Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Современное состояние технологических разработок в области откачек воды из скважин 4
1.1. Основные конструкции водоподъемных устройств и области их применения 4
1.2. Области применения эрлифтов и струйных аппаратов в геологоразведочном и горном деле 12
1.3. Конструктивные особенности и классификация существующих эрлифтов и струйных аппаратов 16
1.4. Использование струйно-эрлифтных водоподъемников - перспективное направление при гидрогеологических откачках 24
1.5. Основные выводы по главе: 27
Глава 2. Теоретические основы расчета эрлифтов 28
2.1. Анализ методов расчета эрлифтов 28
2.2. Основные выводы 35
Глава 3. Экспериментальные исследования работы эрлифта и струйного насоса 35
3.1.Результаты экспериментальных исследований работы эрлифта 35
3.2. Структуры потоков двухфазных водовоздушных смесей 42
3.3. Основные выводы 49
Глава 4. Технология опытных гидрогеологических откачек воды струйно-эрлифтными аппаратами и их расчет 49
4.1. Теоретические основы расчета совместной работы струйного аппарата и эрлифта. 49
4.2. Математическая модель работы струйно-эрлифтных аппаратов 56
4.3. Критерий оптимизации процесса подъема воды из скважины эрлифтным водоподъемником 75
Выводы и рекомендации 80
Список литературы 81
- Области применения эрлифтов и струйных аппаратов в геологоразведочном и горном деле
- Конструктивные особенности и классификация существующих эрлифтов и струйных аппаратов
- Структуры потоков двухфазных водовоздушных смесей
- Критерий оптимизации процесса подъема воды из скважины эрлифтным водоподъемником
Введение к работе
Работающим в области разведки и эксплуатации подземных вод часто приходится сталкиваться с применением эрлифтных установок. Несмотря на довольно большое распространение этого вида водоподъемника, до сих пор нет ни одного практического руководства, которое давало бы возможность местным работникам самостоятельно разрешать вопросы по расчету установки, не прибегая к помощи весьма ограниченного круга специалистов по этому вопросу.
В работе [126] указывается, что из-за отсутствия до настоящего времени математического анализа работы воздушного водоподъемника производственниками компрессорной эксплуатации сделано немало ошибок при установке и оборудовании воздушных подъемников жидкости. Довольно часто неудачи и неполадки компрессорной эксплуатации можно объяснить неумелым применением эрлифта. Стремясь хотя бы приближенно уловить взаимную зависимость между различными элементами воздушного подъемника, некоторыми исследователями даются для расчета и установки компрессорной эксплуатации экспериментальные формулы, а также таблицы для вычисления основных элементов эрлифта.
Однако до последнего времени эти таблицы и формулы либо совершенно не соответствовали действительным условиям работы воздушного подъемника в скважинах, либо требовали больших поправок.
Опытные гидрогеологические откачки проводятся с использованием эрлифтов. Не смотря на технологическую простоту этого метода, он имеет существенные недостатки: необходимость заглубления смесителя эрлифта на глубину ниже динамического уровня в 1,4-1,5 раза, что не дает возможности провести гидрогеологическую откачку из низконапорных водонасосных горизонтов; получаемая двухфазная система (водосжатый воздух) характеризуется низкой степенью диспергирования воздуха в водной среде, что снижает точность определения дебита скважины.
Для откачки воды из артезианских скважин применяются насосы четырех типов, именно:
Надземные насосы (центробежные и поршневые).
Штанговые насосы.
Центробежные насосы, устанавливаемые в самой скважине.
Эрлифты (водоподъемники сжатым воздухом).
Применение того или иного типа насосов определяется следующими главнейшими условиями: а) положением динамического уровня воды в скважине; б) заданной производительностью откачки; в) размерами внутреннего диаметра обсадных труб того участка скважин, где устанавливается насос; г) специальными требованиями, предъявляемыми к установке: быстрота монтажа, удобство в обслуживании, характер поверхностных сооружений и т. п.
Принимая во внимание, что все насосы имеют ограниченную всасывающую способность, величина динамического уровня, таким образом, приобретает главнейшее значение при выборе того или иного типа насосов для откачки воды из артезианских скважин.
