Выбор диаметра труб эрлифта и системы их расположения

Подача компрессора

Удельный расход воздуха Vо в м³ при атмосферном давлении для подъема эрлифтом 1 м³ воды равен

 

Vо = , (2)

где h, k, э определяются по табл. 1.

Объемный расход воздуха W при атмосферном давлении для подъема эрлифтом воды в количестве Q равен

 

W = VоQ / 60, м³/мин (3)

 

где Vо – удельный расход воздуха, определяемый по формуле (2).

Подача компрессора Wком равна

 

Wком = k1k2W, м³/мин (4)

 

где W – объемный расход воздуха, определяемый по формуле (3); k1 – коэффициент, учитывающий изменение подачи компрессора в зависимости от температуры воздуха и расположения компрессора над уровнем моря (для средней полосы k1 = 1,2); k2 = 1,05-1,20 – поправочный коэффициент при расположении труб «внутри», возрастающий с уменьшением кольцевого зазора между трубами.

Пусковым давлением pn называется давление воздуха в момент начала действия эрлифта, когда в скважине вода установилась на статическом уровне.

Пусковое давление определяется по формуле

 

pn = . кгс/ см² (5)

где (H – h0) – высота столба жидкости, м, которая должна быть преодолена и уравновешена давлением сжатого воздуха при запуске эрлифта; 0,1 h0 – потеря давления воздуха в размере 10% от длины h0, м вод. ст. затрачиваемая на преодоление аэродинамических сопротивлений и потери в неплотностях резьб: в знаменателе 10 – высота водяного столба в метрах, производящего давление, равное 1 атмосфере, т.е. равное 1 кгс/ см² 0,1 мегапаскаль (МПа).

Рабочим давлением pраб называется давление воздуха при работе эрлифта, когда в скважине вода установилась на динамическом уровне.

Рабочее давление pраб определяется по формуле

pраб = , кгс/ см² 0,1 МПа, (6)

 

где (H – h) – высота столба жидкости, м, которая должна быть преодолена и уравновешенна давлением столба воздуха при установившейся работе эрлифта; 0,1/1 – потеря давления воздуха в размере 10% от длины h, м вод. ст., затрачиваемая на преодоление фэродинамических сопротивлений и потери в неплотностях резьб; в знаменателе – высота 10 м вод. ст., соответствующая давлению в 1 атмосферу.

Рабочее давление компрессора pком равно

pком = pраб + ∑ p, кгс/ см² 0,1 МПа, (7)

 

где pраб – рабочее давление воздуха, определенное по формуле (6); ∑ p – сумма потерь давления в воздушной линии длиной l от компрессора до скважины, равное

 

∑ p = 0,01 l, кгс/ см² 0,1 МПа. (8)

 

Выбор компрессора производят по двум параметрам: подаче компрессора Wком, определенной по формуле (4), и рабочему давлению компрессора pком, определенному по формуле (7). Для выбора компрессора может быть использована табл. 2.

 

Таблица 2

Передвижные воздушно-компресорные станции

Показатели	ЗИФ-55	ПКС-5	ДК-9М	ПК-10	ЭК-9М	ЗИФ-51	КСЭ-5М
Подача, /мин				10,5		4,65
Рабочее давление, МПа	0,7	0,7	0,6	0,7	0,6	0,7	0,8
Двигатель компрессора	Бензиновый	Дизельный	Электродвигатель переменного тока
Мощность на валу компрессора, кВт	43,7	33,8	67,6	63,2
Удельный расход топлива, г/л.с.ч.					-	-	-
Длина без дышла, мм							-
Ширина, мм
Высота, мм
Масса станции, кг

 

Особенность объемного расхода водовоздушной смеси состоит в том, что вода практически несжимаема, а объем воздуха зависит от давления. Поэтому объемный расход водовоздушной смеси зависит от давления, при котором эта смесь находится

Объемный расход С1 водовоздушной смеси непосредственно выше смесителя складывается из объемного расхода воды Q1 и объемного расхода воздуха W1, находящегося под давлением p1:

С1 = Q1 + . (9)

 

Объемный расход воздуха W1 по закону Бойля-Мариетта равен

 

W1 = = = , (10)

 

где W – объемный расход воздуха, /мин при атмосферном давлении, определяемый по формуле (3); p – атмосферное давление; p1 – избыточное давление по сравнению с атмосферным; pраб - рабочее давление, определяемое по формуле (6).

Подставив значение W1 из выражения (10) в выражение (9), получим

 

С1 = Q1 + , /с (11)

 

На уровне излива давление воздуха в водовоздушной смеси вследствии расширяния пузырьков воздуха снижается до атмосферного и тогда pраб = Q.

Объемный расход водовоздушной смеси C2 на уровне излива получим из выражения (11) при pраб = 1 МПа/

 

С2 = Q1 + , /с. (12)

 

Выбор диаметра труб эрлифта и системы их расположения

Площадь сечения F1 водоподъемной трубы на уровне смесителя

 

F1 = C1/v1, (13)

 

где С1 – объемный расход водовоздушной смеси непосредственно выше смесителя, определяемый по формуле (11); v1 – скорость смеси непосредственно над смесителем, м/с (v1 = 3 м/с).

Площадь сечения F2 водоподъемной трубы на уровне излива

 

F2 = C2/v2, (14)

 

где С2 – объемный расход водовоздушной смеси на уровне излива, определяемый по формуле (12); v2 – скорость движения водовоздушной смеси на уровне излива, м/с (v = 10 м/с).

По найденным площадям F1 и F2 определяют внутренние диаметры водоподъемных труб. Если ступенчатую конструкцию водоподъемных труб не применяют, то из полученных площадей F1 и F2 выбирают наибольшую площадь F и по этой площади вычисляют потребный внутренний диаметр водоподъемных труб.

Внутренний диаметр воздухопроводных труб эрлифта определяют из уравнения объемного расхода воздуха

 

= vF = v , (15)

 

откуда внутренний диаметр воздухопроводных труб

 

= = , м, (16)

 

где Wком – подача компрессора, /мин, определяется по формуле (4);

v – установленная скорость движение воздуха по воздухопроводным трубам эрлифта, м/с (v = 10 м/с).

При центральном расположении воздухопроводных труб внутри водоподъемных величина кольцевой площади сечения водоподъемных труб в свету F равна

 

F = - , , (17)

 

откуда

 

= = см, (18)

 

где d – наружный диаметр воздухозаборных труб, см.

Трубы эрлифта должны вписываться во внутреннее сечение эксплуатационной колонны.