(54) Sposób formowania struktury filtracyjnej ujęcia w złożu wodonośnym oraz urządzenie do

Transkrypt

1 RZECZPOSPOLITA POLSKA (12) OPIS PATENTOWY (19) PL (11) (13) Numer zgłoszenia: Urząd Patentowy (22) Data zgłoszenia: Rzeczypospolitej Polskiej (51) IntCl5: E03B 3/08 E03B 3/15 (54) Sposób formowania struktury filtracyjnej ujęcia w złożu wodonośnym oraz urządzenie do formowania struktury filtracyjnej ujęcia w złożu wodonośnym (43) Zgłoszenie ogłoszono: BU P 17/91 (73) Uprawniony z patentu: Instytut Budownictwa, Mechanizacji i Elektryfikacji Rolnictwa, Warszawa, PL (45) O udzieleniu patentu ogłoszono: W UP 05/94 (7 2 ) T w órcy w y n a la z k u : Krzysztof Wierzbicki, Warszawa, PL Andrzej Eymontt, Warszawa, PL Andrzej Przykorski, Warszawa, PL Józef Wowk, Leszno, PL PL B1 1. Sposób form ow ania struktury filtracyjnej ujęcia w (57) złozu w odonośnym o niedostatecznej przepuszczalności zaw ierającym m ateriał o zróżnicow anej granulacji, przy użyciu filtru szczelinowego odpornego na ciśnienie działające od w ewnątrz, zainstalow anego w złożu, korzystnie z zastosow aniem obsypki żwirowej, znamienny tym, że form ow anie polega na przepuszczaniu wody przez złoże w kierunku od w nętrza filtru do złoża, przy czym przepuszczanie rozpoczyna się z m ałą w ydajnością, którą stopniow o zwiększa się kontrolując o p ó r złoża, a ż do uzyskania stałego w spółczynnika oporu zło ża. 2. U rządzenie do form ow ania struktury filtracyjnej ujęcia w złożu w odonośnym o niedostatecznej przepuszczalności, znamienne tym, ze jest wyposażone w głowicę (5) m ontow aną na rurze osłonowej (4) studni, połączoną z rurociągiem (6) wyprowadzającym wodę z pom py głębinowej (3) i zaopatrzoną w szczelny przepust przew odu elektrycznego do zasilania pom py głębinowej (3) oraz połączoną z rurociągiem (7) doprow adzającym wodę do studni, a ponadto głowica (5) jest zaopatrzona w króciec (8) służący do zam ocow ania m anow akuom etru (9) i zaw oru odpow ietrzającego (10).