В зависимости от величины динамического уровня указанные выше 4 типа насосов можно разделить на две большие группы, именно:
1. Насосы для неглубоких уровней, устанавливаемые непосредственно на поверхности земли или в неглубоких шахтах.
2. Насосы для глубоких уровней, устанавливаемые в самой скважине.
К 1-й группе относятся насосы 1-го типа. Ко 2-й группе относятся насосы 2-го, 3-го и 4-го типов.
Одним из направлений развития новой технологии и техники в данной работе является совмещение эрлифтного подъема и освоение с помощью струйных аппаратов.
Несмотря на технологическую простоту этого метода, он имеет существенные недостатки.
Исследованиями, проведенными в предыдущие годы, установлены различные технико-технологические параметры процесса опробования гидрогеологических скважин с помощью эрлифтов. В то же время вопросы, касающиеся определения гидравлического КПД эрлифта, изучены не полностью. Так, например, не выявлена зависимость, характер взаимосвязи гидравлического КПД от коэффициента погружения смесителя, влияние на КПД глубины динамического уровня и др.
Таким образом, исследование технико-технологических параметров опробования водоносных горизонтов с помощью эрлифтов является актуальной задачей, требующей решения.
Целью данной работы является повышение эффективности опытных гидрогеологических откачек. Для достижения цели необходимо решить следующие научные задачи: изучить и произвести анализ основных конструкций водоподъемных устройств и области их применения, области применения эрлифтов и струйных аппаратов в геологоразведочном и горном деле; подробно рассмотреть процесс смешения и распада потоков жидкости и газа, обозначить и изучить вопрос о совмещении функций эрлифта и струйного аппарата; изучить и проанализировать методы расчета эрлифта и струйного аппарата, уточнить особенности рабочего процесса эрлифтного водоподъема; изучить и проанализировать результаты экспериментальных исследований работы эрлифта; разработать уточненную математическую модель и на ее основе рассчитать характеристики совместной работы струйного аппарата и эрлифта; разработать критерий оптимизации процесса подъема воды из скважины эрлифтным водоподъемником.
Области применения эрлифтов и струйных аппаратов в геологоразведочном и горном деле
Работающим в области эксплуатации земных недр часто приходится сталкиваться с применением эрлифтных установок и струйных аппаратов. Одним из направлений развития новой технологии и техники в рассматриваемом случае является использование эрлифтного подъема и освоение с помощью струйных аппаратов. Вопросам теории и практики эрлифтных установок посвящены работы многих ученых, среди которых: В.В. Алексеев, Я.К. Антонов, П.П. Аргунов, В.Ж. Арене, А.А. Арманд, В.А. Архангельский, Н.И. Бабичев, В.Г. Багдасаров, Д.Н. Башкатов, Б.А. Белов, Н.М. Гарсеванов, В.Г. Гейер, В.И. Груба, А.П. Герман, В.П. Дробаденко, B.C. Костанда, Л.Н. Козыряцкий, А.П. Крылов, Н.И. Куличихин, С.С. Кутателадзе, Н.Г. Логвинов, В.А. Малашкина, Н.Г. Малухин, С.С. Малыгин, В.А. Мамаев, С. Мартин, В.И. Михайлов, СВ. Пенкевич, Л.В. Пороло, А.П. Стегниенко, А. Стенинг, Я.С. Суреньянц, А.П. Холмогоров, В.И. Шелоганов и другие. Эрлифт используют для создания обратной циркуляции жидкости в скважине (рис. 1.1.3.), путем принудительного нагнетания бурового раствора в ствол скважины и подъема ее по колонне бурильных труб. В этом случае устье скважины должно быть герметизировано. Начальная глубина погружения смесителя под уровень жидкости в скважину должна быть не менее высоты ее подъема в результате насыщения воздухом. Наибольшая глубина погружения смесителя определяется величиной максимального давления воздуха, создаваемого компрессором. Эрлифтный способ обратной циркуляции используется и для бурения скважин глубиной, значительно превышающей давление компрессора. В этом случае в процессе бурения в колонну бурильных труб по мере наращивания встраивается несколько смесителей.
