Содержание к диссертации
Введение
Общая характеристика работы анализ состояния и программно-целевое планирование повышения эффективности систем питьевого водоснабжения из подземных источников
Анализ состояния систем питьевого водоснабжения из по-земных источников в Беларуси
Общая характеристика
Подземные источники водоснабжения Водозаборные сооружения Водоподготовка
Система подачи и распределения воды Система управления питьевым водоснабжением Программно-целевое планирование повышения эффективности систем питьевого водоснабжения из подземных источнков
Общая постановка задач
Методические принципы построения программы
Прогнозные и целевые показатели программы
Удельное водопотребление населением в жилом фонде Дефицит и бесперебойность подачи воды
Обеспеченность населения централизованным питьевым водоснабжением
Охват приборами учета подачи воды потребителей Состояние инженерных сетей и сооружений водоснабжения Обеспеченность сооружениями водоподготовки
Целевые нормативы и структура основных заданий
Выводы по главе
Оптимизация методов проектирования, строительства и эксплуатации скважинных водозаборов
Анализ состояния вопроса
Схематизация состава сооружений и элементов систем питьевого водоснабжения из подземных источников Страница
2.3. Методика выбора рациональной схемы водозабора при проек
2.3.2. Определение допустимых понижений уровня воды 59
2.3.3. Определение максимально возможного водоотбора из одной
2.3.4. Выбор рациональной схемы водозабора для линейного ряда
2.3.5. Выбор рациональной схемы водозабора для кольцевой схемы
2.3.6. Выбор рациональной схемы водозабора для площадной и
2.3.7. Определение оптимальных диаметров сборных водоводов 62
2.3.8. Выбор места расположения головных сооружений
2.3.9. Методика поэтапного развития скважинного водозабора 67
2.4. Методика наладки и интенсификации скважинных водозабо 2.4.2. Система автоматизированной обработки и анализа
2.4.3. Имитационное моделирование при решении задач оптимизации режимов и параметров скважинных водозаборов 73
2.4.4. Оптимизация уровенного режима запасно-регулирующего
2.4.5. Методика анализа и разработки наладочных мероприятий 78
2.5. Результаты внедрения новых технологий, проектирования,
строительства и наладки 80
2.5.1. Внедрение новой технологии проектирования и строительства и поэтапного ввода в эксплуатацию на водозаборе подземных вод «Фелицианово» 80
2.5.2. Эффективность технологической наладки скважинных
3. Совершенствование конструкций
3.1 Совершенствование конструкций фильтров водозаборных
3.1.1. Основные требования к фильтрам водозаборных скважин 87
3.1.2. Фильтры кольцевые из полимерных материалов
3.1.2.1. Конструкции кольцевых полимерных фильтров 89
3.1.2.2. Конструкции фильтра из дуговых пластин 95
3.1.5. Конструкции фильтров из пористых титановых элементов 97
3.1.6. Гидравлические характеристики фильтров
Водозаборные скважины с гравийно-зонтичными фильтрами уширенного контура
Одноярусная конструкция скважин с гравийно-зонтичными фильтрами Многоярусная конструкция скважин с гравийно-зонтичными
Методика расчета скважин с ФУГЗ Сооружение скважин с гравийно-зонтичными фильтрами Конструкции водозаборных скважин с регулируемым
притоком по длине фильтра
Выводы по главе
STRONG Совершенствование технологий и конструкций водоподъема из водозаборных скважин
Методика статистического анализа скважинного фонда
STRONG Устройства беструбной подвески погружных насосов
Методика определения перспективных параметров типораз
Вакуум-скважины с устройствами беструбного водоподъема... Подпор и кавитационный запас
Методика проектирования скважин с беструбной установкой погружных электронасосов
Конструкции беструбных подвесок погружных насосов
Технологические схемы оборудования системами беструбной подвески
Защита погружных насосов от пескования водозаборных скважин Выводы по главе
Технологические схемы оборудования скважин, обеспечивающие устойчивую работу водозаборных скважин в период пуска и остановки погружных насосов
Анализ состояния вопроса и задачи исследований
Анализ переходных режимов эксплуатации водозаборных
Схемы оборудования скважин погружными насосами скважин
Задачи исследований
Режим остановки погружных насосов
Повторно-кратковременный режим остановки - пуска
