерного устройства к п огр уж н ом у электрон асосу для бестр убн ой техн ологии в одоп одъ ем а бы ли проведены в Н И С Ровенского государствен н ого педагогического института [13] по разработанной ими конструкции. Теория сводилась в осн овн ом к инж енерны м расчетам на прочность по разры вному уси ли ю или доп уск аем ом у напряж ению на разрыв: рези н овой об о л о ч кой (манж еты ) пакера, р езьбового соеди нен и я "конус-труба" и сп уск оп одъ ем н ого замка, кроме того бы ли даны теоретические предпосы лки по взаим одействию ш липсового м ехани зм а со стен кой скважины, которе сводились к оп ределен и ю напряжений в зон е контакта ш липсового уп ора и обсадн ой трубы скважины.
П роведены теоретические и экспериментальны е и сследования по собствен н ой конструкции авторов А .А .Я к овлева и А .Б .К оны рбаева в Н П О "Казсельхозмеханизация" [14-17], которые были направлены на обосн ован ие параметров тр ех типоразм еров пакерны х гидравлических устройств для бестр убн ого в одоп одъ ем а из скважин в пастбищ ны х условиях, результаты которы х п ол о
жительны и б у д у т использованы в работе по соверш енствованию техн ологии бестр убн ого водоподъём а.
Таким образом , сущ ествую щ ие теоретические и экспериментальны е исследования бестр убн ой (по обсадн ы м трубам ) техн ологии водоп одъ ем а из скважин погруж ны м и электронасосам и бы ли в осн овн ом направлены на изучен и е техн ологич еского п р оц есса всасывания при разделен и и сква
жины пакерным устрой ством на всасы ваю щ ую и нагнетательную части и обосн ован ия основны х параметров разработанны х конкретны х принципиальны х схем пакерны х устройств.
Однако в и звестны х нам работах и сследовани й по м етодическим основам разработки н е о б ходи м ы х типоразм еров пакерны х гидравлических устройств к погруж ны м электронасосам для техн ологии бестр убн ого водоп одъ ем а в си стем е водосн абж ен и я и м елиорации, с целью эф ф ектив
ного и х внедрения в услови ях пастбищ ного и общ его водосн абж ен и я и м елиорации, не п р оводи лись. Работа по дан н ом у направлению б у д е т проводиться впервые.
Н екоторы е известны е теоретические основы и экспериментальны е исследования б у д у т учтены в работе, особен н о работы , выполненны е в К азН А У с участи ем авторов и в К азН И И М Э С Х .
Н о в и зн а и с сл е д о в а н и й . Ц ел ь и за д а ч и р а б о т ы н о в о г о н а п р а в л ен и я . Н а у ч н а я н о в и зн а и с с л е д о в а н и й б у д ет заключаться:
- в использовании в техн ологии бестр убн ого водоп одъ ем а из скважин в си стем е пастбищ ного и общ его водосн абж ени я и м елиорации н ового типа пакерного гидравлического устройства с
эж ек тором к п огр уж н ом у электрон асосу, позволяю щ им снизить энергозатраты и увеличить подачу и К П Д погруж н ого электрон асоса на 20-30% ;
- в предлож ен н ы х теоретич ески х осн овах исследовани й по техн ологии бестр убн ого в о д о п одъ ем а с использованием н ового типа пакерного гидравлического устройства с эж ектором ;
- в м етоди ческ их осн овах разработки н еобходи м ы х типоразм еров пакерны х гидравлических устройств к погруж ны м электронасосам для техн ологии бестр убн ого в одоп одъ ем а в си стем е водоснабж ен и я и мелиорации;
- в обосн ован и и н еобходи м ы х типоразм еров и параметров и разработке опытны х образцов нового типа пакерны х гидравлических устройств с эж ектором ;
- в техн и ческ ой новизне конструкции пакерного гидравлического устройства, защ ищ ёного предварительны м патентом № 84 3 2 [1 6 ], и оф орм ленны м патентом на предполагаем ое и зобретени е.