2 Sposób formowania struktury filtracyjnej ujęcia w złożu wodonośnym oraz urządzenie do formowania struktury filtracyjnej ujęcia w złożu wodonośnym Zastrzeżenia patentowe 1. Sposób formowania struktury filtracyjnej ujęcia w złożu wodonośnym o niedostatecznej przepuszczalności zawierającym materiał o zróżnicowanej granulacji, przy użyciu filtru szczelinowego odpornego na ciśnienie działające od wewnątrz, zainstalowanego w złożu, korzystnie z zastosowaniem obsypki żwirowej, znamienny tym, że formowanie polega na przepuszczaniu wody przez złoże w kierunku od wnętrza filtru do złoża, przy czym przepuszczanie rozpoczyna się z małą wydajnością, którą stopniowo zwiększa się kontrolując opór złoża, aż do uzyskania stałego współczynnika oporu złoża. 2. Urządzenie do formowania struktury filtracyjnej ujęcia w złożu wodonośnym o niedostatecznej przepuszczalności, znamienne tym, że jest wyposażone w głowicę (5) montowaną na rurze osłonowej (4) studni, połączoną z rurociągiem (6) wyprowadzającym wodę z pompy głębinowej (3) i zaopatrzoną w szczelny przepust przewodu elektrycznego do zasilania pompy głębinowej (3) oraz połączoną z rurociągiem (7) doprowadzającym wodę do studni, a ponadto głowica (5) jest zaopatrzona w króciec (8) służący do zamocowania manowakuometru (9) i zaworu odpowietrzającego (10). 3. Urządzenie według zastrz. 2, znamienne tym, że rurociąg (6) wyprowadzający wodę z pompy głębinowej (3) do zbiorników (11), (14) jest wyposażony w wodomierz (12) oraz zawór (13) regulacji przepływu wody, a rurociąg (7) doprowadzający wodę do studni ze zbiorników (11), (14) jest wyposażony w wodomierz (15), pompę wspomagającą (16) oraz zawór (17) regulacji przepływu wody. * * * Przedmiotem wynalazku jest sposób formowania struktury filtracyjnej ujęcia w złożu wodonośnym o niedostatecznej przepuszczalności, zwłaszcza w głębinowych studniach wierconych, a także urządzenie umożliwiające formowanie struktury filtracyjnej ujęcia w złożu wodonośnym, przeznaczone do stosowania zarówno przy wykonywaniu nowych studni, jak również w celu renowacji studni długo eksploatowanych. Istotny problem w technice wydobycia wody z ujęć w złozu wodonośnym, zwłaszcza znajdującym się na znacznej głębokości, stanowi uzyskanie odpowiednio dużej wydajności studni przy niewielkim obniżeniu poziomu wody w studni, jak również umożliwienie regeneracji studni w przypadku kolmatacji strefy przyfiltrowej. Często zdarza się, że istnieje konieczność wykonania ujęcia w złożu wodonośnym zawierającym niewielkie ilości materiału o odpowiedniej granulacji rozmieszczonego w postaci cienkich przewarstwień żwirowych między warstwami drobnych piasków. W-taktej sytuacji, zgodnie ze znanym sposobem wierci się otwór o możliwie dużej średnicy i obsypuje się filtr obsypką żwirową w celu połączenia przewarstwień z filtrem. Następnie wykonuje się pompowanie otwierające polegające na stopniowym, bardzo powolnym powiększaniu wydajności, które ma na celu utworzenie w obrębie obsypki przestrzennej struktury filtracyjnej zapobiegającej przedostawaniu się do filtru materiału o granulacji powodującej zatykanie filtru. Materiał o takiej gianulacji powinien utkwić w obsypce, a materiał drobniejszy powinien być wyprowadzony przez obsypkę do wnętrza filtru i usunięty razem z wodą. Pompowanie otwierające jest czynnością bardzo trudną i rzadko można uzyskać optymalny rezultat. Ujęcia wykonane znanym sposobem w takich warstwach najczęściej nie uzyskują możliwej dla danego złoża wydajności, są wrażliwe na przekroczenie ustalonej podczas pompowania otwierającego wydajności, a w konsekwencji ich trwałość jest niewielka.