Экспериментальные исследования переходных режимов пуска и остановки погружных насосов Пуск на открытую задвижку АСК на закрытую задвижку 104
Лабораторные исследования процессов гидравлического удара в системе скважина - насос - водоподъемные трубы 168
5.3.1. Исследование процессов гидравлического удара на стенде 170
5.3.2. Переходные процессы при заполнении водой горизонтально
5.4. Динамические нагрузки на оголовок водозаборных скважин... 175
5.5. Технологические схемы оборудования скважин устройствами плавного регулирования режимов пуска и ос
5.5.1. Конструкция автоматических запорно-регулирующих 180 устройств на базе кольцевых задвижек 5.5.2. Конструкция автоматических запорно-регулирующих
5.5.3. Исследования эффективности применения устройств плавного регулирования режимов пуска и остановки
5.5.4. Регулирование уровня воды в водонапорных башнях 190
6. Совершенствование технологии и конструкции оборудования технического обслуживания и ремонта водозаборных скважин 195
6.1 Исследования химического, минералогического и биоло гического состава кольматанта фильтров и п.ифильтро
6.2.2. Устройство гидродинамической и телевизионной диагностики 202
6.3. Техническое обслуживание и ремонт водозаборных
6.3.2. Технология и устройства импульсно-реагентной регенерации
6.3.2.1. Технология автоматического управления и контроля импульсных методов регенерации фильтров скважин 207
6.3.2.2. Автоматизированная установка импульсно-реагентной р-генерации фильтров скважин 2 6.3.3. Усовершенствованная установка импульсной регенерации
6.3.4. Термореагентный метод регенерации водозаборных скважин... 216
6.5.2. Установка для дезинфекции скважин гипохлоритом натрия... 224
6.6. Выводы по главе 230 7.
Совершенствование технических решении обезжелезивания подземных вод
Совершенствование конструкций и оборудования, технологий сооружения установок обезжелезивания в водоносном пласте.. Краткая характеристика процессов обезжелезивания в водоносном пласте
Особенности конструкции и технологии сооружения скважин для установок обезжелезивания в водоносном пласте
Обезжелезивание в пласте на основе бесфильтровых скважин..
Обезжелезивание воды напорными фильтрами с патронными
Конструкции установок
Исследование эффективности обезжелезивания на патронных фильтрах
Обезжелезивания подземных вод через полузатопленную
Исследования активных фильтрующих загрузок Конструкции установок фильтрующую загрузку
Выводы по главе
Заключение
Список использованных источников
- Программно-целевое планирование повышения эффективности систем питьевого водоснабжения из подземных источнков
- Выбор рациональной схемы водозабора для линейного ряда
- Одноярусная конструкция скважин с гравийно-зонтичными фильтрами Многоярусная конструкция скважин с гравийно-зонтичными
- Повторно-кратковременный режим остановки - пуска
Программно-целевое планирование повышения эффективности систем питьевого водоснабжения из подземных источнков
Население Беларуси составляет 10,1 млн. человек, из которых 70 % -городское население, проживающее в 102 городах и 110 поселках городского типа, и 30% - сельское, - в 24297 сельских населенных пунктах.
В Республике имеется 13687 источников централизованного питьевого водоснабжения, из них 13863 - подземные и 4 поверхностные, а также 519673 источника нецентрализованного водоснабжения (шахтные именно трубчатые колодцы). Более 77% населения пользуются водой централизованных и около 22% - нецентрализованных источников водоснабжения.
Системы централизованного водоснабжения 100 городов, 78 поселков городского типа, 137 сельских населенных пунктов обслуживаются коммунальными предприятиями ( см. Приложение 1) , а 20 городов и 28 поселков городского типа - предприятиями промышленности и железной дороги .
Основным источником централизованного водоснабжения населения Беларуси являются подземные воды, лишь в г.г. Минск, Гомель, Гродно и Полоцке для питьевого водоснабжения частично используется вода из поверхностных источников.
Системы централизованного питьевого водоснабжения, находящиеся на балансе сельскохозяйственных предприятий, имеются лишь в 4904 сельских населенных пунктах (20% от общего числа).
Водообеспечение около 90% сельского населения (2,8 млн. чел) базируется на использовании шахтных колодцев, незащищенных от возможного загрязнения грунтовых вод.
