Подбор водоподъемного оборудования

Для подбора насосов, размещаемых в эксплуатационных колоннах, необходимо предварительно определить высоту водоподъема и производительность насоса, а затем сопоставить последнюю с потенциально-возможной водоотдачей водоносного пласта. При замене насосов допускают их производитель­ность больше потенциально расчетного дебита водоносного горизонта, ведет к обруше­нию кровли пласта, быстрой кольматации водоприемной поверхности фильтра и выхо­ду из строя самого насоса.

Производительность насоса одиночной скважины должна обеспечивать расход во­ды не только на хозяйственно-питьевые и технические нужды водопотребителей Q_водоп., но и собственные нужды водозаборных сооружений, очистной станции и насосных станций

Q_скв. = Q_водоп.(1+α), м³/сут (1.29)

α = 1,05-1,1 - коэффициент, учитывающий расход воды на вспомогательные операции (промывку очистных сооружений, водоводов) на очистной станции и водозаборе.

Кроме этих расходов, либо производительностью скважины, либо необходимой производительностью ее работы в течение суток (при Q_скв. > Q_{вод.хоз.}), обеспечивается и восполнение запаса на тушение пожаров. При числе рабочих скважин на водозаборе бо­лее одной отмеченные выше расходы воды обеспечиваются регулированием почасового водопотребления и правильно подобранным графиком работы насосных станций перво­го и второго подъемов воды.

Требуемый напор насоса, расположенного в эксплуатационной колонне, определя­ется исходя из места установления динамического уровня воды в скважине при откачке, места расположения наивысшей точки подачи, потерь напора в насосе, водоподъемной трубе и водоводе (рис. 10.10).

Рис. 10.10 Расчетная схема определения полного напора насоса (HC-I):

1 - скважина; 2 - фильтр; 3 - насос; 4 - наземный (оголовок скважины); 5 - очистная станция; 6 - резервуар чистой воды; 7 - водораспределительная сеть; 8 – водонапорная башня; Н₁ - при подаче воды на очистные сооружения; Н₂ - при подаче воды в сборный резервуар; H₃ – при подаче воды в водонапорную башню или непосредственно в разводящую сеть, а) случай подачи воды на очистные сооружения; б) случай подачи воды в сборный резервуар на водозаборе; в) случай подачи воды в башню на территории объекта водоснабжения. I, II, III - пьезометрические линии при различных расчетных случаях.

Н_нас = h_н+ Н_г+ h_в, м (1.30)

где h_н - потери напора во всасывающих коммуникациях насоса; Н_г - геодезическая вы­сота водоподъема; h_в - потери напора в водоподъемной трубе, арматуре и водоводе до места водоподачи.

На практике зачастую не всегда удается подобрать марку насоса, рабочая точка ко­торого точно бы соответствовала требуемым значениям Q_m и Н_т. Поэтому подбираемый насос должен обеспечивать несколько больший напор: Н_ф ≥1,05Н_m Регулирование

напора насоса осуществляют дросселированием с помощью задвижек на напорной ли­нии, реже - изменением числа рабочих колес.

Выбор типа насоса производится по заданному расчетному расходу и напору воды при условии его работы в экономичном диапазоне и с учетом того, что от размеров (ди­аметра) погружных насосов в существенной мере зависит диаметр эксплуатационной колонны, а следовательно, и начальный диаметр бурения. В таблице 8.10 приведены ориентировочные диапазоны применения различных водоподъемников в зависимости от характеристик скважин. Характеристики насосных агрегатов типа АТН и ЭЦВ при­ведены в табл. 10.6

Таблица 10.6

Условия применения насосов для эксплуатации скважин

Погружной центробежный насос марки ЭЦВН состоит из электродвигателя, насо­са, электропроводного кабеля, колонны водоподъемных труб и наземного оборудования (рис. 10.11, б). Насосы этого типа многоступенчатые, секционные, вертикальные, с за­крытыми лопастными колесами одностороннего входа. В комплект электрического по­гружного насоса (ЭПН) входят насосный агрегат с очистным устройством, конструктив­но объединенный с вертикальным электродвигателем специального изготовления, на­порный водоподъемный трубопровод и станция управления (рис.10.11, а). Для нормаль­ной эксплуатации такого насоса вода не должна содержать агрессивных и механических примесей, а её температура не должна превышать +25°С.