3 Z polskiego opisu patentowego nr jest znany sposób czyszczenia obsypki płytkich studni wierconych i rozluźniania gruntu wokół tych studni, polegający na niszczeniu powiązań między poszczególnymi ziarnami i mechaniczne oczyszczenie ziarn obsypki i gruntu od otuliny soli, żelaza, wapnia i innych związków za pomocą strumienia wody pod ciśnieniem oraz usunięciu zanieczyszczeń i części pyłowych do wnętrza studni, skąd mogą być łatwo usunięte przez wypompowanie. Woda pod ciśnieniem jest wprowadzona do gruntu lub obsypki od zewnątrz studni, w odległości od filtra zależnej od dyspozycyjnego ciśnienia, dobranej tak, aby strumień wody przy wejściu do studni posiadał jeszcze dostateczną siłę płuczącą. Ze względu na wykonywanie wielu odwiertów na zewnątrz filtru, taki sposób może być stosowany jedynie dla bardzo płytkich studni. Z polskiego opisu patentowego nr jest znany sposób renowacji studni wierconej, zgodnie z którym podwyższa się temperaturę wody w studni, najkorzystniej do temperatury wrzenia, po czym do studni wtłacza się powietrze o zadanym ciśnieniu, powodując tym obniżenie poziomu lustra wody oraz przepływ wody przez filtr do strefy przy filtrowej, a następnie nagle obniża się ciśnienie powietrza w studni do ciśnienia otoczenia, powodując tym nagły powrót uprzednio wtłoczonej wody, a cykl ten powtarza się do czasu oczyszczenia filtru i strefy przyfiltrowej. Taki sposób nie pozwala uzyskać zmiany struktury filtracyjnej w strefie przyfiltrowej, jak również rozluźnienia gruntu. Ponadto nagrzewanie wody wymaga stosowania energochłonnych urządzeń dużej mocy. Istotę wynalazku stanowi formowanie struktury filtracyjnej ujęcia w złożu wodonośnym o niedostatecznej przepuszczalności zawierającym materiał o zróżnicowanej granulacji, przy użyciu filtru szczelinowego odpornego na ciśnienie działające od wewnątrz, zainstalowanego w złożu, korzystnie z zastosowaniem obsypki żwirowej, które polega na przepuszczaniu wody przez złoże w kierunku od wnętrza filtru do złoża, przy czym przepuszczanie rozpoczyna się z małą wydajnością, którą stopniowo zwiększa się kontrolując opór złoża, aż do uzyskania stałego współczynnika oporu złoża. Takie formowanie struktury filtracyjnej w złożu umożliwia urządzenie wyposażone w głowicę montowaną na rurze osłonowej studni, połączoną z rurociągiem wyprowadzającym wodę z pompy głębinowej i zaopatrzoną w szczelny przepust przewodu elektrycznego do zasilania pompy głębinowej oraz połączoną z rurociągiem doprowadzającym wodę do studni. Ponadto wspomniana głowica jest zaopatrzona w króciec służący do zamocowania manowakuometru i zaworu odpowietrzającego. Rurociąg wyprowadzający wodę z pompy głębinowej do zbiorników jest wyposażony w wodomierz oraz zawór regulacji przepływu wody, a rurociąg doprowadzający wodę do studni ze zbiorników jest wyposażony w wodomierz, pompę wspomagającą oraz zawór regulacji przepływu wody. Stosowanie sposobu według wynalazku przy pomocy wspomnianego urządzenia pozwala na uzyskanie wokół filtru przestrzennej struktury filtracyjnej o dużej objętości, uformowanej daleko poza obręb obsypki, co zwiększa trwałość studni i zmniejsza niebezpieczeństwo kolmatacji. Przedmiot wynalazku został bliżej objaśniony w przykładzie wykonania pokazanym na rysunku, który przedstawia w ujęciu schematycznym urządzenie do formowania struktury filtracyjnej ujęcia w złożu, zainstalowane na studni głębinowej. W wykonanej jednym ze znanych sposobów studni głębinowej zakończonej filtrem szczelinowym 1 umieszczonym w obsypce 2 jest zainstalowana pompa głębinowa 3. Na rurze osłonowej 4 studni mocuje się głowicę 5, przez którą przeprowadza się odpowiednio uszczelniony rurociąg 6 wyprowadzający wodę z pompy głębinowej 3. Głowica 5 jest zaopatizona w szczelny przepust przewodu elektrycznego do zasilania pompy głębinowej 3. Ponadto głowica 5 jest połączona z rurociągiem 7 dopiowadzającym wodę do studni oraz posiada króciec 8, na którym zamocowany jest manowakuometr 9 i zawór odpowietrzający 10. Rurociąg 6 wyprowadzający wodę z pompy głębinowej 3 do osadnikowego zbiornika 11 jest wyposażony w wodomierz 12 oraz zawór 13 regulacji przepływu wody, a rurociąg 7 doprowadzający wodę do studni ze zbiornika 14 jest wyposażony w wodomierz 15, pompę wspomagającą 16 oraz zawór 17 regulacji przepływu wody. Zbiornik 14 i osadnikowy zbiornik 11 są odpowiednio połączone między sobą, a zbiornik 11 jest ponadto zaopatrzony w zawór spustowy 18. Przed przystąpieniem do formowania struktury filtracyjnej ujęcia napełnia się zbiornik 11 i 14 czystą wodą dowiezioną lub doprowadzoną z innej studni oraz sprawdza się przy otwartym zaworze odpowietrzającym 10, przy czym manowakuometr 9 wskazuje ciśnienie atmosferyczne.

