полевое водоснабжение. Учебное пособие по полевому водоснабжению предназначено для изуче ния средств добычи, очистки и хранения воды, порядка проведения разведки водоисточников и оборудования на них пунктов полевого водоснабжения
 Скачать 3.8 Mb.
|
|
Буровое оборудование предназначено для сооружения временных и по- стоянных водозаборных скважин. Для сооружения временных скважин приме- няют буровой инструмент, водоподъемное оборудование и оборудование для очистки глинистого раствора. Буровой инструмент включает: бурильные трубы, кондукторный шнек, кондукторное долото, кондукторный башмак, трехшарошечное долото, разъем- ный переходник, фильтр, канатный замок, ударную штангу, переходник с ка- натного замка на ударную штангу, рычажный ерш, приспособление для сбра- сывания фильтра, хомуты для фильтра, ударный башмак, забивной стакан. Отдельные элементы бурового оборудования ПБУ-200 имеют конструк- цию, аналогичную конструкции элементов бурового оборудования ПБУ-50М. Водоподъемное оборудование включает погружной насос с приставкой и эжектором, водоподъемные трубы, оголовок с отводом, манометром, задвиж- кой и рукавом, а также приспособления для спуска и подъема погружного насо- са — элеватор для водоподъемных труб, монтажную головку и подкладную вилку. Установка ПБУ-200 имеет два погружных насоса типа 1ЭЦВ 6-10-185 (рис.45). Рис. 45. Погружной насос 1ЭЦВ 6-10-185 1 – кожух; 2 – эжектор; 3 – вкладыш; 4 – стакан; 5 – угольный фильтр; 6 – тканевый фильтр 118 Электропогружной насос с приставкой и эжектором типа 1ЭЦВ 6-10-185 служит для удаления загрязненной воды в процессе первичной откачки сква- жины. Приставка присоединяется к основанию электродвигателя вместо его днища. Она состоит из перфорированного кожуха 1, стакана 4, тканевого филь- тра б, угольного фильтра 5 и фильтрующего вкладыша 3. Эжектор 2, выполненный в виде трубки с шариковым клапаном, закреп- лен на верхнем щитке электродвигателя так, что его головка с шариковым кла- паном входит во всасывающую полость насоса. На ПБУ-200 таких насосов 2 единицы. Оборудование для очистки глинистого раствора включает глиноме- шалку, приемную емкость, раствороочиститель, оборудование устья скважины и гидроциклон. Для сооружения постоянных скважин применяются буровой инструмент и оборудование из комплекта для временных скважин и, кроме то- го, переходники для шарошечных долот, забивные башмаки, подъемные пробки для обсадных труб, забивные головки, забивная бабка, ударное долото, пере- ходник под кондуктор. Для приема воды из водоносноro горизонта в комплекте установки имеются фильтры. 5.2.4. Порядок развертывания ПБУ-50м, ПБУ-200 и УРБ-3АМ Развертывание ПБУ-50Мначинается с установки: бурового станка и обо- рудования для сооружения скважины. При развертывании буровой установки производится сооружение скважины. При сооружении временной скважины выполняются следующие работы: бурение; приведение водоприемного устройства в рабочее положение (обнаже- ние фильтра); установка штангового насоса; пуск двигателя водоподъемной ле- бедки и откачка воды. Сооружение постоянных скважин начинают с бурения шнеками. Если до намеченного к использованию водоносного горизонта идут устойчивые по- 119 роды и водоносный слой также представлен устойчивой породой (трещинова- тые известняки, песчаники и т. д.), то бурение шнеками ведут на полную глу- бину с заглублением в водоносный слой. Далее шнеки извлекают и производят обсадку скважины до устойчивой водоносной породы. В этом случае фильтр может не ставиться или может быть опущен на обсадной колонне в виде пер- форированной трубы диаметром 168 мм. В случае проходки скважины в неустойчивых породах бурение шнеками ведут до тех пор, пока стенки скважины будут сохранять устойчивость. Затем шнеки извлекают и переходят к обсадке скважины и дальнейшей ее проходке ударно-канатным способом. Далее в скважину ставят фильтр и производят пер- вичную откачку. Сооружение постоянных скважин с креплением их стенок обсадными трубами производится инструментом и принадлежностями для сооружения временных скважин. Кроме того, дополнительно применяются: инструмент для ударно-канатного бурения; инструмент и принадлежности для установки в скважину фильтра; расходное имущество и материалы (обсадные трубы, башмаки, фильтры, цемент и др.). Устройство временных скважин установкой ПБУ-200М (ПБУ-200) вклю- чает: бурение колонной бурильных труб до водоносного пласта с последующим его вскрытием (в рыхлых породах скважина может доводиться до водоупора, в трещиноватых углубляться в водоносный пласт на 3-5 м); установку