В отдельных случаях еще применяют и центробежные насосы типа АТН с разме­щением электродвигателей на поверхности земли; в специальном оголовке или павиль­оне насосы такого типа устанавливают в скважину на отметку, расположенную ниже ди­намического уровня на 3-5 м. Они соединяются с электродвигателем, вмонтированным в станину над скважиной с помощью трансмиссионного вала, размещаемого в напорной колонне труб.

Таблица 10.7

Технические характеристики электронасососных агрегатов

Продолжение таблицы 10.7

Рис. 10.11. Схемы разме­щения насосов в скважи­нах: а) электронасос ЭПН;

б) погружной центробеж­ный насос ЭЦНВ; в) глу­бинный артезианский на­сос АТН

В таблице 10.7 приведены основные характеристики скважинных насо­сов, поставляемых зарубежными фирмами на отечественный рынок

Количество ступеней подъема воды зависит от глубины залегания ее статического уровня в скважине. Марку эксплуатационного насоса устанавливают по расчетной про­изводительности скважины и требуемому напору.

Таблица 10.8

Характеристики скваженых насосов иностранного производства

Потери напора в водоподъемных трубах насоса ориентировочно принимают рав­ными 3-5 м. После подбора типа насоса проверяют возможность его установки под ди­намический уровень воды в скважине. Если подобранный насос невозможно установить на 2-3 м ниже динамического уровня из-за малого расстояния между динамическим уровнем и верхом надфильтровой трубы (особенно в маломощных безнапорных водо­носных пластах), то следует увеличить число скважин на единицу и пересчитать значе­ния Q_ч.с., S_р, H_η.

Одним из перспективных путей повышения санитарно-гигиенической безопаснос­ти эксплуатации скважин, снижения расходов электроэнергии, сокращения расходов на монтаж и демонтаж водоподъемного оборудования, дополнительного использования вакууметрической высоты всасывания погружных насосов является использование в каче­стве водоподъемных колонн обсадных труб, оборудованных беструбными подвесками погружных насосов (рис. 10.12).

Обязательными узлами всех конструкций беструбных подвесок являются устройст­ва разделения и герметизации зон всасывания, нагнетания и оборудование, позволяю­щее устанавливать насос на требуемой глубине.

Основными требованиями, предъяв­ляемыми к устройствам беструбной под­вески погружных насосов являются на­дежное обеспечение разделения зон вса­сывания и нагнетания, перенос восприя­тия осевых нагрузок и реактивных мо­ментов работающего насоса на обсадные трубы, обеспечение свободного переме­щения погружного насоса с устройством при их монтаже и демонтаже, устойчи­вость к пескованию и препятствие к чрезмерному нагреву электродвигателя.

С учетом вакуумметрической высоты всасывания насоса (∆ h_доп), глубина ус­тановки погружного насоса с беструб­ной подвеской определяется по формуле:

L_н=(Z₁-Z₂-S) +∆ h_доп, (1.31)

где Z₁ и Z₂ - соответственно отметки устья водозаборной скважины и статического уровня воды в ней, м; S - допустимое по­нижение уровня воды в скважине, м. Уста­новка дополнительного верхнего пакера в обсадной трубе позволяет исключить необходимость строительства наземных павильонов и их обслуживание.

На рис. 10.12 представлены монтаж­ные схемы размещения в подземном ого­ловке погружного электронасоса, в на­земном павильоне - артезианского насо­са типа АТН.

Рис. 10.13. Схема оборудования скважины по­гружным насосом с беструбной подвеской:

а) монтажное положение, б) рабочее положение;

1 - резиновая манжета; 2,9 и 10 - фланцы; 3 - тру­ба; 4 - погружной насос; 5 - направляющее ребро;

6 - палец; 7 - клин; 8 - стопорное кольцо; 11 - рези­новая диафрагма; 12 - ребро; 13 и 14 - ограничите­ли; 15 - штанга; 16 - монтажная головка; 17 - электрокабель; 18 - оголовок; 19 - отводная труба.

Рис. 10.14. Монтажно-конструктивные схемы устройства насосных станций подземных водоза­боров: а) в подземном оголовке (насо­сы типа ЭЦВН, ЭПН); б) в наземном павильоне (насосы типа АТН с вынос­ным электродвигателем)

При незначительных удельных дебитах отдельных скважин, не обеспечивающих потребности в воде, подземный водозабор сооружают из группы скважин. Их старают­ся располагать нормально к направлению грунтового потока, с обеспечением самотечно­го поступления поднятой из скважин воды по общему водоводу в водоприемный сбор­ный колодец.