Меню
Главная
Авторизация/Регистрация
 
Главная arrow Агропромышленность arrow Гидравлика

СРЕДСТВА МЕХАНИЗАЦИИ ПОДЪЕМА ВОДЫ

Для механизации подъема воды применяются струйные водоподъемные установки, воздушные (эрлифты), ленточные и шнуровые водоподъемники и гидравлические тараны.

Водоструйные водоподъемные установки. Они применяются для откачки воды из скважин, шахтных и трубчатых колодцев с диаметром обсадной трубы 50...200 мм, котлованов, траншей, для транспортирования пульпы (смеси воды и грунта или горной породы) при земляных и горных работах, для очистки колодцев от ила и т.п.

Водоструйная установка состоит из струйного аппарата (струйный насос, гидроэлеватор, эжектор), опущенного под динамический уровень воды, напорного и водоподъемного трубопроводов, центробежного насоса с приводом от электродвигателя, расположенных на поверхности скважины (рис. 5.16).

В. Схема водоструйной водоподъемной установки

Рис. 5.1В. Схема водоструйной водоподъемной установки: а — водоструйная установка; б — струйный аппарат: 1 — электродвигатель;

  • 2 — центробежный насос; 3 — напорный трубопровод; 4 — водоподъемный трубопровод; 5 — эжектор (струйный аппарат); 6 —диффузор; 7 — камера смешения; 8 — сопло;
  • 9 — фильтр

Работа струйного насоса, входящего в состав этой установки, основана на принципе использования кинетической энергии струи жидкости или газа. Насос, у которого рабочей средой является вода, называется гидроэлеватором. Если же подъем жидкости происходит за счет энергии пара или газа, выходящего из насадка, то это эжектор, или инжектор.

Струйные насосы применяют для увеличения высоты всасывания центробежных насосов при подъеме воды из колодцев и скважин.

Принцип действия водоструйной установки заключается в следующем. Часть воды по напорному трубопроводу, соединенному с нагнетательным трубопроводом центробежного насоса, с большой скоростью проходит через сопло струйного аппарата, создает разрежение, в результате чего происходит всасывание воды из водоисточника через фильтр в камеру смешения. В диффузоре благодаря расширению потока скорость воды понижается, а давление соответственно увеличивается, и вода по водоподъемной трубе поднимается на высоту, с которой центробежный насос может забирать воду, не работая в кавитационном режиме. Пройдя через насос и получив соответствующий напор, часть воды снова попадает по напорному трубопроводу к струйному аппарату, а часть идет к потребителю. Таким образом процесс подъема воды идет непрерывно.

В зависимости от конструкции струйного аппарата и взаимного расположения напорного и водоподъемного трубопровода водоструйные установки разделяются на три типа:

  • 1) двухлинейные с параллельным расположением трубопроводов. Эти установки просты в монтаже и применяются главным образом для подъема воды из шахтных колодцев. Недостаток — неполное использование сечения колодца;
  • 2) двухлинейные с центральным (концентрическим) расположением труб, когда водоподъемный трубопровод проходит внутри напорного. По сравнению с первым типом эти установки более компактны и могут применяться в трубчатых колодцах меньшего сечения. Недостаток — сложность монтажа и повышенная металлоемкость;
  • 3) однолинейные установки, в которых напорным трубопроводом служит колонна обсадных труб колодца. Отличаются наименьшей металлоемкостью и допускают водоподъем из трубчатых колодцев диаметром 50...75 мм.

Гидравлический расчет водоструйной установки заключается в определении режима работы, при котором совместно работающий насос и струйный аппарат взаимно удовлетворяют друг друга по расходам и напорам и обеспечивают устойчивый режим работы установки при подаче потребителю расчетного расхода воды.

Водоструйные водоподъемники позволяют поднимать воду с глубины до 40...50 м. Для подъема с большей глубины в конструкции водоподъемника применяется двухпоточный центробежный насос с промежуточным отбором жидкости.

Водоструйные установки выбирают по паспортным данным: Q, Н, N и г|. Благодаря хорошей способностью самовсасывания, высокой эксплуатационной надежности и простоте конструкции они нашли широкое применение не только у нас в стране, но и за рубежом.

Существенный недостаток водоструйной водоподъемной установки — низкий КПД в пределах 20...30%.