фильтра; откачку воды эрлифтом с помощью имеющихся в комплекте водоподъемных труб и монтаж погружного насоса. Колонна бурильных труб является одновре- менно и обсадной. Вода из скважины откачивается эрлифтом до осветления. Затем поднимается погружным центробежным насосом, опускаемым в скважи- ну вместе с водоподъемными трубами. После трех – пяти суток эксплуатации временные скважины ликвидиру- ются, фильтр и бурильные трубы извлекаются. Более продолжительная эксплу- 120 атация временных скважин может привести к прихвату колонны бурильных труб, что затруднит извлечение ее для повторного использования. Постоянные скважины бурят той же колонной бурильных труб. По до- стижении водоносного горизонта бурильные трубы извлекают и скважину за- крепляют обсадными трубами диаметром 168 или 273 мм. Далее вскрывают во- доносный горизонт, устанавливают фильтр и производят откачку воды до ее осветления. Обсадные трубы, фильтр и водоподъемное оборудование, необходимые для устройства постоянных скважин, в комплект не входят. При проведении операций на ПБУ-50М и ПБУ-200 необходимо неукос- нительно соблюдать правила безопасности. Категорически запрещается: рабо- тать шнеком без кондуктора, опускать людей в шахту колодца, не закреплен- ную обсадными кольцами, находиться на мачте или под ней при установке в рабочее или транспортное положение. Рабочая площадка пункта добычи и очистки воды на временной скважине (рис.54) сооружаемой передвижной буровой установкой ПБУ-50М оборудуется при наличии подземных вод, залегающих на глубине до 50 м. Производитель- ность пункта- 30-40 м 3 в сутки. Оборудование рабочей площадки начинается с бурения скважины. После бурения устанавливается штанговый поршневой насос и откачивается вода до ее осветления. Одновременно отрывается щель для расчета и устанавливаются два-четыре резервуара РДВ-5000, которые заполняются водой из скважины. Для выдачи воды потребителям устанавливается мотопомпа М-600. При нали- чии времени на рабочей площадке отрывается укрытие котлованного типа для резервуаров РДВ-5000, устье скважины защищается земленосными мешками или дерном и обваловывается грунтом. Для обслуживающего расчета устраивается перекрытая щель или блиндаж. Отрывается водосборный колодец. Для оборудования рабочей пло- щадки требуются отделение и экскаватор на 2-3 ч. Рабочая площадка обслужи- вается расчетом из трех человек. 121 Развертывание ПБУ-200 (рис. 47) для бурения начинается с установки на площадке бурового и трубного блоков. При этом трубный блок устанавлива- ется за буровым блоком на расстоянии, обеспечивающем монтаж рабочих пло- щадок. Параллельно буровому блоку устанавливается насосный блок и разверты- вается оборудование глиноочистки. Автоприцепы и самопогрузчик размещают- ся с таким расчетом, чтобы обеспечить возможность самопогрузчику осуществ- лять подъемно-транспортные операции, не нарушая общей технологии бурения. После развертывания буровой установки производится сооружение скважины. Вначале кондукторным шнеком производятся бурение под кондуктор и его установка. Затем устанавливается устье и начинается бурение самой скважины. Рис. 46. Рабочая площадка пункта добычи и очистки воды на временной скважине, сооружаемой установкой ПБУ-50 М : 1 – шнек; 2 – фильтр; 3 – отстойник с долотом; 4 – водоподъемная лебедка; 5 – ровик для ГСМ; 6 – труба; 7 – автоводоцистерна; 8 – резервуар РДВ-5000; 9 – мотопомпа М-600; 10 – укрытие для расчета 122 Рис. 47 Схема развертывания буровой установки ПБУ-200М: 1 – буровой блок; 2 – насосный блок; 3 – трубный блок; 4 – автоприцеп №2; 5 – гидрокран 5912; 6 – автоприцеп №1 Бурение скважины ведется круглосуточно при максимальной подаче гря- зевого насоса. Периодически долото надо приподнимать на 1 – 2 м над забоем и медленно, продолжая вращение, доводить его до забоя и продолжать углубле- ние. Длительная промывка скважины при одном положении инструмента не допускается, поэтому через каждые 10 – 15 мин колонна должна опускаться на 40 – 50 см. В случае внезапной остановки двигателя бурового блока рекомендуется продолжать промывку скважины, а при остановке двигателя насосного блока поднять из скважины одну – две трубы. Разрушение породы на забое осуществ- ляется поступательным и вращательным движением долота. Разрушенная по- рода выносится потоком промывочной жидкости. Чем больше подается ее в скважину, тем больше скорость восходящего потока жидкости в затрубном пространстве, а следовательно, тем чище забой и эффективнее работа долота на забое. В качестве промывочной жидкости применяется глинистый