4 Następnie zamyka się zawór 10 i otwierając stopniowo zawór 17 rozpoczyna się płukanie złoża wodą ze zbiornika 14. W pierwszej fazie płukania nie ma potrzeby uruchamiania pompy wspomagającej 16, ponieważ woda spływa do studni grawitacyjnie. Stosowanie pompy 16 jest konieczne, zwłaszcza przy renowacji studni oraz, gdy statyczne zwierciadło wody w studni znajduje się w pobliżu powierzchni terenu. Obserwując wskazania m anowakuom etru 9 dalej otwiera się stopniowo zawór 17 zwiększając powoli wydajność. Płukanie przebiega prawidłowo, gdy nie wzrasta wysokość strat oporu złoża obserwowana nieustannie na manowakuometrze 9. W przypadku wzrostu wysokości strat oporu złoża przez pewien czas nie zwiększa się wydajności płukania zaworem 17. Płukanie prowadzi się aż do wyczerpania wody w zbiorniku 14. Następnie płucze się złoże przez pompowanie wody ze studni. W tym celu zamyka się zawór 17 i wyrównuje ciśnienie powietrza w głowicy 5 do ciśnienia atmosferycznego za pomocą zaworu 10, a następnie uruchamia się wydajność płukania złoża przez pompowanie, przy czym wydajność ta nie powinna przekroczyć 25% wydajności osiągniętej przy ostatnim płukaniu od filtru 1do złoża. W tym czasie manowakuometr 9 wskazuje depresję. Po uzyskaniu klarownej wody ze studni i napełnieniu zbiorników 11 i 14 przerywa się płukanie przez pompowanie. Następnie przeprowadza się ponownie płukanie wodą ze zbiornika 14 od filtru 1 do złoża, przy czym płukanie rozpoczyna się od wydajności osiągniętej przy zakończeniu poprzedniego płukania i ponownie stosuje się zasadę powiększania wydajności wody płuczącej. Jeżeli wysokość strat oporu utrzymuje się na stałym poziomie, wydajność płukania można stosunkowo szybko powiększać. Oznacza to bowiem, że współczynnik oporu złoża szybko maleje i kształtowanie się struktury filtracyjnej w złożu przebiega korzystnie. Cykle płukania powtarza się kilkakrotnie. Jeżeli nie można już uzyskać wzrostu wydajności płukania przy stałej wysokości strat oporu złoża, dopuszcza się wzrost wysokości strat. W takim przypadku wydajność płukania należy powiększać znacznie wolniej. Jeżeli wzrost wysokości strat w stosunku do wzrostu wydajności osiągnie przebieg liniowy płukanie należy zakończyć. Jeżeli pomimo osiągnięcia przyjętej granicy wzrostu wysokości oporów płukania nie uzyskuje się wystarczającej wydajności studni, która nie powinna przekroczyć 25% wydajności płukania wodą podawaną do studni, można płukanie prowadzić dalej lecz ze szczególną ostrożnością. Bezwzględną granicę możliwości kształtowania struktury filtracyjnej w złożu jest wzrost wysokości strat w funkcji kwadratowej do wydajności płukania. Oznacza to, że współczynnik oporu struktury filtracyjnej złoża określony wzorem a= Hs/Q2 gdzie H s stanowi wysokość strat złoża, a Q stanowi wydajność, już się ustalił.

5 163918

6 D e p a rta m e n t W y d a w n ic tw U P R P. N a k ła d 90 egz. C e n a zł