При разработке гидравлической [98] программы бурения с использованием эрлифта к определяющим параметрам относятся следующие: глубина ввода воздуха в скважину; расход закачиваемой жидкости; расход воздуха; давление, создаваемое компрессорами в момент пуска и при установившемся режиме нагнетания; расход закачиваемой жидкости; давление нагнетания; поперечные размеры проходных каналов. Главными достоинствами данного способа являются: простота организации данного способа, надежность в эксплуатации, малая зависимость уровня от положения бурового раствора в скважине. Прокачку эрлифтом используют обычно при разглинизации напорных водоносных горизонтов (рис. 1.1.3). Недостатком такого способа является: -удаление продуктов кольматации через рабочую поверхность фильтра, что снижает величину репрессии (возбуждения на пласт); -низкая эффективность в сетчатых, блочных, проволочных фильтрах больших сопротивлений. Несмотря на более чем вековую давность, теория действия эрлифта еще не получила окончательной разработки. К недостаткам эрлифтов надо отнести: 1) сравнительно малый к. п. д. установки (с учетом к. п. д. компрессора); 2) невозможность подъема воды из скважины с малым слоем воды в ней; 3) невозможность подавать воду непосредственно в сеть ввиду того, что вода содержит большое количество воздуха. К достоинствам эрлифта относятся: 1) простота устройства и отсутствие в скважине движущихся механизмов; 2) возможность использовать искривленные и пескующие скважины; 3) возможность обеспечить бесперебойность подачи воды из одной скважины при резервном компрессоре и надежном электроснабжении; 4) эрлифт обладает большим диапазоном по производительности и высоте подъема; 5) возможность подачи сжатого воздуха из одной компрессорной станции в несколько скважин; 6) при откачке воды эрлифтом содержащийся сероводород удаляется полностью, а соли закиси железа окисляются в соли окиси и выпадают в резервуаре в осадок полностью или частично. Ранее разработанные конструкции динамоэрлифта (рис. 1.1.6, 1.1.7) позволяют в значительной мере устранить указанные недостатки и расширить область применения эрлифтных водоподъемников: - повышение дебитов скважин и КПД эрлифта по сравнению с существующими конструкциями эрлифтных водоподъемников с такими же параметрами; - проведение откачек из скважин с неудовлетворительным соотношением их глубины и положения динамического уровня, когда обычные схемы эрлифтов в таких условиях не дают положительных результатов (не обеспечивают подъем воды до излива на поверхность). Одним из путей повышения эффективности откачек воды из скважин при помощи эрлифтных водоподъемников является совершенствование конструкции смесителя эрлифта. В конструкции динамоэрлифта это заключается в создании закручиваемого направленного воздушного поток с переменным углом к оси скважины. Способ бурения с помощью водоструйного насоса (рис. 1.2.1.) применяется при разведке прибрежных подводных россыпей. В процессе бурения поддержание стенок ствола скважины в устойчивом состоянии достигается гидростатическим давлением воды. Скважины, пробуренные этим способом и оборудованные гравийными фильтрами, дают значительно больший дебит, обеспечивают длительный срок эксплуатации, не требуют больших затрат времени на их освоение из-за отсутствия глинизации и кольматации прифильтровой зоны.