Воздушные водоподъемники (эрлифты). До недавнего времени воздушные водоподъемники (эрлифты) широко применялись как установки для подъема воды из глубоких скважин. В настоящее время им на смену пришли погружные скважинные насосы. Однако эрлифты продолжают использовать для подъема воды при пробных откачках, для осветления воды в трубчатых колодцах после бурения, пастбищного водоснабжения, в случаях необходимости аэрации воды, при содержании в ней растворенных газов, например сероводорода, и др.

Принцип действия эрлифта (рис. 5.17) основан на законе сообщающихся сосудов:

где Yj — удельный вес воды; у2 — удельный вес водовоздушной смеси (эмульсии); (Н — И) — расстояние от форсунки до динамического уровня воды в скважине; h — расстояние от динамического уровня до устья водоподъемной трубы; Н — расстояние от форсунки до устья водоподъемной трубы.

Сжатый воздух от компрессора через маслоотделитель и ресивер по воздушной трубе поступает в форсунку, представляющую собой перфорированный участок трубы с отверстиями диаметром от 4 до 6 мм, где смешиваясь с водой, образует водовоздушную эмульсию, плотность которой значительно меньше плотности воды. Эмульсия начинает двигаться вверх по водоподъемной трубе. В результате чего давление в плоскости нижнего обреза трубы со стороны эмульсии становится меньше, чем со стороны воды в скважине. Вода заходит в водоподъемную трубу и тут же превращается в эмульсию. Столб эмульсии в водоподъемной трубе растет, и, когда уровень ее достигает устья, она переливается в приемный бачок (сепаратор), в котором при помощи отражателя вода отделяется от воздуха и по сливному патрубку поступает в сборный резервуар, а воздух через специальный патрубок выходит в атмосферу.

Схема эрлифта

Рис. 5.17. Схема эрлифта:

1 — форсунка; 2 — водоподъемная труба; 3 — обсадная труба; 4 — приемный бачок; 5 — патрубок для удаления воздуха; 6 — сливной патрубок; 7 — труба для подачи сжатого воздуха (воздушная труба)

В зависимости от расположения воздушной трубы различают две системы эрлифтов: центральную (воздушная труба размещена внутри водоподъемной) и параллельную (воздушная труба находится рядом с водоподъемной). Эрлифты центральной системы имеют меньшие габариты, в качестве водоподъемной трубы могут быть использованы обсадные трубы скважины.

При работе эрлифта необходимо, чтобы воздуховод и водоподъемная труба были погружены под динамический уровень воды в скважине. Это необходимо для уравновешивания столба эмульсии и перемещения его вверх. Существенное влияние на работу и КПД эрлифта оказывает коэффициент погружения к, определяемый как отношение глубины погружения форсунки Нк высоте подъема воды h:

При недостаточной глубине погружения форсунки в связи с низким уровнем воды в скважине эмульсия не в состоянии преодолеть путь от места ее образования до сепаратора. Наилучшие условия для работы эрлифта создаются при к = (1,7...3). При значениях к < 1,7 падает общий КПД эрлифта, а при к> 3 возрастают эксплуатационные затраты. Оптимальное значение коэффициента погружения к выбирают на основании технико-экономических расчетов.

Гидравлический расчет эрлифта сводится к определению глубины погружения форсунки, расхода воздуха, требуемого для подъема заданного расхода воды, необходимого давления и мощности компрессора, обслуживающего эрлифтную установку.

Достоинства эрлифта заключаются в простоте конструкции, отсутствии в скважине движущихся деталей, возможности работы в искривленных скважинах, подъеме воды со значительным содержанием взвеси, регулировании подачи и высоты подъема воды изменением подачи воздуха, аэрации (насыщение воздухом) воды при подъеме, возможности обслуживания одной компрессорной станцией нескольких скважин.

Недостатками эрлифтных установок являются низкий общий КПД установки (эрлифта и компрессора) — не более 0,25...0,35, необходимость значительного заглубления форсунки под динамический уровень воды в скважине, дополнительные эксплуатационные расходы на компрессорное хозяйство.

Гидравлический таран. Гидравлический таран — машина, использующая для подъемна воды энергию гидравлического удара, который периодически возникает в трубе, подводящей воду к тарану от источника, расположенного выше тарана, но ниже резервуара, в который подается вода (рис. 5.18). Тараны применяются в том случае, если имеется запас воды, значительно больший того, который требуется поднять.

Основными конструктивными элементами тарана являются ударный клапан, напорный клапан и напорный воздушный колпак, который служит буфером, не допускающим распространение гидроудара в нагнетательную трубу и выравнивающим подачу воды (рис. 5.19).

Рабочий процесс в гидравлическом таране начинается после принудительного открытия ударного клапана при пуске (клапан открывают рукой). Вода в подводящей трубе движется с возрастающим ускорением, вытекая через отверстие клапана, и в некоторый момент закрывает ударный клапан, преодолевая его вес. Возникает гидравлический удар, кратковременно повышающий давление в трубе сверх давления в присоединенном к ней воздушном колпаке. Открывается

Схема гидротаранной установки

Рис. 5.18. Схема гидротаранной установки:

1 — подводящая труба; 2 — ударный клапан; 3 — груз; 4 — напорный воздушный колпак; 5 — напорный клапан; 6 — водоподъемная труба (нагнетательный трубопровод)

Гидравлический таран типа ТГ-1

Рис. 5.19. Гидравлический таран типа ТГ-1:

1 — ударный клапан; 2 — напорный клапан; 3 — напорный воздушный колпак

нагнетательный клапан, вода поступает в напорный воздушный колпак, сжимая в нем воздух, при этом кинетическая энергия водяного столба преобразуется в потенциальную энергию сжатого воздуха. Давление в подводящей трубе понижается, закрывается нагнетательный клапан, автоматически открывается ударный клапан, и вода, приходя в движение, вытекает через него. С этого момента процесс повторяется вновь.

По мере заполнения водой напорного воздушного колпака давление в нем увеличивается ввиду того, что уменьшается объем, занимаемый воздухом, и вода из тарана по напорной трубе подается потребителю. Непременным условием исправного действия гидравлического тарана является наличие воздуха в напорном воздушном колпаке. Остановить таран можно закрытием ударного клапана.

В процессе работы гидравлический таран подает меньшее количество воды, чемто, которое подводится к нему. На производительность тарана, кроме его размеров, существенное влияние оказывает число ударов ударного клапана. Чем тяжелее ударный клапан, тем больше воды сбрасывается наружу и тем меньше КПД тарана. Число ударов клапана регулируют грузами, их устанавливают в зависимости от длины и диаметра питающей трубы, высоты падения жидкости и высоты подъема. Коэффициент полезного действия тарана определяется по формуле

где q — производительность тарана; Q — расход воды, поступающей к тарану по подводящей трубе; Н — высота подъема воды; h — высота падения воды (питательный напор).

Таран может работать, начиная с h = 0,2 м, соотношение напора —

h

может достигать значения, равного 15...20. При больших значениях этого соотношения работа таранной установки малоэффективна.

Крупным недостатком таранов является их небольшая производительность, для увеличения которой в таранной установке используют параллельную работу двух или более таранов.

Параллельная работа таранов осуществляется следующими способами (рис. 5.20):

  • • с установкой отдельной питательной трубы для каждого тарана;
  • • с присоединением всех таранов к одной питательной трубе.

В обоих случаях тараны присоединяются к общему нагнетательному трубопроводу.

При установке с отдельными питательными трубами тараны работают независимо друг от друга с индивидуальными тактами; если же питательная труба общая, то все тараны работают синхронно.

При очень больших соотношениях —, когда КПД установки ста-

h

новится очень маленьким, а работа тарана — неэффективной, применяют ступенчатое нагнетание (рис. 5.21).

Схема установки с параллельно работающими таранами

Рис. 5.20. Схема установки с параллельно работающими таранами: а — с отдельными питающими трубами; б — с общей питательной трубой

Схема гидротаранной установки друхступенчатого нагнетания

Рис. 5.21. Схема гидротаранной установки друхступенчатого нагнетания

Первый таран, используя весь питательный напор, поднимает воду не на всю высоту, а лишь на некоторую ее часть. Второй таран устанавливают на уровне первого, питательным расходом для него является нагнетательный расход первого тарана. Нагнетание происходит на всю высоту. Работа обоих таранов происходит при сравнительно небольшом соотношении напоров.

 
Посмотреть оригинал
Если Вы заметили ошибку в тексте выделите слово и нажмите Shift + Enter
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ ОРИГИНАЛ   След >
 

Популярные страницы