До настоящего времени нет бесперебойного круглосуточного водоснабжения в ряде городов (Борисов, Солигорск, Пинск, Мозырь, Петриков, Рогачев, Калинковичи и др).
Более 50% централизованных систем питьевого водоснабжения не имеют сооружений подготовки воды до питьевых кондиций.
Фактическое состояние сетей и сооружений водоснабжения и водоот-ведения и техническая политика в части налаживания забора, подачи и учета потребления при планировании перспективного развития систем питьевого водоснабжения практически не ведется.
Износ основных фондов систем водоснабжения населенных мест превышает 50 процентов и подходит к критическому. 1.1.2. Подземные источники водоснабжения
Подземные воды характеризуются в основном благоприятными условиями формирования естественных ресурсов, обеспеченных инфильтрацией атмосферных осадков. Естественные ресурсы подземных вод оцениваются в 43560 тыс. 3 /сутки /3,4/. Ресурсы подземных вод и степень их использов-ния в Республике Беларусь представлены на рис. 1.1.
По состоянию на 1.01.99 г. на территории республики разведано 243 месторождения и участка подземных вод, по которым утверж3ены эксплу-тационные запасы подземных вод в количестве 6643,72 тыс. м /сут. На базе утвержденных запасов работает 132 групповых водозабора для водоснабжения 73 городов, промышленных центров и крупных населенных пунктов.
Суммарный водоотбор из подземных источников по этим водозаборам в 1999 г. составил 1857,3 тыс. м /сут. Общий водоотбор по республике по-земных вод в 1998 г. составил 2992,5 тыс. м /сут. Степень использования разведанных эксплуатационных запасов в целом по республике составляет 28%.
Значительное количество (109) разведанных месторождений пресных подземных вод с общими эксплуатационными запасами 2067,3 тыс. м /сут. (что составляет 31% от утвержденных по республике запасов) не освоено. Опыт эксплуатации и материалы режимных наблюдений на эксплуатируемых месторождениях свидетельствует, что в большинстве случаев реальная схема фильтрации подземных вод не соответствует принятой при оценке эксплуатационных запасов и здесь возможен прирост эксплуатационных запасов при условии соблюдения экологических и технологических требований.
Подземные воды более чем в 70% разведанных водоисточников по своим природным качествам не соответствуют санитарно-гигиеническим требованиям по содержанию железа ( в среднем 1-5 мг/л, в отдельных случаях 10 мг/л и более), а также марганца, аммиака и др. Вода многих месторождений обладает высокой коррозийной активностью, способствующей возникновению вторичного загрязнения воды в металлических емкостях и трубах.
Наметилась тенденция ухудшения качества подземных вод по ряду показателей (нитраты, сульфаты, хлориды, фенолы, хром, свинец, нефтепродукты, микробиологические загрязнения и др.) в результате влияния объектов городского хозяйства (полигоны твердых бытовых отходов, полей фильтрации, иловых площадок), промышленных и сельскохозяйственных предприятий, смывов с сельхозугодий и т.д.
По данным официальной статистики 31% из числа опробованных подземных водоисточников не соответствует санитарным нормам, что приводит к ликвидации водозаборных скважин (примером являются водозаборы гг. Борисов, Новогрудок, Речица и др.). Количество нестандартных из общего количества отобранных проб воды по санитарно-химическим показателям достигает 34%, по микробиологическим - 6 процентов.
Еще более серьезное положение с качеством воды источников децентрализованного водоснабжения. Из общего количества отобранных проб воды нестандартные пробы по санитарно-химическим показателям составляет 53, а по микробиологическим - 36 процентов. Содержание нитратов в 65% опробованных колодцев превышает их предельно-допустимую концентра В районах, загрязненных радионуклидами вследствие катастрофы на Чернобыльской АЭС, существует проблема водоснабжения сельских населенных мест всвязи с возможным попаданием радионуклидов в шахтные ко-лодцы.
Одной из основных причин ухудшения качества подземных вод для питьевых целей, является отсутствие или несоблюдение режима зон санитарной охраны (ЗСО) подземных источников водоснабжения.