раствор. Для бурения плотных, устойчивых, не поддающихся размыву пород ис- пользуется вода. В этом случае механическая скорость бурения увеличивается 123 на 30 - 35%, сокращается расход глины, увеличивается срок службы бурового насоса и долота. Режим бурения определяется осевой нагрузкой на долото, частотой его вращения, количеством и качеством подаваемой на забой промывочной жидко- сти. Осевое давление необходимо изменять в зависимости от состава и физико- механических свойств породы. Так, при бурении трещиноватых пород при пе- реходе из пласта одной твердости в пласт другой твердости осевое давление следует уменьшать, а при бурении твердых и крепких пород увеличивать. Рабочая площадка пункта добычи и очистки воды на постоянной сква- жине (рис.48), сооружаемой буровыми установками ПБУ-50М, ПБУ-200М (ПБУ-200), при наличии времени, обсадных труб и погружного насоса, обору- дуется для длительного использования. Рис. 48. Рабочая площадка пункта добычи и очистки воды на постоянной скважине 1 – водоподъемная труба; 2 – погружной насос; 3 – обсадная колонна; 4 – фильтр; 5 – от- стойник; 6 – электроагрегат; 7 – пульт управления; 8 – трубопровод; 9 – ровик для ГСМ; 10 – прицеп комплекта УПВ-10 (КПН-5); 11 – автоводоцистерна; 12 – резервуар РДВ-5000; 13 – мотопомпа М-600; 14 – укрытие для расчета 124 Состав и характер оборудования основных элементов аналогичен вариан- ту рабочей площадки на временной скважине. По окончании сооружения скважины производится первичная откачка воды до ее осветления с помощью эрлифта. При завершении первичной откач- ки эрлифт извлекается и в скважину опускается погружной насос из комплекта УПВ-10 или КПН-5. Рабочая площадка обслуживается расчетом из четырех- пяти человек. Буровая установка УРБ- 3АМ развертывается из походного положения в рабочее на ровной площадке размером 15х20 м (рис.49). Устройство скважин заключается в бурении колонной бурильных труб с промывкой глинистым рас- твором и заканчивается вскрытием водоносного пласта, при этом в рыхлых по- родах скважина доводится до водоупора, в трещиноватых углубляется в водо- носный пласт на 3-5 м. Рис. 49 Схема развертывания буровой установки УРБ-ЗАМ 1 – буровой станок; 2 – грязевой насос; 3 – лаборатория ЛГР-3; 4 – глиномешалка; 5 – буро- вая глина; 6 – резервуар для воды РДВ-5000; 7 – котлован; 8 – циркуляционная система; 9 – бурильные трубы. 125 По окончании бурения ствол скважины крепится обсадными трубами. При необходимости оголовок и за трубное пространство цементируются. После обсадки скважина промывается водой с помощью грязевого насоса бурового станка, а затем откачивается до осветления воды эрлифтом. Для постоянной эксплуатации в скважине монтируется погружной насос из комплекта КПН-5 или УПВ-10. 126 5.3. СРЕДСТВА ПОДЪЕМА И ХРАНЕНИЯ ВОДЫ 5.3.1. Насосы и водоподъёмники 5.3.1. Виды и классификация водоподъемных устройств В водоснабжении для подъема и транспортирования воды используют следующие водоподъемные устройства: насосы (динамические и объемные), водоподъемники. Насосом называется механизм, в котором механическая энергия двигате- ля или человека передается воде. При этом в насосе создается разряжение: вы- зывающее всасывание воды на некоторую высоту или подачу ее на расстояние. Водоподъемником называется механизм, в котором механическая энергия пе- редается воде только для ее подъема на некоторую высоту. Наиболее широко в водоснабжении применяют насосы, предназначенные для перекачивания жидкостей. Насосы классифицируют на динамические и объемные (рис. 50) Рис. 50. Классификация насосов 127 В динамических насосах жидкость движется под силовым воздействием в камере постоянного объема, сообщающейся с подводящим и отводящим тру- бопроводами. Работа этих насосов основана на силовом взаимодействии лопа- стей рабочего колеса с обтекающим их потоком перекачиваемой жидкости. Объемные насосы работают по принципу вытеснения жидкости из каме- ры за счет уменьшения ее объема. Циклические изменения объема камеры про- исходят в результате возвратно-поступательного или вращательного движения рабочего органа насоса. Периодическое заполнение камеры перекачиваемой жидкостью и ее опорожнение регулируются клапанными устройствами входно- го и выходного патрубков насоса. Кроме приведенной классификации известно разделение насосов по виду привода, по виду перекачиваемой жидкости и др. Тип насоса выбирают с уче- том его назначения, эксплуатационных и конструктивных качеств. В современных системах водоснабжение наиболее широко используют серийно выпускаемые отечественной промышленностью