Конструктивные особенности и классификация существующих эрлифтов и струйных аппаратов
В настоящее время в различных отраслях народного хозяйства используется большое количество разнообразных эрлифтных установок. Учеными ДонГТУ дана классификация эрлифтов (см. рис. 1.3.1) по следующим их основным признакам: тип нагнетателя сжатого воздуха, гидравлический, схемный, вид транспортируемой среды, производственное назначение. Гидравлическая классификация эрлифтов подразделяет их на длинные и короткие. К коротким эрлифтам относятся те, у которых где Н - высота подъема пульпы над уровнем зеркала воды, м; h- глубина геометрического погружения смесителя, при ограничении по h = 4...10 м; D - диаметр подъемной трубы эрлифта, м; Рсм - давление в смесителе, кПа; Рвых - давление на выходе из подъемной трубы эрлифтной установки (атмосферное), кПа. К длинным эрлифтам относятся те, у которых при ограничении по h = 40... 120 м По способу ввода газа (воздуха) в подъемную трубу эрлифтные установки делятся на компрессорные (сжатый воздух от компрессора подается в подъемную трубу через смеситель), вакуумные (с помощью вакуум-насоса, подсоединенного к воздухоотделителю, в подъемной трубе создается разрежение, за счет которого атмосферный воздух через воздухопровод всасывается в смеситель) и смешанные, то есть вакуумно-компрессорные. По конструктивному признаку эрлифтные установки подразделяются в зависимости от расположения воздухоподводящей трубы относительно подъемной (рис. 1.3.2, 1.З.З.). Система Ю. Поле - внешний воздухопровод, расположенный параллельно подъемному трубопроводу. Центральная система - воздухопровод расположен концентрично внутри подъемной трубы (смесь жидкости и воздуха движется по кольцевому пространству). Система Саундерса - подъемная труба расположена концентрично внутри воздухоподводящей трубы (воздух движется по кольцевому пространству). Все вышеперечисленные типы эрлифтных установок относятся к так называемым двухрядным. При скважинной гидродобыче используется однорядный эрлифт (в качестве одного из рядов труб используется обсадная труба скважины). Классификация эрлифтов по схемному признаку определяет их гидравлическую схему в зависимости от величины давления источника сжатого воздуха, высоты подъема над зеркалом воды, глубины погружения смесителя, требуемой производительности и других технических требований.
По производственному назначению эрлифты подразделяются на транспортные, добычные и циркуляционно-барботажные. По виду транспортируемой среды различают эрлифты для подъема однородных жидкостей и для подъема гидросмесей (жидкость и твердый материал). При этом свойства транспортируемой жидкости или пульпы и производственное назначение эрлифтной установки определяют ее гидравлическую схему и состав технологических элементов. Наибольшее распространение получила односекционная эрлифтная установка (см. рис. 1.3.2 и 1.3.3). Как правило, в струйных аппаратах происходит сначала преобразование потенциальной энергии и теплоты в кинетическую энергию. В процессе движения через проточную часть струйного аппарата происходит выравнивание скоростей смешиваемых потоков, а затем обратное преобразование кинетической энергии смешанного потока в потенциальную энергию и теплоту.
Повышение давления инжектируемого потока без непосредственной затраты механической энергии является основным, принципиальным качеством струйных аппаратов. Благодаря этому качеству использование струйных аппаратов во многих отраслях техники позволяет получать более простые и надежные технические решения по сравнению с применением механических нагнетателей (компрессоров, насосов, газодувок, вентиляторов и т.д.) Принципиальная схема струйного аппарата показана на рис. 1.3.4. Основные элементы аппарата: рабочее сопло, приемная камера, камера смешения, диффузор. Потоки рабочей и инжектируемой сред поступают в камеру смешения, где происходит выравнивание скоростей, которое сопровождается, в основном, повышением давления. Из камеры смешения поток поступает в диффузор, где происходит дальнейший рост давления. Давление смешанного потока на выходе выше давления инжектируемого потока, поступающего в приемную камеру. А- рабочее сопло, В- приемная камера, С- камера смешения, D- диффузор Процессы, происходящие в струйных аппаратах, зависят в первую очередь, от агрегатного состояния взаимодействующих сред, также от упругих свойств взаимодействующих сред. Работа равнофазных аппаратов с упругими средами зависит в значительной мере от степени расширения и сжатия рабочей среды, а также разнофазные струйные аппараты разделяются в зависимости от упругих свойств взаимодействующих сред. В литературе встречаются струйные аппараты одного и того же типа под самыми различными названиями (инжекторы, компрессоры, эжекторы, элеваторы, насосы и др.). В [120] принята классификация струйных аппаратов, учитывающая существо происходящих процессов (см. рис. 1.3.5). Широкое распространение струйных насосов в технике обусловлено их конструктивной простотой, отсутствием подвижных частей, возможностью размещения в труднодоступных местах. Эффект же от применения эрлифта [93] в следующем: -сравнительно небольшие капитальные вложения на оборудование; -снижение сроков и затрат на подготовительные работы; -снижение эксплуатационных работ при разработке и освоении скважин; -охрана поверхностных вод; -безопасность экологии региона; -обеспечение безопасных условий труда. В связи с этим актуальным становится исследование процесса подъема воды из скважины с помощью совместной работы эрлифта и струйного аппарата, в котором рабочим потоком является воздух, а инжектируемым - вода.