По данным ЦНИИКИВР из 13867 источников водоснабжения 2067 (14,9%) не имеют ЗСО, в том числе 865 (6,2%) - первого пояса, 1440 (10,45%) - второго пояса и 1348 (9,7%) - третьего пояса. Зоны санитарной охраны не утверждены для 9110 (65,7%) источников. Зоны санитарной охраны не обустроены для 2124 (15,3%) источников, в том числе I пояс - 1146 (8,3%), II пояс - 1189 (8,6%) и III пояс - 776 (5,6%) источников / 3,4/. Из запланированных 10 городов только в гг. Слоним и Новогрудок проведены всесторонние исследования и разработаны водоохранные мероприятия источников водоснабжения.
Добыча подземных вод в республике для централизованного водоснабжения городов и поселков, обслуживаемых коммунальным водным хозяйством, осуществляется 2750 водозаборными скважинами.
В сельской местности Беларуси насчитывается в 34979 скважин (по данным ГО «Трест Промбурвод»), из которых менее 5% используется для питьевого водоснабжения сельского населения. Большинство скважин не отвечает санитарно-техническим требованиям эксплуатации, около 40% находятся в нерабочем состоянии, специализированных служб по эксплуатации не имеется. Аналогичная ситуация наблюдается в других ведомствах.
Многочисленные скважины, пробуренные для новых индивидуальных застроек (по прогнозам их не менее 1,5 тыс.), не зафиксированы в официальных системах учета.
Производительность действующих водозаборов по отношению к паспортным данным составляет по коммунальным скважинам в среднем 70%, в том числе по областям: Брестская - 75%, Витебская - 61%, Гомельская - 79%, Гродненская - 88%, Минская - 70%, Могилевская - 75%. В сельских и ведомственных водозаборах этот процент составляет порядка 25-35 процентов. В то же время процент использования утвержденных запасов на водозаборах составляет порядка 50 %. (рис.1.2.).
Выбор рациональной схемы водозабора для линейного ряда
В условиях широкого использования подземных вод для целей водоснабжения и необходимости экономии энергетических и материальных ресурсов проблемы оптимального проектирования, строительства и эксплу-тации скважинных водозаборов подземных вод приобретают особое значение. Эти проблемы должны иметь комплексные решения гидрогеологических задач по оценке эксплуатационных запасов подземных вод, технолог-ческих задач водоснабжения и задач защиты подземных вод от истощения и загрязнения. Отдельные .,ешения данных задач освещались в .,аботах Алек торых базировались развитые в диссертации методы расчета и математические модели /34-40/.
Практически разведочные работы производятся без учета требований оптимального проектирования водозабора на разведываемом месторождении: отсутствует технико-экономическое обоснование схемы водозабора (количество скважин, расстояние между ними, плановое расположение); не учитываются технические факторы (конструкция скважины, размер, тип и конструкция фильтра, методы бурения, тип водоподъемного оборудования и т.д.); необходимости проектирования и строительства сооружений водопод-готовки; без учета экологических и местных ограничений, которые накладыв-ются на схему водозабора в конкретных условиях (лесопосадки, дороги, н-селенные пункты, газопровод и т.д.).
При проектировании за основу принимаются данные по разведке в соответствии с отчетом о детальной разведке месторождения, которые могут существенно отличатся от фактических на момент пуска в эксплуат-цию водозабора. Так, например, нередко в процессе проектирования подбор насосного оборудования и глубина его установки производится по макс-мально допустимому понижению уровня воды в скважине, который являе-ся прогнозным на конечный расчетный срок эксплуатации водозабора. Т-кое насосное оборудование в начальный период эксплуатации не будет соответствовать экономичному режиму его работы. Проводимые таким обр-зом расчеты носят приближенный характер. Все это приводит к тому, что водозабор проектируется под заведомо определенную нерациональную схему.
Между тем «под эксплуатационными запасами понимается количес-во подземных вод в 3 /сут, которое может быть получено рациональным в технико-экономическом отношении водозаборным сооружением при зада-ном режиме работы и при качестве воды, удовлетворяющем требованиям в течение всего расчетного срока водопотребления» /41/.
Особое место занимают параметры качества подземных вод и прогноз их изменения в процессе эксплуатации, от которых в значительной степени зависят экономические показатели водозабора. Так в г. Жодино водозабор «Восточный» был законсервирован по причине наличия в подземной воде аммиака сверх допустимых норм, так как для его удаления потребуется строительство сооружений водоподготовки по стоимости соизмеримой со стоимостью самого водозабора. Аналогичное положение сложилась на водозаборе «Заозерный» в г. Полоцке.
