抽水设备

如题所述

当前抽水试验中经常使用的抽水设备主要有离心泵、深井泵、潜水泵、空压机(风泵)、射流泵等。

选择抽水设备时,应考虑吸程、扬程、出水量等能否满足设计要求,还要考虑孔深、孔径是否满足水泵等设备下入的要求,以及搬运及花费大小等。例如,水量较大,地下水埋藏浅、降深小时可用离心式水泵。埋藏深或降深大,精度要求高,井径足够大时则使用深井泵或深井潜水泵。精度要求不高,井径较小,则可选用空气压缩机(或称空压机、风泵、空气升液器)。井径小,埋藏较深,涌水量较小时,可用往复式水泵或射流泵。

(一)空压机(风泵)

1.扬水原理

空压机的扬水原理是:空压机工作时将压缩空气压入钻孔中,压缩空气由风管通过混合器(带密集小孔的管状物)均匀进入水管,并在混合器外膨胀与水混合成一种乳状水气混合物,因其比重比水轻,且在水管内外压力差和气流膨胀的驱动下,上升至管口流出,井中水向上流动补充,从而达到抽水的目的(图5-2)。压缩空气量要适当,如果压缩空气量不足,或者不能扬水,或者水流不均,呈脉冲式的流动。如果风量太大,空气会在水管中快速流动,并占据较大断面,使出水效率降低,甚至光出气不出水。

2.井孔内装置

抽水井孔通常装有风管、水管,有时还设有测水管(专为测量水位之用)。其基本的装置方式有同心式及并列式两种(图5-3a、b)。同心式适用于较小孔径,但其涌水量较同孔径并列或者为大,这是因为它的出水面积较大。并列式适用于较大孔径,并列式安装抽水效率较高,所需空气量较小。当含水层埋藏较深,以及对一些承压含水层或不完整井抽水时,可利用井壁或过滤器以上的管子作出水管(图5-3c),也有利用水管和井壁管间隙送风以增大出水断面的(图5-3d)。尽管这些装置各异,但究其实质仍属同心式或并列式。

图5-2 空压机抽水安装示意图

1—风管;2—出水管;3—混合器;4—井壁管;A—天然水位;B—动水位;H—混合器沉于动水位以下的深度(沉没深度);h—动水位至出水管口高度(扬程);h0—天然水位至出水管口高程

图5-3 空压机抽水风水管安装示意图

(a)同心式;(b)并列式;(c)用孔壁管作水管;(d)用水管与孔壁管的间隙作风管

1—风管;2—水管;3—井壁管或过滤管;4—测水管;5—混合器

如果水面埋藏过深或水位降低值过大,例如动水位距地表>100m时,可联用两台空气压缩机接力抽水。

风管及水管的直径尺寸也应配合,水管直径过小会使出水量过小,水管直径过大则出水又会不均匀,甚至不能扬水(两者之尺寸配合可参看有关手册)。另外,水管与过滤器间间隙过小,容易增加井损失,影响水向井中的运动。测水管宜细,以能下入水位计即可。

3.有关数据计算

空压机的效率及扬水的工作正常与否,在很大程度上取决于沉没比,为选择适宜的空压机,还需计算送风量和启动压力。

(1)沉没比:混合器沉于动水位以下的深度称沉没深度(H),动水位至出水管口高度称扬程(h),混合器中心至出水口的距离称为水气混合液提升高度(H+h)(图5-2),沉没深度与提升高度之比称为沉没比(α),即:

专门水文地质学

沉没比愈大,效率愈高,提升单位水量所需空气量(即气水比耗值)愈小。但α愈大,所要求的启动压力愈大,而启动压力受空气压缩机压力限制,因此,通常要求α为50%~60%。如使用多级混合器(数个混合器串接)α可低至30%。风管的最佳深度可查阅水文地质手册。

(2)风量计算:每提升1m3水所需压缩空气量V0(m3)为:

专门水文地质学

式中K为经验数,可按K=2.17+0.016h计算,它是为核正以理想气体为前提的上式而设的经验核正数。

当出水量为Q(m3/h)时,所需空气量Vn(m3/min)为:

专门水文地质学

(3)抽水时启动压力(P0)计算;

P0=P+ΔP≈0.1(H+h-h0+2) (5-4)

式中:P为从混合器的中部至天然水位的静水压力(Pa);ΔP为风管阻力,一般为1.96×104Pa;h0为天然水位至出水口高度(m)。

抽水时的工作风压计算公式为:

Pn=0.1(H+LP) (5-5)

式中:Pn为工作风压(Pa);LP为送水途中压力损失(换算为米),不超过5,通常为2~3。

(二)水泵

抽水试验中经常使用的水泵主要是离心泵、深井泵、潜水泵、射流式水泵等。

(1)离心泵:离心泵是利用叶轮旋转而使水产生的离心力来工作的。离心泵的装置主要由泵壳、泵轴、叶轮、吸水管和出水管等组成。离心泵可分为单级单吸离心泵、单级双吸离心泵和分段式多级泵等。离心泵的使用范围最为广泛,离心泵的吸程理论上为10m,但因为水在吸水管内流动过程中存在水头损失,所以实际上为7~9m。离心泵在启动之前,必须把泵壳和吸水管都充满水,然后再驱动电机运行。

(2)深井泵:是抽取深井地下水的立式水泵。一般由三部分组成,即滤网、吸水管和泵体部分,扬水管和传动轴部分,泵座和电动机部分,前两部分位于井下,后一部分位于井上。深井泵一般为多级叶轮,级数愈多,扬程愈大,有的深井泵扬程可超过100m。

(3)潜水泵:是将泵和电动机制成一体,浸入水中进行提升和输送水的一种泵。由于潜水泵在水下运行,因此,潜水电动机要有特殊构造,潜水泵的工作部分一般为立式单吸多级导流式离心泵,基本构造和深井泵相似。潜水泵按其使用场合不同,可分为深井潜水泵和作业面潜水泵等。深井潜水泵与深井泵相比具有重量轻,噪声小,安装维修简便等优点,因此,近年来得到了广泛的应用。

(4)射流泵:是利用高速工作的水流能量来输送水的,从钻机配备中的往复式水泵来的水流,通过钻杆(进水管)后,从喷嘴喷出的射束在其周围产生负压,吸引周围的井水,并一起流入正对喷嘴的承喷器内,井水通过进水孔补充,这即是射流泵的吸水过程。通过承喷器的水流,又因在流速的继续高压冲击下,迫使水由水孔流入出水管,连同循环水流一起上升,排出地表,完成抽水作用。由于提升地下水的能量全由给水水泵的压力势能提供,因此,其扬水高程受给水水泵压力限制,抽水量也由送水泵量决定。

温馨提示:答案为网友推荐,仅供参考