Ц ел ь р а б о т ы н о в о г о н а п р а в л е н и я - обосновать м етодические основы и разработать м етодику расчёта н еобходи м ы х типоразм еров пакерны х гидравлических устройств с эж ек тором к погруж ны м электронасосам для техн ологии бестр убн ого в одоп одъ ём а из скважин в си стем е водоснабж ен и я и мелиорации, увеличиваю щ ем подачу и К П Д н асосн ой установки на 20-30% .
О сн о в н ы е за д а ч и в ы п о л н я ем о й р а б о т ы :
- обосн ован ие в техн ологии бестр убн ого водоп одъ ем а из скважин в си стем е водосн абж ен и я и м елиорации нового типа пакерного гидравлического устройства с эж ек тором к погр уж н ом у электронасосу;
- разработка теоретических осн ов по техн ологии бестр убн ого в одоп одъ ем а с использованием нового типа пакерного гидравлического устрой ства с эжектором;
- обосн ован ие м етоди ческ их осн ов и разработка м етодики расчёта н еобходи м ы х ти п о
разм еров пакерны х гидравлических устройств с эж ек тором к погруж ны м электронасосам для техн ологии бестр убн ого водоп одъ ём а из скважин в си стем е водосн абж ен и я и мелиорации;
- обосн ование н еобходи м ы х типоразм еров, осн овн ы х параметров и разработка опытных образцов нового типа пакерны х гидравлических устройств с эж ектором ;
- оп ределен и е экон ом и ческ ой эф ф ективности вы полненной работы н ового направления.
О ж и д а е м ы е р е зу л ь т а т ы . М етодические основы и м етодика расчёта н еобходи м ы х типораз
м еров пакерны х гидравлических устройств с эж ек тором к погруж ны м электронасосам для т е х нологии бестр убн ого в одоп одъ ём а из скважин в си стем е водосн абж ен и я и мелиорации. Разработка нового типа опы тного образц а пакерного гидравлического устрой ства с эж ектором .
О б ъ ек т о м и с сл е д о в а н и я являются: новый тип пакерного гидравлического устрой ства с эж ектором , технология бестр убн ого водоп одъ ем а из скважин в си стем е водосн абж ен и я и м ели о
рации, п огр уж н ой электронасос, скважина с герметичны м оголовком, отводны м патрубком , за движ кой и тр убопроводом .
П р е д м е т и с сл е д о в а н и я - технологический п р оц есс в одоп одъ ем а по обсадн ы м трубам сква
жины, м етодические основы разработки пакерны х гидравлических устройств и гидродин ам и ческие процессы , протекаю щ ие при совм естн ой работе пакерного гидравлического устрой ства с эж ек тором и погруж н ого электронасоса.
В ы воды :
1. Н а основании вы полненны х прикладны х и сследований дан краткий аналитический обзор вы полненны х работ по технологии бестр убн ого водоп одъ ём а из скважин погруж ны м и электро
насосам и, в том числе в К азахстане, и усоверш енствованная технология бестр убн ого водоп одъ ем а для повыш ения эф ф ективности использования п одзем ны х вод в си стем е водосн абж ен и я и м елиорации с использованием в техн ологич еском п р оц ессе водоп одъ ем а нового типа пакерного гидравлического устройства с эж ек тором , увеличиваю щ им водозабор из скважины и повы ш аю щ им К П Д погруж н ого электронасоса на 20-30% и сниж аю щ им металлоёмкость на оди н насосны й агрегат в 2-3 раза.
2. П р едл ож ен о новое направление в соверш енствовании техн ологии бестр убн ого в о д о п одъ ём а - м етодические основы разработки н еобходи м ы х типоразм еров пакерны х гидравлических устройств, позволяю щ их решить п роблем у эфф ективного использования перспективны х р ес у р со сберегаю щ и х разработок в си стем е водосн абж ен ия и м елиорации Казахстана.