Структуры потоков двухфазных водовоздушных смесей
Изучение внутренней структуры потока двухфазной гидросмеси необходимо для выявления основных факторов, определяющих динамику процесса лифтирования. Экспериментальные исследования позволяют обоснованно направлять и правильно интерпретировать фактический материал, получаемый в ходе эксперимента. Детальное исследование течения смесей с помощью современных методов позволило установить многообразие форм движения двухфазных потоков, определяемых такими параметрами, как скорости движения, вязкости, плотности и другие физико-химические свойства компонентов смеси. Тем не менее, для конкретизации объекта изучения большинство исследователей выделяют три основных типа структур [21]: 1. Эмульсионная (пенная) структура, (рис. 3.2.1) в области существования которой движение газовой фазы происходит в виде пузырьков различной величины и формы, довольно равномерно распределенных в жидкой среде. Для эмульсионной структуры течения характерны сравнительно малые относительные скорости газа и жидкости. Средняя относительная скорость пузырьков газа 0,01 — 0,02 м/с, а верхним ее пределом можно считать 0,3 - 0,4 м/с. 2. Пробковая или четочная (поршневая) структура течения характеризуется движением основных масс газа в виде сплошных столбиков-поршней, перекрывающих все сечение трубы (кроме небольшого пристенного пленочного слоя жидкой фазы) и чередующихся со столбиками жидкости, включающими в себя мелкие пузырьки, движущиеся с жидкостью, несколько опережая ее.
Относительные скорости газовых включений при поршневой структуре течения могут колебаться в широком диапазоне, изменяясь от долей сантиметра в секунду до величин, лежащих за пределами скоростей, характерных для эмульсионных структур. Средняя относительная скорость газа при поршневой структуре течения лежит в пределах 0,4—1,2 м/с. 3. Стержневая структура течения характеризуется движением основной массы газа в центре трубы в виде сплошного потока (стержня) в кольце жидкой фазы, движущейся по стенке трубы. В ядре потока газ несет более или менее значительные по размеру капельки жидкости. Стержневая структура характеризуется высокими относительными скоростями газа (более 1,2 м/с). Следует отметить, что устанавливать четкую границу перехода одной структуры в другую можно лишь условно, так как процесс образования, слияния пузырьков или их распада (вследствие потери устойчивости) в значительной степени носит случайный характер и часто зависит от конкретных характеристик канала. Классификация структур проводится на основании визуальных наблюдений, хотя в настоящее время имеются и более объективные характеристики: экспериментально установлены зависимости амплитуды пульсации давления и скорости распространения ударных волн в газожидкостных потоках от структурных форм течения смеси [102]. Основными структурами двухфазного восходящего газожидкостного потока в вертикальных трубах являются следующие: 1. Пузырьковая — характеризуется движением газа в виде отдельных пузырьков малого по сравнению с диаметром трубы размера, сравнительно равномерно распределенных в сплошной потоке жидкости. Форма и размеры пузырьков определяются соотношениями между силами сопротивления при их относительном движении в жидкости и силой поверхностного натяжения. 2. Пробковая структура (называется также снарядной и неточной).