Негативные аспекты при пуске в эксплуатацию возникают также от продолжительности сроков разведки (1-2 года), проектирования (около года), строительство (2-5 и более лет) , в зависимости от производительности водозабора.
Это свидетельствует о необходимости пересмотра действующей нормативно - технической документации в области разведки, проектирования, строительства, пуско-наладки и эксплуатации скважинных водозаборов. В данных документах главное место должно отводиться новым технологиям и методам расчета водозаборов, включающих в себя комплексные гидравл-ческие и гидрогеологические расчеты водоподъемного оборудования с системой сборных водоводов во взаимосвязи с водозаборными скважинами и водоносным пластом, а также технико-экономические расчеты, обосновывающие выбор эффективного варианта.
Указанные расчеты должны проводиться на каждой из стадий разве-ки, проектирования, в период строительства, при пуско-наладочных работах, а также в процессе эксплуатации. Вышеизложенное легло в основу проведенных автором многолетних исследований и разработок / 42- 69/, результаты которых изложены в н-стоящей главе.
Схематизация состава сооружений и элементов систем питьевого водоснабжения из подземных источников Системы питьевого водоснабжения из подземных источников включают в себя комплекс инженерных сооружений и их элементов, необход-мых для забора подземных вод из водоносных горизонтов, подъема и под-чи воды, представленных на рис.2.1. Состав сооружений скважинного водозабора определяется целью применения в системе подачи и распределения воды. В системах централизованного и локального водоснабжения применяются следующие схемы: скважина - насосная станция - сборный водовод - сооружения водопод-готовки (при необходимости) - запасные и регулирующие емкости (резервуары, водонапорные башни, водовоздушные баки) - насосные ста-ции П подъема; скважина - сооружения водоподготовки (при необходимости) - насосная станция - водопроводная сеть скважина - сооружения водоподготовки (при необходимости) - водон-порная башня (водовоздушный бак) - водопроводная сеть.
Одноярусная конструкция скважин с гравийно-зонтичными фильтрами Многоярусная конструкция скважин с гравийно-зонтичными
В бесфильтровых водозаборных скважинах в качестве водоприемника служит полость в самой верхней части водоносного пласта, разработанная под твердыми перекрывающими породами (мелом, мергелем, уплотненными глинами), которые образуют горизонтальную поверхность над водоприемной воронкой /109/. Однако такая конструкция может использоваться только при наличии необрушаемой кровли, что ограничивает ее применение в других геологических разрезах, например, при слабой кровле над песками.
Укрепление слабой кровли напорного пласта может проводиться посредством создания искусственной кровли. С этой целью применяют закрепляющие и твердеющие растворы, плавучие полимеры, закачивают сжатый воздух или парафин. В то же время сложная технология и высокая трудоемкость делают эти мероприятия мало приемлемым. Кроме того, оно может быть реализовано только при наличии связных пород кровли; в безнапорном песчаном горизонта подобную технологию осуществить практически невозможно.
Поиски новых конструкций скважин с малыми гидравлическими сопротивлениями и металлоемкостью, сочетающих ряд достоинств бесфиль-ровых и фильтровых скважин с гравийной обсыпкой, привели к созданию водозаборной скважины нового типа для безнапорного и слабонапорного пласта - скважины с гравийно-зонтичным фильтром уширенного контура (ФУГЗ) представленные на рис 3.15. Водоприемником в этой скважин служит широкий раструб-зонтик, опускаемый в скважину и закрепляющий устойчивую кровлю, а для увеличения притока воды устраивается ствол большого диаметра, который засыпается гравием.
В ЦНИИКИВРе совместно с Кришна Прасад (Непал) и Станкевичем Р.А. были проведены комплексные исследования скважин с гравийно-зонтичным фильтром уширенного контура (ФУГЗ), включая электромоделирование и физическое моделирование процессов притока воды в скважину, экспериментальные исследования в лабораторных и полевых условиях по бурению и опробованию скважин /110-113/. Эти исследования включали также оценку параметров скважин с одним, двумя и тремя ярусами растр-бов зонтиков, исследования гидравлики притока и суффозионных процес-сов, разработку методики расчета скважин предлагаемой конструкции.