ЛИТЕРАТУРА
[1] Усаковский В.М. Водоснабжение и водоотведение в сельском хозяйстве. - М.: Колос, 2002. - 328 с.
[2] Средства механизации и основы расчета сельскохозяйственного водоснабжения / М.В. Луговской, Л.Я. Каше- ков, В.М. Усаковский, Н.П. Белозеров, П.К. Лихоеденко, П. Д. Хоружий. - М.: Машиностроение, 1969. - 263 с.
[3] Желобовский А.Г., Лавров М.А. Анализ работы систем беструбной подачи воды из скважин // Совершенство
вание систем водоснабжения и канализации населенных мест БССР: Сб. тез. докл. научно-техн. конф. - Минск:
БелНИИНТИ,1975. - С. 16-18.
[4] Желобовский А.Г., Гуринович А. Д. Теоретическое обоснование применения беструбного подъема воды // Пути совершенствования, проектирования, строительства и эксплуатации объектов сельскохозяйственного водоснабжения, повышения их эксплуатационной надежности и увеличение сроков службы: Сб. тез. докл. респ. сем. - Минск:
БелНИИНТИ, 1977. - С. 15-18.
[5] Желобовский А.Г., Гуринович А.Д., Гладков В.Д. Устройство для подачи воды из скважин погружными на
сосами по обсадным трубам // Методы улучшения работы водозаборных сооружений и повышения качества питьевой воды: Сб. тез. респ. научно-практ. конф. - Минск: БелНИИНТИ, 1979. - С. 22-24.
[6] Желобовский А.Г., Гуринович А.Д., Гладков В.Д. Эффективность применения устройств беструбной повески погружных электронасосв на водозаборных скважинах. - Минск: БелНИИНТИ, 1979. - 36 с.
[7] Желобовский А. Г. Технологическая эффективность забора и подъема воды из скважин по обсадным трубам:
Автореф. дис. канд. - М., 1986. - 24 с.
[8] Ариель Р.С. Опытные устройства беструбного водоподъема // Гидротехника и мелиорация // Журнал. - М., 1982. - № 2.
[9] Фабриков А.И., Сильченко А.А., Костюкевич В.М. Устройство для беструбного водоподъема из скважины погружными электронасосами // Обводнение и сельскохозяйственное водоснабжение. Экспресс-информация. М., 1982. - Серия 3, вып. 2.
[10] Отчет № 02860047417. КазНИИВХ ММВХ КазССР. Разработка устройства беструбного водоподъема из скважин по обсадной колонне термопластовых труб внутренним диаметром 200 мм и глубиной до 150 м. Джамбул, 1986.
[11] Трусов М.М., Фисенко В.Н. Гидравлический расчет устройства беструбного водоподъема и эффективность его применения // Вестник сельскохозяйственных наук Казахстана. - Алма-Ата, 1987. - № 2.
[12] Фисенко В.Н. Гидравлическая оптимизация и оборудование водоподъема из скважин с беструбной установкой погружных электронасосов: Автореф. дис. канд. - М., 1991. - 25 с.
[13] А. с. № 1618844 СССР. Устройство для откачки жидкости из скважин // Калмыков Ю.П., Певзнер А.А., Колодюк Л.А., Полещук С.С. - Опубл. 07.01.91.
[14] Яковлев А.А., Конырбаев А.Р. К обоснованию параметров пакерного гидравлического устройства к погруж
ным электронасосам для подъема воды по обсадным трубам скважин // Вестник сельскохозяйственной науки Казахстана.
- Алматы, 1998. - № 4. - С. 112-122.
[15] Яковлев А.А., Конырбаев А.Р. Исследование технологического процесса подъема воды из скважин при совместной работе электропогружного насоса и пакерного гидравлического устройства // Вестник сельскохозяйственной науки Казахстана. - Алматы, 1998. - № 5. - С. 108-115.
[16] Предпатент РК № 8432. Пакерное устройство к погружному электронасосу // Яковлев А.А., Конырбаев А.Б. - Заяв. 26.11.98.