лопастные насосы: центробежные, осевые и диагональные. Основными параметрами насосов, определяющими диапазоны изменения режимов их работы, являются напор, подача, мощность и коэффициент полезного действия. Подача (м 3 /с, л/с) – объем жидкости, подаваемой насосом в напорный трубопровод в единицу времени. Напор (МПа) – приращение удельной энергии жидкости на участке от входа в насос до выхода из него; выраженный в метрах, он определяет высоту подъема или дальность передачи жидкости. Мощность (кВт) - энергетическая характеристика затрачиваемой насосом энергии, необходимой для создания нужного напора и преодоления всех видов потерь, возникающих при движении жидкости по трубопроводам. Мощность насоса определяет мощность приводного двигателя и суммарную (установлен- ную) мощность насосной станции. 128 Коэффициент полезного действия - безразмерная величина, характери- зующая степень совершенства насоса при преобразовании им механической энергии двигателя в энергию движущейся жидкости. КПД определяет экономи- ческую целесообразность работы насоса при изменении напора, подачи и мощ- ности. Из водоподъемников наибольшее распространение получили: ленточные и шнековые водоподъемники, а также газлифты. Все водоподъемные устройства, используемые в водоснабжения, должны удовлетворять следующим основным требованиям: надежность и долговеч- ность работы, экономичность и удобство эксплуатации, минимальные габариты и масса, изменение в широком диапазоне рабочих параметров при соблюдении высокого КПД; простота устройства, удобство монтажа, демонтажа и ремонта. В средствах полевого водоснабжение насосы используются для подачи исходной воды в фильтровальные станции, раздачи очищенной воды потреби- телю и промывки фильтрующих материалов. Для этих целей используют из динамических выпускаемые серийно центробежные насосы различных испол- нений, а также некоторые другие типы насосов, а из объемных поршневые, плунжерные и диафрагменные насосы. 5.3.2. Центробежные насосы Центробежные насосы (рис. 50) классифицируют: по числу колес - одноколесные и многоколесные, у которых напор равен сумме напоров, развиваемых каждым колесом; по напору - низконапорные (до 2 кгс/см 2 ), средненапорные (2—6 кгс/м 2 ) и высоконапорные (свыше 6 кгс/см 2 ); по способу подвода воды к колесу-односторонние и двусторонние; по расположению вала - горизонтальные и вертикальные; по способу отвода жидкости от рабочего колеса в напорный трубопро- вод - спиральные и турбинные; 129 по способу соединения с двигателями - с помощью муфты; моноблок- насосы, у которых рабочее колесо установлено на удлиненном конце вала элек- тродвигателя; приводные со шкивом и редуктором; по характеру перекачиваемой жидкости - водопроводные, канализаци- онные, песковые, кислотные, грязевые и пр.; по частоте вращения рабочего колеса - тихоходные, нормальной быст- роходности и быстроходные; по признаку погружения под уровень воды - глубинные и погружные (ар- тезианские); по назначению - общего назначения, насосы-дозаторы, шахтные, артези- анские и др. Основным рабочим органом центробежного насоса является свободно вращающееся внутри корпуса рабочее колесо с лопатками, насаженное на вал. Рабочее колесо состоит из двух дисков (переднего и заднего), расположенных на некотором расстоянии друг от друга. Между ними, соединяя их в единую конструкцию, размещены лопатки, плавно изогнутые в сторону, противопо- ложную направлению вращения колеса. Внутренние поверхности дисков и по- верхности лопаток образуют межлопастные каналы колеса, заполненные при работе насоса перекачиваемой жидкостью. Корпус насоса соединен со всасы- вающим и нагнетательным трубопроводами. Перед пуском насоса в работу его корпус и всасывающий трубопровод заполняют перекачиваемой жидкостью. Рис. 51 Схема одноколесного центробежного насоса (а) и его установки (б): 130 1 – всасывающий клапан; 2, 6 – всасывающий и напорные трубопроводы; 3 – рабочее колесо; 4 – корпус; 5 – лопатка; 7 – вакуумметр; 8 – манометр; 9 – обратный клапан; 10 – задвижка; 11 – бак водонапорной башни; Н вс и Н нг – геометрическая высота всасывания и нагнетания; Н – геометрическая высота подъема Под действием центробежной силы жидкость отжимается к периферии и под повышенным давлением переходит в расширяющуюся спиральную камеру и затем в напорный трубопровод, а в центре колеса образуется разрежение. В эту зону через отверстие в переднем диске рабочего колеса засасывается пере- качиваемая жидкость из всасывающего трубопровода. Таким образом, обеспе- чивается непрерывное движение жидкости через насос. |