Преимущество новых конструкций скважин с ФУГЗ для безнапорных и слабонапорных водоносных горизонтов по сравнению с традиционными фильтровыми конструкциями состоит в том, что при сооружении долговременных водозаборных скважин производительностью до 200-400 м /сут. можно использовать местные недефицитные материалы (гравий), а также детали не только из стальных, но и из бетонных труб (в то время как на из 106 готовление традиционных фильтров расходуется много нержавеющей стали и цветных металлов).
Это открывает принципиально новые перспективы при проектировании систем сельскохозяйственного водоснабжения на базе подземных вод.
Скважина с таким водоприемником предназначена для добычи подземных вод из безнапорного или слабонапорного водоносного горизонта, сложенного рыхлыми песчаными отложениями. Конструкция отличается о-сутствием традиционного фильтра, устойчивым во времени дебитом, меньшей металлоемкостью и энергоемкостью при эксплуатации за счет сниж-ния гидравлических сопротивлений и высоты подъема воды при откачке.
Металлический или пластмассовый раструб присоединен к нижнему концу обсадной колонны, причем нижний расширяющийся край раструба имеет цилиндрическую форму и заполнен гравием.
Скважина с ФУГЗ (рис.3.15а) состоит из ствола бурения скважины - 1 большого диаметра (600-1200 мм), гравийной засыпки - 2, обсадной коло-ны - 3 и раструба - 4 с цилиндрическим краем - 5, опущенным ниже уровня подземных вод, гидроизолирующей набивки - 3 в затрубном пространстве поверх гравийной засыпки. Благодаря сводообразной форме раструб находится под минимальным горним давлением и поэтому предохранен от деформаций, а его расширенная нижняя часть образует увеличенную площадь фильтрации. Гравийная засыпка в цилиндрической части раструба предохраняет ствол от бокового выпора пластовой породы. Одновременно гр-вийная засыпка в нижней части ствола и затрубном пространстве, обладая достаточной массой частиц и высокой фильтрующей способностью, обеспечивает получение необходимого дебита и препятствует проникновению песчаных частиц водоносного пласта в ствол.
В зависимости от мощности водоносного пласта в качестве водоприемной части устанавливают несколько конусообразных раструбов большого ди-метра, соединенных между собой трубами, присоединенными к нижнему концу обсадной колонны; нижняя расширенная часть каждого раструба пе-реходит в цилиндр; пространство снаружи раструбов и соединяющих их труб заполнено гравием. Соединительные обсадные трубы в целях пропуска воды имеют увеличивающийся над каждым ярусом диаметр, а во втором и в остальных выше расположенных раструбах - отверстия для пропуска воды.
Многоярусную конструкцию скважины с ФУГЗ можно применять в н-порном и безнапорном, однослойном и многослойном водоносных песчаных
Скважина состоит из ствола -1 большого диаметра (600-1200 мм), гр-вийной засыпки - 2, обсадной колонны - 3 и раструбов - 4 с цилиндрическими краями - 5, обсадных соединительных труб -3 с отверстиями - 7. За-трубное пространство поверх гравийной засыпки заполняется гидроизол-рующим материалом (глиной или цементным раствором). Гравийная засыпка - 6 в цилиндрической части нижнего раструба - 4, за наружными стен-ми каждого раструба, в нижней части ствола скважины и затрубном пространстве благодаря остаточной массе и высокой фильтрующей способности частиц препятствует поступлению песка водоносного пласта в ствол скважины и способствует равномерному забору воды из всех интервалов глубины, а при многослойном водоносном пласте - из каждого слоя.
Для скважин с ФУГЗ, имеющих сравнительно простую конструкцию, расчет притока воды представляет довольно сложную задачу и связано с большими математическими трудностями. Поэтому для практического решения она существенно упрощается. Одним из методов упрощения служит фрагментирование потока подземных вод - разбиение его на области (фра-менты) простого движения. Этот метод использован Бочевером Ф.М., Си-линым-Бекчуриным А.И.и др. Применение метода фрагментирования для исследования притока к скважине с ФУГЗ не дает удовлетворительных результатов, так как зона деформации потока не поддается обычным приемам упрощения. Границы фрагментов имеют сложную форму и зависят от ко-кретных условий опыта.