[17] Протокол №01-42-97 (1.1.016) государственных приемочных испытаний устройства пакерного гидравличес
кого УПГ-168. - с. Октябрь: Казахская МиС, 1997. - 17 с.
[18] А. с. № 252867 СССР. Пакерное гидравлическое устройство к погружному насосу // Крапивин В.Д. - Опубл.
22.09.69.
[19] Жакупова Ж.З., Яковлев А.А., Совершенствование технологии беструбного водоподъема для повышения эффективности использования подземных вод // Проблемы вододеления и пути улучшения качества трансграничных рек Казахстана: материалы межд. практ. конф. магистрантов, докторантов РШ и молодых ученых. - Алматы: КазНАУ, 2012.
- С. 150-153.
[20] Жакупова Ж.З., Яковлев А.А., Саркынов Е. Теоретические предпосылки к обоснованию технологической схе
мы беструбного водоподъема подземных вод // Исследования, результаты. - Приложение № 2. - Алматы, 2012. - С. 69-75.
[21] Жакупова Ж.З. Совершенствование технологии беструбного водоподъема для повышения эффективности использования подземных вод в мелиорации: Дис. магистра с-х. наук. - Алматы, 2013. - 105 с.
REFERENCES
[1] Usakovsky VM Water and waste water in agriculture. M.: Kolos, 2002. 328 p.
[2] Means of mechanization and the basis of calculation of agricultural water supply / M.V. Lugovskoy, L.J. Kashe- kov, V.M. Usakovsky, N.P. Belozerov, P.K. Lihoedenko, P.D. Horuzhy. M.: Engineering, 1969. 263 p.
[3] Zhelobovsky AG, Lavrov MA Analysis of the Tubingless supply systems of water from wells // Improvement of water supply and sewerage systems BSSR populated places: Sb. tez. dokl. scientific tehn. konf. Minsk: BelNIINTI, 1975. P.16-18.
[4] Zhelobovsky A.G., Hurynovich A.D. The theoretical rationale for the use of water rise pipeless // Ways of perfection, design, construction and operation of agricultural water supply, increasing their operational reliability and service life: Sb. tez.
dokl. resp. sem. Minsk: BelNIINTI, 1977. P. 15-18.
[5] Zhelobovsky A.G., Hurynovich A.D., Gladkov V.D. A device for pumping water from wells with submersible pumps for the casing // Methods to improve the work of water intake facilities and improve the quality of drinking water: Sb. tez. resp.
nauchno-practical conference. Minsk: BelNIINTI, 1979. P. 22-24.
[6] Zhelobovsky A.G., Hurynovich A.D., Gladkov V.D. The effectiveness of devices Tubingless poveski submersible elektronasosv on water wells. Minsk: BelNIINTI, 1979. 36 p.
[7] Zhelobovsky A.G. Technological efficiency of water extraction from wells and lift the casing: Avtoref. dis. kand. M., 1986. 24 p.
[8] Ariel R.S. Experienced water lifting device pipeless // Hydraulic engineering and reclamation // Journal. M., 1982. N 2.
[9] Fabrikov A.I., Silchenko A.A., Kostyukevich V.M. Device for pipeless water lifting from wells with submersible electric pumps // Watering and agricultural water supply / Express information. M., 1982. Series 3, vol. 2.
[9] Report № 02860047417. KazNIIVH mWe Kazakh SSR. Development of water lifting device pipeless wells thermoplastic casing tube inner diameter of 200 mm and a depth of 150 m. Djambul, 1986.
[11] Trusov M., Fissenko V.N. Hydraulic calculation of water lifting devices pipeless and efficiency of its application //
Bulletin of Agricultural Sciences of Kazakhstan. Almaty, 1987. N 2.
[12] Fissenko V.N. Hydraulic optimization and equipment water lifting from wells with submersible pumps Tubingless installation: Avtoref. dis. kand. M., 1991. 25 p.
