1.3 Выбор типа фильтра и его расчет

Фильтр является одним из наиболее ответственных элементов водозаборной скважины. Он служит для крепления ее стенок в пределах водоносного пласта и предупреждения выноса частиц водоносной породы в колодец при фильтровании воды.

Тип и конструкцию фильтра выбирают в зависимости от характера водоносных пород, глубины скважины, дебита скважины, качества забираемой воды, условий режима эксплуатации скважины. Исходя из 50% размера частиц водоносно песка мы принимаем трубчатый фильтр с проволочной обмоткой из нержавеющей стали и водоприемной поверхностью из сетки. Фильтры изготавливаются на основе трубчатых стальных фильтров с щелевыми или круглыми отверстиями рис.1.

Рис. 1 Фильтр с проволочной обмоткой

На фильтрах трубчатых стальных с отверстиями (щелевыми или круглыми) на расстоянии 40…65 мм устанавливают по окружности продольные стальные стержни круглого или профильного сечения с поперечным размером не менее 8…10 мм. Продольные стержни не должны перекрывать щелевые или круглые отверстия. На фильтры навивается проволока из нержавеющей стали прямоугольного сечения с поперечными размерами 3,5.

Уточняется наружный диаметр фильтра по «Q_факт»_.

D_нар = 8333,33 / 3,14 ∙ 26,8 ∙ 392,6 = 0,252 ,м = 252 (мм).

l_р.ч = 0.8 ∙ 33.5 = 26.8 (м).

Марка фильтра ТП - 10Ф2В, «D_нар»=299 мм, «d_вн»_.=255 мм, скважность 18%.

1.4 Определение требуемых величин подачи и напора насосного оборудования

Определение понижения уровней в скважинах. Понижение уровня для группы скважин зависит от расстояний между ними. Расстояние между скважинами принято 250 м. Понижение в каждой скважине и суммарное (максимальное) понижение в центральной скважине при «n» = 5 взаимодействующих скважин определяется в соответствии с расчетной схемой.

S_max = 0.37 / ( K_ф ∙ m) ∙ (Q₁ ∙ lg ∙ ( R / r₀ ) + Q₂ ∙ lg ∙ ( R / r_2-1 )+… + Q₅ ∙ lg ∙ ( R / r_5-1 )),м (13)

где Q₁,…,Q₅ – дебиты скважины, «Q» = 8333,33 м³/сут;

r₀ – радиус скважины, м;

r_2-1,…r_5-1 – расстояния от центральной скважины до скважины, в которой определяется понижение, м.

Понижение в центральной скважине:

S₁ = S₃ = 0.37 ∙ 8333,33 / ( 220 ∙ 33,5) ∙ ( lg ∙ ( 24602.1 / 0,1 ) + 2lg ∙ ( 24602.1 / 100 ) + lg ∙ (24602.1 / 200 )) = 5,13 (м).

S₂ = S₄ = 0.37 ∙ 8333,33 / ( 220 ∙ 33.5) ∙ ( lg ∙ (24602.1 / 0,1 ) + 2lg ∙ (24602.1 / 100 ) + lg ∙ (24602.1 / 200 ) + lg ∙ (24602.1 / 300 )) = 4,93 (м).

S_max = 5,03 м < S_лоп = 39,67 (м).

Понижение в крайней скважине:

S₁ = 0,37 / ( K_ф ∙ m) ∙ 5000 ∙ lg ∙ (R / r ), м (14)

S_кр = 0,37 / ( 220 ∙ 33,5) ∙ 8333,33 ∙ lg ∙ (24602.1 / 0,1) = 2,26 (м).

Подбор оборудования для подъема воды. Часовая подача насоса принимается равной фактическому часовому расходу скважины, «q_нас»= «q_факт».= 208,3 м³/ч, или 57,86 л/с

Напор насоса определяется в соответствии с высотной схемой (рис. 2):

H_н = H_г + ∑h, м (15)

H_г = Z₁ – Z_дин, м (16)

Вода из скважин насосами подается в распределительную чашу фильтров. Уровень воды в распределительной чаше фильтров обезжелезивания «Z₁» = 199 м :

Z = Z₁ – 4,5,м (17)

Z = 199 – 4,5 = 194.5 (м).

Статический уровень воды в скважине находится от поверхности земли на глубине «С» :

C = Z – Z_ст, м (18)

где Z_ст – отметка статического уровня воды по условию = 186 м.

C = 194,5 –186,0 = 8,5 (м).

Рис. 2 Схема водопроводных сооружений при заборе подземных вод:

а – высотная, б – план головных сооружений.

Таблица 1 Определение диаметров и потерь напора в сборных водоводах

Участок	Расчетный расход, л/с	Диаметр участка d, мм	Скорость на участке v, м/с	А, с2/л2	К	Длина участка, м	Потери напора h, м
1	2	3	4	5	6	7	8
Скв. 2-1	96,45	300	1,05	0,6187·10-6	1,00	50	0,29
1-3	96,45	300	1,05	0,6187·10-6	1,00	100	0,58
3-4	192,3	350	1,25	0,2784·10-6	0,951	100	0,49
4-5	192.3	350	1,25	0,2784·10-6	0,951	1000	9,85
							Σ =11,21

Отметка динамического уровня в скважине:

Z_дин. = Z_скв – С - S_max, м (19)

Z_дин. = 194,5 – 8,5 – 5,13 = 180,87 (м).

Геометрическая высота подъема:

H_г = 199 – 180,87 = 18,13 (м).

Для определения «åh» вычисляются диаметры и потери напора в сборных водоводах, по которым транспортируется вода от скважин к станции обезжелезивания. Принимаются сборные водоводы из стальных труб в две нитки. Скорость в водоводах принимается по таблице 5, минимальный диаметр 100 мм. В соответствии с табл. 1 принимаем одну резервную скважину. Расчет сборных водоводов сводим в таблицу.

Напор погружного насоса

H_н = 18,13 + 11,21= 29,34 (м).

При поступлении воды из водоносного пласта и движении ее в направлении к водоприемным отверстиям погружного насоса возникают потери напора в фильтре скважины и в щели между погруженным электродвигателем и эксплуатационной обсадной колонной, которые обуславливают дополнительное понижение уровня воды в скважине. Это понижение необходимо учитывать при расчете глубины погружения насоса.

Потери напора в фильтре:

∆ S = ( Q_.сут. ∙ ) / (6,28 ∙ K_ф ∙ m), м (20)

где Q_сут – расход воды из скважины, м³/сут;

– фильтрационное сопротивление, величина которого принимается в зависимости от типа, конструкции фильтра и характеристики водоносных пород.

∆ S = ( 96,45 ∙24 ∙ 3600 ∙ 7) / (6,28 ∙ 220 ∙ 33,5 ∙ 1000) = 1,26, м

Потери напора в щели между погруженным электродвигателем и обсадной колонной:

∆ h = 0.04 ∙ l_э + 0.3(D_с – D_э) ∙ Q_сек²_. / (12,1 ∙ (D_с – D_э)² ∙ (D_с – D_э)² , м (21)

где l_э – длина электродвигателя, м;

D_с – внутренний диаметр обсадной колонны, м;

D_э – диаметр электродвигателя, м;

Q_с – расход воды, забираемой из скважины, л/с;

∆ h = 0,04 ∙ 1,08 + 0.3(0,3 – 0,228) ∙ 0,09645² / (12,1 ∙ (0,3 – 0,228)² ∙ (0,3 – 0,228)² = 0,03 (м).

Минимальная глубина погружения насоса в скважину, считая от поверхности земли до водоприемных отверстий насоса:

H = С + S + DS + Dh + (3....7), м (22)

H = 8,5 + 11,21 + 1,26 + 0,03 + 5 = 26 (м).

По расчетным параметрам Q_н = 208,3 м³/ч, H =29,34 м подбирается

погружной насос марки ЭЦВ-6-6,3-125. Тип электродвигателя ЭПЭДВ-2,8 – 140, КПД= 79% ; N_ЭЛ = 2,8 кВт.