С ростом газосодержания количество пузырьков в потоке возрастает, их взаимодействие усиливается, они начинают теснить и сдавливать друг друга. При определенных свойствах газа и жидкости происходит их коалесценция и образуются пузыри, диаметр которых соизмерим с диаметром трубы, а длина может быть намного больше. Эта структура характеризуется периодическим прохождением крупных пузырей, между которыми движутся жидкостные пробки. 3. Переходная структура (эмульсионная или вспененная). Образуется при дальнейшем росте газосодержания, приводящем к увеличению скорости и частоты газовых пузырей; обтекающая их жидкость сталкивается с жидкостными перемычками, вызывая завихрения, приводящие к вспениванию жидкости и разрушению газовых «снарядов». Структура характеризуется течением газожидкостной пены, в которой находятся довольно крупные газовые включения неправильной формы, причем и форма и объем этих включений постоянно меняются. 4. Кольцевая иди стержневая структура. Газообразная фаза движется в центре трубы сплошным потоком, в котором распылена часть жидкой фазы, другая часть жидкости движется по стенке трубы в виде пленки, перемещаясь в направлении движения газа или находясь с ним в противотоке и совершая движения вверх пульсационного характера. 5. Дисперсная или туманообразная структура, когда мелкие капельки жидкости распределены относительно равномерно в потоке газа. В приведенной классификации структуры расположены в порядке увеличения газосодержания потока, хотя, как было сказано выше, относительное содержание фаз является далеко не единственным критерием, определяющим вид структуры. Так, область существования пузырьковой структуры может простираться до значения газосодержания, близкого к единице, когда движение газожидкостной смеси осуществляется в виде пены Одной из наиболее важных и конкретных задач при изучении внутренней структуры вертикальных газожидкостных потоков было выявление основных режимов движения и качественной картины взаимодействия фаз, уточнения границ перехода от одного режима к другому. В работе [93] были выполнены специальные исследования для изучения структуры газожидкостных потоков при различном газосодержании. Опыты выполнялись на лабораторных экспериментальных установках с эрлифтами диаметром 0,02 и 0,038 м и методом скоростной киносъемки и фотографированием при переменных расходах воздуха: 1. На рис. 3.2.2 представлены результаты кинофотосъемки режима работы эрлифта, диаметром 0,038 м, и коэффициентом погружения 0,69-0,73 при минимальных расходах воздуха (Q = 0,3-0,4 л/с). Момент пуска эрлифта показан на рис. 3.2.2 а. Здесь видно, что в верхней части находится подъемная труба, не заполненная гидросмесью, ниже гидросмесь, насыщенная мелкими пузырьками воздуха. Затем она преобразуется в эмульсию, состоящую из воды с равномерно распределенными в ней мелкими пузырьками воздуха, правильной сферической формы. Далее за эмульсионным участком идет крупный воздушный пузырь цилиндрической формы, занимающий почти все сечение трубы, который поднимает жидкость наверх. Видно, что режим работы эрлифта - прерывистый, пульсирующий, излив жидкости происходит порциями. Если увеличить расход воздуха (Q = 0,4-0,7 л/с) интервалы между отдельными водными перемычками сокращаются, а их объем увеличивается. Воздух движется в виде крупных пузырей, так называемых поршней (рис. 3.2.2 а, в, д, е). При данной структуре потока основная часть транспортируемой воды заключена между воздушными пузырями, а длины их и водяных перемычек изменяется в широком диапазоне (от нескольких сантиметров до нескольких десятков) (рис. 3.2.2 в, д). Естественно в процессе движения по трубопроводу часть воздушных поршней разрушается (рис. 3.2.2 6, в), образуя отдельные пузырьки различных размеров, более мелких, которые кратковременно создают так называемую эмульсионную структуру (рис. 3.2.1 в, г).
Критерий оптимизации процесса подъема воды из скважины эрлифтным водоподъемником
Открытие эрлифтного водоподъема относится к 1797 г. [93] и принадлежит германскому горному инженеру Карлу Лошеру. Вследствие слабого развития компрессорной техники того периода эрлифтный способ гидроподъема развития не получил и был вытеснен насосным способом. В 1846 г. впервые были использованы эрлифты, которые носили название маммут-насосов [130], в виде подъемных труб при перемешивании жидкости в сосудах и, в очень незначительной мере, для подъема воды из скважин небольших глубин. Практическое применение эрлифта для транспортировки жидкостей началось с 1882 г. К этому времени получила признание предложенная доктором Ю. Поле простейшая конструкция эрлифта. Начиная с этого периода в литературе появляется ряд работ, в которых освещается опыт применения эрлифтов, объясняются некоторые физические процессы, проходящие в эрлифте, делаются первые шаги для разработки системы расчета эрлифтов. Одно из первых известных в литературе исследований эрлифта, проведенное на типовой установке в 1898 г. профессором высшей технической школы в Берлине Иоссе. В результате этих исследований он установил некоторые особенности характеристики эрлифта и некоторые кинематические свойства движения водовоздушной смеси. Известны случаи применения эрлифта для разгрузки рыбы из шаланд на Балтийском море. Впервые широкое применение эрлифтов началось в нефтяной промышленности. Этот способ добычи нефти был предложен русскими инженерами Шуховым и Бари, о чем писал еще в 1886 г. известный химик Д. И. Менделеев. Вначале в качестве рабочего агента в этих эрлифтах применяли сжатый воздух, а в 20-х годах текущего столетия наряду с воздухом на нефтяных промыслах нашел применение естественный или попутный газ, почему эрлифты получили название газлифты.