Повторно-кратковременный режим остановки - пуска
Если в это время включить электродвигатель, то скорость вращения насоса (в обратном направлении) несколько уменьшится и электродвигатель создает противодействующий момент.
Для расчетов процессов разгона, когда насос может быть пущен в ход во время вращения его в обратном направлении, должна быть известна для электродвигателя зависимость крутящего момента от числа оборотов отрицательного вращения. Таких данных по погружным электродвигателям нет.
Проведенные исследования /174/ показали, что хотя погружной электродвигатель может обеспечить пуск насоса, вращающегося в обратном направлении с числом оборотов, составляющим 120% номинального, однако при этом возрастает продолжительность пускового периода и увеличивается пусковой ток, что может вызвать чрезмерный нагрев электродвигателя.
При пониженном напряжении электродвигатель может не получить полного числа оборотов и будет отключен при срабатывании реле защиты от перегрузки.
Проведенные исследования повторно - кратковременных режимов остановки - пуска показали, что для исследуемых насосов пусковой ток в этом режиме не превышает 4-х кратного номинального, а время разгона увеличивается незначительно (на 0,05 - 0,1с больше номинального пуска).
С момента, когда погружной насос вышел на номинальное число оборотов, переходные процессы протекают как при режиме пуска насоса с вакуумом в водоподъемной колонне.
Наиболее опасным будет режим пуска, когда время разгона насосного агрегата будет соответствовать времени заполнения вакуумной зоны водоподъемной колонны, свободной от воды. Так как в этот период в водоподъемной трубе возникнет максимально возможная скорость движения воды, давление при гидравлическом ударе будет также максимальным.
В процессе проведения экспериментов при повторно-кратковременных режимах остановки-пуска (рис. 5.10) возникающее давление в процессе удара имело величину Нмах = 135 м. При этом следует отметить, что это давление превышало то, на которое была рассчитана установленная на скважине запорно-регулирующая арматура ( Ру = 10 кгс/см ). В результате этого возникала опасность ее разрушения. В некоторых местах соединений труб и сальников задвижки образовались течи.
В зависимости от времени разгона электродвигателя и времени перерыва в электропитании характер протекания переходных процессов будет различный.
Если насос достигает номинального числа оборотов в течении времени, когда в водоподъемной колонне еще не образуется разрыв сплошности потока после закрытия обратного клапана, то возникновение опасных давлений не произойдет.
Эти положения можно относить к случаям, когда у обратного клапана или задвижки будет установлен клапан для выпуска и впуска воздуха.
Для случаев, когда производится впуск и защемление воздуха встает вопрос о том, через какое время необходимо включить электропитание, должен быть решен с помощью средств автоматики, так как при небольшом перерыве, воздух может оказаться в водоподъемной колонне недостаточным для смягчения процессов гидравлического удара.
Для исследования процессов гидравлического удара в системе скважина - насос - водоподъемные трубы и средств защиты с целью определения эффективности их работы в условиях, максимально приближенных к действительным был разработан и изготовлен специальный гидравлический стенд (рис.5.11).
Стенд представляет собой закольцованную систему, состоящую из модели скважины обсадная труба диаметром 400 мм., длиной 6 м., куда опускался погружной насос -1, напорного участка труб диаметром 114 мм, на котором располагаются задвижки - 2, датчики давления - 3, индукционные расходомеры ДР-80.
Как показали натурные исследования неустановившихся процессов, происходящих при пуске погружных насосов, максимальные ударные давления возникают при заполнении свободного от воды участка водозаборной колонны, заполненного паровоздушной смесью. Эти условия воспроизводились на стенде, на котором были проведены эксперименты по исследованию процессов гидравлического удара в водоподъемном оборудовании скважин с целью определения зависимостей для расчета максимальных давлений /175/. На участке трубы (вертикальном или горизонтальном), свободном от воды, создавался вакуум. При заполнении водой этого участка регистрировались скорость движения воды и давление.
Ударное давление при заполнении водой вертикального тупикового участка с вакуумной зоной может определяться по формулам расчета прямого гидравлического удара /176 /: Ударное давление в момент заполнения участка трубы с вакуумной зоной, имеющего обратный клапан с противодавлением - Нпр, может определяться формулами, приведенными в /177, 178/ для случаев встречи двух потоков: