Учебное пособие 2074

Рис. 5.6. Схема кольцевых сборных водоводов:

1 – водозаборные скважины; 2 – водоводы; 3 – запорно-регулирующая

и предохранительная арматура; 4 – сборный узел

Рис. 5.7. Схема парных сборных водоводов:

1 – водозаборные скважины; 2 – водоводы; 3 – сборный узел

Линейная схема в одну нитку (рис. 5.3, а) используется в тех случаях, когда допускаются перерывы в подаче воды потребителю, и применяется только при концевом расположении сборного узла [2].

Из соображений надежности, чаще проектируют линейные схемы сборных водоводов в две и более нитки. В этом случае при выходе из работы одной нитки (на ремонт или при аварии) на сборный узел подается вода (в размере 70 % от расчетного расхода) по другим ниткам.

При проектировании линейных (тупиковых) сборных водоводов, по мере подключения скважин, постепенно увеличиваются диаметры водоводов. На одной нитке сборного водовода располагают количество скважин (не большее),

62

предотвращающее выход за пределы области оптимальных КПД рабочих точек характеристики насосов.

Концевые сборные водоводы устраивают на линейных, кольцевых и площадных схемах расположения водозаборных сооружений. Как правило, они проектируются неизменного (по всей длине кольца) диаметра, обеспечивающего подачу 70 % расхода воды.

При большой производительности водозаборов и коротких сборных водоводах они проектируются парными [2].

Для выбора схемы сборных водоводов, в зависимости от местоположения потребителя по отношению к створу водозабора, устанавливают положение сборного узла. В зависимости от его расположения на водозаборе меняется длина сборного водовода, его диаметр перед сборным узлом, а также размеры водоводов насосной станции второго подъема. Положение сборного узла может быть концевым или центральным (а также близким этим положениям).

Для определения оптимального расположения сборного узла проводят технико-экономическое сравнение возможных вариантов этого расположения.

При сравнительно небольшом количестве скважин (от 3 до 8) проектируют концевое расположение сборного узла. При большем количестве скважин, как правило, выбирают центральное или близкое к нему расположение сборного узла.

Диаметры труб сборных водоводов определяют на основании гидравлического расчета, учитывая установленное в скважинах насосное оборудование. В этих вычислениях расчетными считаются самые удаленные от сборного узла скважины.

Во избежание большой разницы в напорах у начальной и конечной (на сборном водоводе) водозаборных скважин диаметры напорных водоводов принимают исходя из скорости движения воды в них:

0,4–0,7 м/с – для диаметров 100–400 мм. 0,7–1,0 м/с – для диаметров 500–1000 мм [2].

5.3.2. Водоподъемное оборудование

Для подбора насосов, устанавливаемых в скважинах, необходимо знать их производительность, сопоставить ее с потенциально возможной водоотдачей водоносного пласта (при этом подача насоса должна быть не более водоотдачи), а также определить высоту водоподъема.

Подача насоса, устанавливаемого в водозаборное сооружение, должна обеспечить потребителя водой на хозяйственно-питьевые и технические нужды, а также подать воду на собственные нужды водозаборных сооружений, станции водоподготовки и насосной станции.

63

где α – коэффициент, учитывающий расход воды на вспомогательные операции на водозаборе.

α= 1,01÷1,03 – если нет станции водоподготовки;

α= 1,05÷1,1 – если на водозаборе предусмотрена станция подготовки подземных вод.

Требуемый напор насоса находится исходя из глубины залегания динамического уровня воды, наивысшей точки ее подачи и суммарных потерь напора

внасосе, водоподъемной трубе и водоводе (рис. 5.8).

где Нг – геодезическая высота подъема; hн – потери напора во всасывающих коммуникациях насоса; hв – потери напора в водоподъемной трубе, арматуре и водоводе до места водоподачи (3÷5 м); Нсв – необходимый свободный напор на излив (1÷2 м).

Рис. 5.8. Расчетная схема определения полного напора насосной станции первого подъема:

1 – скважина; 2 – фильтр; 3 – насос; 4 – очистные сооружения; 5 – резервуар чистой воды; 6 – водораспределительная сеть; 7 – водонапорная башня; Н1 – при подаче воды на очистные сооружения; H2 – при подаче воды

в сборный резервуар; H3 – при подаче воды в водонапорную башню или непосредственно в разводящую сеть

64

В действительности подобрать насос, рабочие характеристики (Q и Н) которого точно соответствовали бы требуемым, удается не всегда. Поэтому часто подбирается насос с небольшим запасом по напору. Насосы могут регулироваться изменением числа рабочих колес, числа оборотов двигателя или дросселированием с помощью задвижек на напорной линии.

При выборе насоса следует иметь в виду, что от размеров (диаметра) погружных насосов в существенной мере зависит диаметр эксплуатационной колонны, а следовательно, и начальный диаметр бурения скважины. В табл. 5.7 [6, табл. 6.9] даны технические характеристики основных отечественных глубинных насосных агрегатов с погружными (ЭЦВ) и непогружными (АТН) двигателями, наиболее часто применяемых на водозаборах. Кроме указанных, возможно использование поршневых насосов, а для пескующих скважин – эрлифтов [4].

Сейчас на российском рынке появились насосы иностранного производства, которые также могут быть использованы в качестве водоподъемного оборудования.

5.3.3. Насосные станции подземных водозаборов

Монтажно-конструктивные схемы насосных станций подземных водозаборов зависят от установленного водоподъемного оборудования. При установке насосов типа ЭЦВ применяют подземные павильоны (см. рис. 3.2, б). Если в качестве водоподъемного оборудования используются насосы типа АТН с выносным (непогружным) электродвигателем, применяются павильоны наземного типа (см. рис. 3.2, а).

Насосная станция оборудуется электрическим щитком, манометрами, расходомерами, задвижками, обратным клапаном, уровнемерами и двумя патрубками для отбора проб и прокачки скважины. Размеры насосной станции зависят от размеров установленного оборудования.

Примеры проектирования скважинного водозабора

Пример 1

Запроектировать подземный скважинный водозабор в долине реки на подачу водопотребителю воды в количестве 40 000 м3/сут. для следующих условий:

Состав пород: водоносного слоя. Пески средне-крупнозернистые.

Мощность водоносного горизонта – 47 м. Глубина скважины до подошвы – 67 м.

Глубина залегания (уровня) воды – 20 м от устья скважины.

65

Пласт безнапорный, перекрытый сверху водонепроницаемым слоем. Отместка устья скважины – 196.

Отметка воды в резервуаре чистой воды – 212.

1. Определение производительности и количества скважин

Производительность водозабора определяется из условия, что скважины работают равномерно в течение суток и качество воды позволяет подавать воду, потребляемую без очистки.

Используя выражение (5.64), укажем, что при = 1,01 часовая производительность водозабора будет равна

Q = 1,01 40000 1683,3 м3 /ч. 24

По формуле (5.2) находим

Sдоп. = 0,5 ∙ 47 – 3 – 1 = 19,5 м.

По табл. 5.3 принимаем удельный дебит скважины q0 = 10 м3/(ч∙м) и находим производительность скважины. Приток воды в скважину обеспечивается фильтрами, тип фильтра принят (по табл. 3.8) трубчатый с водоприемной поверхностью из проволочной обмотки.

Длина фильтра может быть принята из выражения (3.3).

Lф = 0,5 ∙ 47 = 23,5 м.

Скорость входа воды в фильтр при коэффициенте фильтрации Кф = 25 из формулы (3.2)

V = 65 3√25 = 190 м/сут.

Тогда диаметр из выражения (3.4)

Принят фильтр диаметром dф = 325 мм.

Qскв. рабочих = 10∙ 19,5 = 195 м3/ ч = 4680 м3 /сут.

66

Число рабочих скважин np = 1683195,3 8,6.

Принимаем 9 рабочих скважин, количество резервных скважин, согласно табл. 3.2, принимается равным 2: nобщ = 9+2 = 11.

2. Гидрогеологические расчеты скважин

Понижение уровня воды в скважине в процессе эксплуатации определяется из выражения (5.5). Для определения R составляется расчетная схема (рис. 5.9). Используется линейный ряд скважины расположенных в долине реки. Расстояние от реки до скважины 110 м. Расстояния между скважинами для взаимодействующих скважин (по табл. 5.3) принято 150 м. Поскольку рабочих скважин 9, скважины 1 и 11 взяты как резервные и при проведении гидрогеологического расчета не участвуют, т. к. их влияния на понижение горизонта воды меньше, чем других.

Значение R0 для всех остальных скважин определяют из табл. 5.7 по (5.31)

и (5.32)

Понижение воды при эксплуатации безнапорного водоносного горизонта для расчетной скважины из (5.5):

S6 47 472 3,468014 25 5,39 4,25.

Подставляя в эту формулу значения R для всех других точек, найдем значения Si, т.е. понижение в расчетной скважине в связи с влиянием взаимодействующих скважин

67

3. Гидравлический расчет водозабора

Конечной целью гидравлического расчета является подбор и установка насосов в скважину. Предусматривается оборудование скважин однотипными насосами, подающими воду в резервуар чистой воды.

Подача воды из скважин в резервуар чистой воды осуществляется по схеме рис. 5.8. Согласно [5], подбор диаметров трубопроводов и потерь напора в них приведен в табл. 5.13. Скорость движения воды в водоподъемной трубе принимается в пределах 1,5 2,0 м/с (от насоса до устья скважины).

По данным гидравлического расчета находим требуемый напор для самой удаленной скважины (скв.1), принимая понижение в ней и отметку динамического горизонта аналогично скв. 6.

Напор насоса определяется

Нн = Нгеом. + h + Нсв ;

Нгеом. = Врчв – ДГВ ,

где Врчв – отметка воды в резервуаре чистой воды 212 м;ДГВ – отметка динамического горизонта воды.

69