Теория газлифта получила развитие после опубликования в 1909 г. работы Лоренца, в которой движение газожидкостной смеси в вертикальной трубе рассчитывалось на основании дифференциального уравнения Бернулли для гомогенной сжимаемой среды. В дальнейшем из представления о газожидкостной смеси как о гомогенной жидкости исходили в своих работах: Перени (1911 г.), Кербе (1912 г.), Гибсон (1930 г.), Лейбензон (1931 г.), В. Г. Гейер (1945 г.) и др. В 1929 году Верслуис разработал математический анализ двухфазного потока в качестве дополнения к теории о фонтанирующих скважинах. Исследуя структуры гидросмеси, Дорапски и Шуберт установили, что четочная структура соответствует наиболее экономичной работе эрлифта. В 1930 г. в Калифорнийском университете проводятся исследования по подъему нефти на высоту 41,4 фута в трубе диаметром 2 дюйма. С 1943 г. в ДПИ начинаются работы по созданию и внедрению эрлифтов для откачки затопленных шахт Донбасса. Начиная с этого периода действует школа «эрлифтчиков» и разработчиков различных гидротанспортных систем под руководством Гейера В. Г. После второй мировой войны на территории СССР эрлифты находят широкое применение в различных отраслях промышленности: в угольной промышленности (для откачки воды из затопленных послевоенных шахт, что явилось единственным способом эффективного удаления воды из шахт и послужило толчком для внедрения эрлифтов в других отраслях: для очистки различных шахтных водоотливных емкостей, таких как зумпфы стволов, предварительные отстойники воды, колодцы и др.; для гидроподъема горной массы; для водоотлива при проходке стволов; для участкового и погоризонтного водоотлива), в строительном деле (для добычи и гидроподъема песка и гравия, скважинная добыча), на заводах и фабриках при перекачке агрессивных жидкостей и кислот, на обогатительных и горно-рудных комбинатах (подъем горной массы, водоотлив), на тепловых электростанциях для гидроподъема и дальнейшего самотечного гидротранспорта золы и шлака, в химических и металлургических производствах (обезжиривание сосудов и деталей, гидроподъем шлака и окалины и др.), подъем полезных ископаемых (конкреций) со дна водоемов, на сахарных заводах и т. д.
Начиная с этого периода в отечественной и зарубежной литературе появляется большое количество работ, посвященных различным вопросам теории и практики эрлифтов. Все эти ученые в известной степени способствовали развитию теории и практического применения эрлифтов [113]. Явления, происходящие при смешивании воздуха и воды, довольно сложны как в самом первоначальном моменте, так и во время движения смеси по трубопроводу. Дело в том, что: Во-первых, при движении смеси вверх происходит расширение воздуха и таким образом удельный вес столба смеси является переменным на всей высоте столба. Во-вторых, воздух может иметь собственное относительное движение в водной среде, вследствие чего в процессе имеет место скольжение. В-третьих, поскольку смесь состоит из воздуха и воды, то по периферии (границе) элементов (пузырей) воздуха и воды в смеси имеет место явление поверхностного натяжения. В-четвертых, в связи с расширением воздуха скорость движения смеси при одном определенном сечении водоподающей трубы является величиной переменной (постепенно возрастающей снизу вверх). Поскольку внутренняя поверхность водоподающей трубы не является специально обработанной, то все вышеуказанные явления еще более усложняются. Точных экспериментов с этим водоподъемником до сих пор не производилось, и поэтому до сих пор не выявлены законы, управляющие всем процессом от момента смешивания до момента излива смеси из подающей трубы. Первоначальное представление о принципе работы эрлифта сводилось к тому, что подъем жидкости в подъемной трубе эрлифта происходит вследствие разности плотности жидкости внешнего напора и водовоздушной смеси непосредственно в подъемной трубе.