[13] A. s. № 1618844 USSR. A device for pumping fluid from wells // Y.P. Kalmykov, A.A. Pevzner, L.A. Kolodyuk, S.S. Polishchuk. Publ. 7.1.91.
[14] Yakovlev A.A., Konyrbaev A.R. On the justification of the parameters of the hydraulic packer device for submersible electric pumps for lifting water on the casing of wells // Bulletin of Agricultural Science of Kazakhstan. Almaty, 1998. N 4.
P. 112-122.
[15] Yakovlev A.A., Konyrbaev A.R. Research of technological process of lifting water from wells in co-operation submer
sible pump and a hydraulic packer device // Bulletin of Agricultural Science of Kazakhstan. Almaty, 1998. N 5. P. 108-115.
[16] Prepatents Kazakhstan № 8432. Packer device to the submersible motor // Yakovlev A.A., Konyrbaev A.B. Zayav.
26.11.98.
[17] Protocol № 01-42-97 (1.1.016) state acceptance tests of hydraulic packer device UPG-168. S. Oktyabr: Kazakh MIS, 1997. 17 c.
[18] A. s. № 252867 USSR. Packer hydraulic device for submersible pump // Krapivin V.D. Publ. 09.22.69.
[19] Zhakupova Z.Z., Yakovlev A.A. Improvement pipeless water lifting technologies for more efficient use of ground
water // Problems of water allocation and ways to improve the quality of transboundary rivers in Kazakhstan: Proceedings of Int.
Pract. konf. magistrantov, RhD doctoral students and young scientists. Almaty: KazNAU, 2012. P. 150-153.
[20] Zhakupova Z.Z., Yakovlev A.A., Sarkynov E. Theoretical background to the justification of the technological scheme of water lifting pipeless groundwater // Research Results: The application number 2. Almaty, 2012. P. 69-75.
[21] Zhakupova Z.Z. Improving pipeless water lifting technologies for more efficient use of groundwater in the reclamation: Dis. magistra with s. nauk. Almaty, 2013. 105 p.
ЦАЗАЦСТАННЫЩ СУМ ЕН ЦАМ ТАМАСЫ З ЕТУ Ж ЭНЕ М ЕЛИОРАЦИЯ САЛАСЫ НДА
¥Ц Г Ы М А Л А РД А Н БАТПАЛЫ ЭЛЕКТРОСОРГЫ ЛАРДЫ ПАЙДАЛАНУ АРЦЫ ЛЫ СУ К вТ Е Р У Д Щ К;¥БЫРСЫЗ ТЕХНОЛОГИЯСЫ Н ЖЕТ1ЛД1РУ Д 1Н Ж АЦА БАГЫ ТЫ
Ж. З. Ж акупова, А. А. Яковлев, Е. С. Саркынов Казак; ¥лтгы^ аграрльщ университет^ Алматы, Казахстан
Тушн сездер: аналитикалык; шолу, к^бырсыз су кетеру технологиясы, жерасты суы, ^цгыма, батпалы электрсоргы, гидравликалыщ пакер к^рылгысы, эжектор, сумен камтамасыз ету, мелиорация, конструктив^
с^лба, теориялыщ зерттеу, непздеу, эксперимент™ зерттеу, сорап кондыргысы, сынау, техникалыщ- экономикалыщ непздеу.
Аннотация. Электр соргысы бар ^щымадан алынган су кетеру технологиялары бойынша, соныц ш ш - де Каза^станда, гылыми-зерттеу жэне дамыту кысвдша аналитикалык; шолуы бершген. ¥цгымадан к^бырсыз су кетерудщ технологиясын жетiлдiруде жаца багыт ^сынылган - жалпы сумен катамасыз ету ж уйеанде жэне мелиорацияда жерасты суларын пайдаланудыц тш м дш п н жогарылатуга мумшндш беретiн, кажетп стандартты елш емдеп пакерлi жаца типтi гидравликалык; к^рылгымен батпалы электрсоргысыныц эдiстемелiк негiзiн жасау.
Поступила 25.04.2016г.
