3.3.4 Определение расчетных параметров скважин

и подбор насосного оборудования.

 

Под расчетными характеристиками водозаборных сооружений понимают кривые изменений уровней воды в скважинах в зависимости от забираемого объема воды, т. е. S = f(Q). Расчетным путем их получают при проектировании водозабора, экспериментальным – при эксплуатации.

При работе любого водозаборного сооружения, включающем несколько скважин, общее понижение уровня воды в каждой скважине S_i

                      S_i = Δ S_bi + S_ci,

где  Δ S_bi – понижение уровней воды в i-ой скважине в результате формирования общей воронки депрессии;

S_ci - понижение уровня воды в этой же скважине в результате откачки воды из нее.

Значение S_ci зависит от типа используемого пласта, объема откачки и места расположения в нем рассматриваемой скважины. Для напорных пластов

                                

                                                 (3. 33)

где - производительность водозаборного сооружения;

  Ei(-λ _i) – интегральная показательная функция;

        λ _i  - параметр.

Для неограниченных напорных пластов без площадного питания

                                     

где r_i – расстояние от центра водозабора до рассматриваемой скважины.

При   функцию Ei(-λ ) можно заменить зависимостью

 

                                                         (3. 34)

Для неограниченных безнапорных пластов без площадного питания

 

                                     (3. 35)

Понижение уровней воды в самих водозаборных скважинах при откачках из напорных пластов

 

                                                          (3. 36)  

и из безнапорных пластов

 

                                    (3. 37)

Кривые зависимости S = f(Q) для напорных и безнапорных скважин можно представить в виде двучлена

 

                         S = a^/Q² +b^/Q,                                      (3. 38)

где для напорных скважин a^/ = 0, b^/ = 0, 5b

 

             

 

 

                                                                 (3. 39)

Для безнапорных скважин

                                                                 (3. 40)

                       где H₀, м; k, k, м/с; Q, м³/с.

На действующих скважинах их рабочие характеристики описываются этими же выражениями, а значения a^/ и b^/  получают при обработке опытных данных.

Для оценки эффективности скважин, а иногда и для представления ее рабочей характеристики пользуются понятием удельного расхода в виде отношения дебита скважины к понижению в ней уровня воды

                                          

Для напорных скважин удельный дебит не зависит от понижения уровня воды в

 

                                  

Поэтому понижение уровня воды в этих скважинах можно принимать предельно допустимым из условия не осушения пласта, т. е. понижение уровня воды не должно опускаться ниже верхней кромки пласта. В этом случае .

Для безнапорных скважин удельный дебит с увеличением S уменьшается

                         

Следовательно, понижение уровня воды в этиз скважинах не должно превышать определенного предела (обычно половины мощности пласта).

Это значит, что чем больше удельный дебит скважины, тем она экономичней. Поэтому следует стремиться к использованию пластов большой мощности с высоким коэффициентом фильтрации. Следует выбирать конструкции водозаборов с минимальными фильтрационными сопротивлениями.

Гидравлический расчет групповых систем водозаборов из скважин производят по тупиковой схем схеме при известном расположении скважин, расходах воды в линиях, отметках уровней воды в скважина и в сборном резервуаре или очистном сооружении. Целью расчета является установление диаметров сборного водовода и линий подключения к нему скважин, также требуемых напоров отдельных скважин.

Необходимый напор скважинных насосов определяют по формуле

  ,                                 (3. 41)

где Z_p –  отметка точки излива воды в сборном резервуаре;

             Z_дi - отметка динамического уровня в скважине при расчетном расходе воды;

              h_{щ –} потери напора в щели между обсадной трубой скважины и двигателем

                     погружного насоса;

           h_{в. кi}  -  потери напора в водоподъемной колонне скважины;

           h_{пл. i} - потери напора в линии подключения скважины к сборному водоводу;

      - суммарные потери напора в сборном водоводе на участке от точки

                      подключения к нему i-ой скважины до сборного резервуара;

h_k – потери напора на k-ом участке водовода;

h_и  - потери напора на выходе из сборного водовода;

 

                      ,                   (3. 42)

где l _дв – длина погружного двигателя, м;

d_{обс -} диаметр (внутренний) обсадных труб в мемте установки двигателя, м;

d_дв  - наружный диаметр двигателя, м;

Q_c  - дебит скважины, м³/с.

Насосное оборудование водозаборов, использующих подземные воды, выбирается из условия обеспечения каждым элементом водозабора расчетной производительности во время эксплуатации. Тип и параметры насосного оборудования выбирают  по Q и H скважины, но они взаимосвязаны с насосами других скважин.

Для повышения надежности и экономичности работы водозабора в нем рекоменду ется устраивать не менее отдельных ветвей скважин и сборных водоводов. В каждой такой ветви допускается объединять не более 15…20 скважин. Они обычно расположены по тупиковой схеме, но при площадном расположении скважин они могут быть и кольцевыми. Участки тупиковых линий, примыкающие к колодцам и резервуарам, могут дублироваться. Число дублируемых участков  на каждой ветви принимается из расчета, чтобы при авариях на водозаборах первой и второй категории надежности общее снижение подачи не превышало 30%. Это значит, что в таких системах скважины в тупиках сборного водовода, меющие суммарную производительность  до 30% от расчетной для рассматриваемой ветви могут иметь не дублируемые участки. Если же в таких системах имеется хотя бы два отдельных и близких по производительности водозабора, то дублирование участков сборного водовода может и не потребоваться. Оно не осуществляется и на водозаборах третьей категории.

Не рекомендуется дублирование водоводов на сифонных системах откачки из-за ухудшения их работы вследствие подсоса воздуха.

Расчет систем откачки воды из скважин при заданной схеме сети и расходах в ее линиях сводится к определению диаметров отдельных участков сети и необходимых напоров насосов скважин. обеспечивающих заданные отборы воды.

Исследования показали, что наиболее рациональная загрузка скважин и насосного оборудования групповых водозаборов достигается при минимуме отношения скважин водозабора

        ,            (3. 43)   

где H_i – геометрическая высота подъема воды от статического уровня в i-ой скважине до расчетного уровня в сборном резервуаре;

S_i  - понижение уровня воды в i-ой скважине;

- суммарные потери напора от места забора воды в i-ой скважине до точки ее излива в сборно-регулирующем резервуаре;

η _i  - КПД насосного оборудования i-ой скважины.

В первом приближении загрузку скважин и их насосного оборудования можно принять по условию

                          

 

Обычно на скважинах устанавливают наиболее близкие по параметрам насосные агрегаты. Фактические же режимы работы основных элементов водозаборов можно найти на основе решения уравнений динамического равновесия их работы, которое образуется в том случае, когда насосы всех скважин при _подаче Q_i обеспечивают напоры, необходимые для подачи воды в сборно-регулирующие резервуары.

Это условие можно представить системой равенств:

Н_c1 = H_н1 или H_ci – H_н1 = 0

H_ci  = H_нi   или H_ci – H_нi = 0

H_сн = H_нn  или H_cn – H_н-n = 0

Эти равенства можно группировать по ветвями водозабора.

В общем случае обвязки скважин водоводами расчет их можно вести методом баланса расходов в узлах:

                                                 (i = 1, 2, 3, …. n)              (*)

где Q_i – подача воды в рассматриваемый узел i-ой скважиной;

  n_i - число сходящихся в i-ом узле линий без учета линии подключения к нему

         рассматриваемой скважины;

Q_k  - расходы воды в линиях, примыкающих к данному узлу с учетом их знаков.

Расходы в линиях при принятых диаметрах, длинах и типах труб определяют по формуле

                                ,                                         (3. 44)

где П_к1 и П_л2 – пьезометрические отметки соответственно в начале и конце k-ой линии, м;

γ _ок - коэффициент удельного гидравлического сопротивления линии, с²/м⁶;

                                    ,                                               (3. 45)

λ – коэффициент гидравлического трения;

d_k – диаметр трубопровода, м;

 l_k – длина линии, м.

Тогда подача воды принятым насосом из скважины

,        (3. 46)   

где П_0i = Z_{ст. i} – H_0i – пьезометрическая отметка насоса рассматриваемой скважины при закрытой задвижке, приведенная к статическому уровню воды в скважине Z_{ст. i};

П_i – пьезометрическая отметка точки подключения скважины к сборному водоводу;

                                   Δ S_i = Δ S_bi + Δ S_{вз. i};

b_i^/ - для напорных скважин

                                                                             (3. 47)

  для безнапорных скважин

                                      ;                                       (3. 48)

a_i^/ - для напорных скважин – равно нулю,

  для безнапорных скважин

                                        ;                                    (3. 49)

γ _щi, γ _{вк. i}, γ _лпi, γ _нi – коэффициенты гидравлического сопротивления соответственно: щели между двигателем насоса и обсадной трубой, водоподъемных колон, линий подключения скважины к сборному водоводу и установленных на скважинах насосных агрегатов.

Расчет ведется в следующей последовательности:

_1. Определяют первоначально предполагаемые Q_i⁰ и П⁰_i.

_2. Для принятых Q⁰_i определяют Δ S_i рассматриваемых скважин, обусловленные их взаимодействием с остальными скважинами водозабора.

_3. По формулам  (3. 44) и (3. 46) находят Q_k^/ в связанных с данным узлом линиях сборных водоводов и подачи Q^/_i воды из скважин.

_4. По полученным Q_k¹ и  Q¹_i проверяют соблюдение условия (*).

Если для всех узлов сборных водоводов невязки Δ Q_i удовлетворяют условию

                                ,                                   (3. 50)

то расчет заканчивается и полученные значения Q_i^/ и П^/_i принимаются за расчетные.

ε – точность расчета, допускается ε = (0, 001…0, 10).

Если же условие (3. 50) не выполняется, то расчет повторяется. При этом начальные значения пьезометрических отметок корректируются по правилу

                     П_i^/ = П⁰_i + Δ П_i^/ 

Знак поправки Δ П_i^/ должен соответствовать знаку невязки Δ Q_j  расходов  в узле.

 

⇐ Предыдущая10111213141516171819Следующая ⇒

Поделиться:

Воспользуйтесь поиском по сайту: