Расчет эрлифта
 |
Эрлифты используются для откачки воды с
песком, а также в случае необходимости получения большого количества воды
при сравнительно небольших размерах скважины. Кроме эрлифта для опытных
откачек воды могут применяться и струйные аппараты.
Расчет эрлифта заключается в определении глубины погружения смесителя расхода и давления воздуха, а также размеров воздухопроводящих и водоподъемных труб. Исходные данные для расчета (рис. 19.5):
Рис. 19.5. Схема оборудования скважин эрлифтом 1 - воздухопроводные трубы; 2 - смеситель; 3 - водоподъемные трубы. |
Глубина погружения смесителя Н (расстояние от центра смесителя до уровня излива смеси на поверхности) зависит от положения динамического уровня:
H=khдин (19.37)
где k - коэффициент погружения смесителя эрлифта под динамический уровень ориентировочно принимается по данным, приведенным ниже:
|
h,м |
15 |
15-30 |
30-60 |
60-90 |
90-120 |
|
К |
3-2,5 |
2,5-2,2 |
2,2-2 |
2-1,8 |
1,8-1,6 |
Следует учитывать, что при К<1,6 КПД эрлифта очень низок, а при К>3 работа эрлифтовой установки (эрлифт+компрессор) требует очень значительных затрат энергии приводящего двигателя.
Гидравлический коэффициент полезного действия эрлифта
(19.37a)
где К - коэффициент погружения смесителя
Удельный расход воздуха V0 (в м3), необходимый дня подъема из скважины 1 м3 воды
(19.38)
где с - опытный коэффициент, зависящий от коэффициента погружения k:
|
k |
4 |
3,35 |
2,85 |
2,5 |
2,2 |
2 |
1,8 |
1,7 |
1,55 |
|
c |
14,3 |
13,9 |
13,6 |
13,1 |
12,4 |
11,5 |
10 |
9 |
8 |
Полный расход воздуха (в м3/мин)
W=QV0/60. (19.39)
Давление воздуха при пуске компрессора (в Мпа)
p=10-6gρв(khдин-hст+2) (19.40)
во время работы компрессора
р=10-6gρв[hдин(k-1)+5] (19.41)
(ρв= 1000 кг/м3 - плотность воды).
Расход воздушно-водяной эмульсии при изливе (в м3/с)
q=Q1+W/60. (19.42)
(Q1 - расчетный расход воды, м3/с).
Площадь сечения водоподъемной трубы (в м3) при изливе
F=q/υ2, (19.43)
где υ2 - скорость движения эмульсии (в м/с) в зависимости от динамического уровня воды:
|
Глубина динамического уровня воды от уровня излива, мм |
20 |
40 |
60 |
|
Скорость движения эмульсии у форсунки υ1, м/с |
1,8 |
2,7 |
3,6 |
|
Скорость движения эмульсии при изливе υ2, м/с |
6 |
7-8 |
9-10 |
Внутренний диаметр водоподъемной трубы (в мм)
d=√(4F+πd21)/π (19.44).
где d1 - наружный диаметр воздухопроводных труб в скважине, мм (33; 42; 50; 63,5 мм).
Рекомендуемые диаметры воздухопроводных труб d1 в зависимости от количества воздуха, засасываемого компрессором W:
|
W,м3/ч |
10-3 |
34-59 |
60-100 |
101-200 |
|
d,мм |
15-20 |
20-25 |
25-32 |
32-40 |
|
W, м3/ч |
201-400 |
401-700 |
701-1000 |
1001-1600 |
|
d1, мм |
40-50 |
50-70 |
70-80 |
80-100 |
Подача компрессора (в м3/мин)
Wк=1,2W. (19.45)
Рабочее давление компрессора (в МПа) при расположении труб по схеме «рядом»
Рк=Р+Σр. (19.46)
где Σp - сумма потерь давления в воздушной линии от компрессора до скважины, в среднем Σр=0,05 Мпа.
Пример 19.6. Из скважины глубиной 40 м должна быть проведена откачка эрлифтом при следующих исходных данных: высота уровня излива воды над поверхностью земли а=1 м; глубина статического уровня от уровня излива hст=3 м; глубина динамического уровня воды от уровня излива hдин=10 м; расчетный дебит скважины Q=25 м3/ч; диаметр эксплуатационной колонны 245 мм; диаметр фильтра 195 м; трубы расположены по схеме «рядом».
Решение. Принимая коэффициент погружения смесителя k=2,5, определяем глубину погружения смесителя из уравнения (19.37)
Н=2,5·10=25 м.
Находим с= 13,1. Тогда удельный расход воздуха, необходимый для подъема 1 м3 воды, вычислим по формуле (19.38)
Полный расход воздуха из выражения (19.39)
W=25·2,7/60=l,l м3/мин.
Давление воздуха при пуске компрессора по формуле (19.40)
р0= 10-6·9,81·1000(2,5·10 - 3+2)=0,235 Мпа.
Рабочее давление воздуха из уравнения (19.41)
р= 10-6·9,81· 1000[ 10(2,5-1 +5]=0,19 Мпа.
Расход эмульсии на изливе из выражения (19.42)
q=69·10-4+l,l/60=0,025 м3/с,
где Q=25 м3/4=69·10-4м3/с.
Находим υ2=6 м/с. Тогда необходимое сечение водоподъемной трубы у излива по формуле (19.43)
F=0,025/6=4·10-3м2.
Внутренний диаметр водоподъемной трубы на изливе по формуле (19.44)
Выбираем обсадные трубы с ниппельными соединениями диаметром 89 мм.
Подача компрессора по уравнению (19.45)
Wк=l,2·1,1=1,32 м3/мин.
Рабочее давление компрессора по формуле (19.46)
Рк/=0,19+0,05=0,24 Мпа.
По максимальному значению давления и полному расходу воздуха выбирается компрессор.
