Д.т.н Касымбеков Ж.К., к.т.н. Асанбеков Б.А., инженер Касымбеков Г.Ж.

Казахский национальный технический университет, ТОО «Казгидро»

Гидроциклоны для очистки и подьема подземных вод

Как показывают результаты исследования в Казахском НИИ водного хозяйства /1 /,одним из эффективных путей решения вопроса по улучшению функционирования комплекса «водозаборная скважина - водоподъемная установка» является гидроциклонная технология подъема подземных вод. Она позволяет использовать базовый погружной насос, как для подъема воды, так и для очистки скважины от песчаных отложений, защищать их от абразивного истирания и тем самым продлевать срок службы в несколько раз. При этом,каптированные в водозаборных скважинах подземные воды там же подвергаются механической очистке в гидроциклонах.

Техническое воплощение рассматриваемой технологии осуществлялось путем создания циклонного вихревого движения жидкости с мехпримесью на всасывающей линии погружных насосных установок и на основе слияние принципов действия и агрегатирования в одном компактном узле насоса, гидроциклонного корпуса и гидроэлеватора/2/.

В первом варианте гидроциклон с гидроэлеватором был расположен над насосом (рисунок 1).Здесь насосный агрегат устанавливается в скважине С_к на 2...3 м ниже динамического уровня. После пуска насоса Н_п всасываемая жидкость через входные патрубки попадает в циклонную камеру Г_к и приобретает сильное вращательное движение. Твердые частицы под действием центробежных сил отбрасываются в «устье» конуса, а осветленная вода через слив направляется в цилиндрический кожух К_ц установки. Из цилиндрического кожуха вода откачивается установленным здесь погружным насосом и подает ее в гидроэлеватор Г_э. Выходящая с большой скоростью из рабочего насадка гидроэлеватора струя воды попутно отсасывает скопившиеся в устьевой части циклона механические примеси и выносит их на поверхность. Перемещение и подъем песчаных частиц производится в обход рабочих органов насоса и последние не подвергаются абразивному износу.

В другом варианте скважинной установки гидроциклон устанавливается внизу погружного насоса, как продолжение цилиндрического кожуха (рис.2).

Она отличается также тем, что снабжена двухступенчатым устройством для отсасывания пузырьков свободного газа и механических примесей У_пг.

При этом рабочий насадок первой ступени, эжектирующий песчаные частицы, встроен в «устье» гидроциклона Гц, а рабочее сопло второй ступени, которым служит выходной конец первой ступени, образующий с выходным оголовком пульпоотсасывающей трубы кольцевой зазор, расположен в центре вращения потока завихрения.

Рис.1.Погружной насос с Рис.2. Погружной насос с

верхним расположением висящим гидроциклоном

гидроциклона

Принцип работы установки такой же, как при первом варианте. Очищенная в гидроциклоне Г_ц жидкость поступает через цилиндрический кожух К_ц в погружной насос Н_п и дальше проходит с большой скоростью через гидроэлеватор Г_э. Мехпримеси и пузырьки свободного газа под действием пониженного давления, создаваемого гидроэлеватором, по трубе Т_пг движутся вверх и извлекаются на поверхность.

Для того чтобы снизить металлоемкость устройства путем ликвидации излишнего цилиндрического кожуха была разработана следующая конструкция гидроциклонного скважинного насоса. (рисунок 3).

Рис.3.Погружной насос с Рис.4.Опытный образец

гидроциклоном без гидроциклонного устройства

цилиндрического кожуха

Здесь подвод очищенной жидкости от гидроциклона Г_ц, висящего на подпятнике электродвигателя, к насосу Н_п осуществляется по обсадной колоне скважины С_к.Это достигается за счет разделения внутренней полости скважины на уровне расположения гидроциклона на две части. Разделение производится с помощью пакерного устройства П_у в виде надувного тора или гибкой резиновой манжеты, сопряженного с основанием цилиндрической части гидроциклона.

При монтаже насосного агрегата с гидроциклоном (рис.4.) в скважину гибкая плоская манжета под действием собственной упругости перекрывает кольцевой зазор между гидроциклоном и внутренней стенкой скважины. И таким образом принуждает всасываемый поток воды с мехпримесями направляться в гидроциклон и подвергаться к очистке. Осветленная вода через открытый слив гидроциклона, поступает в свободную полость скважины и затем откачивается насосом на поверхность. Наносы, скопившиеся в устьевой части гидроциклона, отсасываются гидроэлеватором Г_э по пульпоподьемной трубе Т_п.Такая компоновка установки приемлема при расположении базового насоса выше фильтра скважины. Если насосный агрегат устанавливается ниже фильтра, то гидроциклон монтируется сверху насоса.

При использовании погружного насоса с гидроциклоном для очистки водозаборных скважин от песчаных отложений он был дополнительно снабжен каркасной подставкой и гидравлическим размывающим насадком.

Технологический процесс очистки скважины особо не отличается от подъема воды, за исключением выноса сгущенной массы на поверхность. Здесь удаление пульпы целесообразно производить с помощью гидроэлеватора Г_э, расположенного рядом с напорной линией насоса, отдельно от базового агрегата. При этом, на выходе погружного насоса обязательно должно быть предусмотрено дросселирующее устройство для регулировки объемом подачи воды в гидроэлеватор.

Результаты испытания опытных образцов установок показывают, что гидроциклонные приемные камеры с щелевидными входными отверстиями обеспечивают 98…100% производительности базовых погружных насосов.

Испытания опытного образца гидроциклонной насосной установки ГЦУ-ЭЦВ для очистки водозаборных колодцев проводились на водозаборной скважине насосной станции первого подъема внутрихозяйственного водопровода населенного пункта им. Жамбыла Шуйского района Жамбылской области. Скважина временно не эксплуатировалась из-за пескования.

При испытании,производительность гидроэлеватора по грунту колебался в пределах 0,8…1,2 м³/ч, а при гидравлическом размыве грунта – 0,88…1,38 м³/ч. Объемная концентрация поднимаемой пульпы (13,3…16,0 %) находится в допустимых для транспортирования пределах, что позволило обеспечить бесперебойную подачу пульпы на поверхность. Непрерывность транспортирования пульпы, что связано с беспрепятственным всасыванием твердых частиц из устьевой части гидроциклона, способствовала также повышению степени очистки воды на всасывающей линии насоса.

При откачке пульпы расход базового насоса ЭЦВ-8 по воде равнялся 36…38 м³/ч, что на 5…10% ниже чем его паспортные значения. Потери расхода и в некоторой степени и напора на выходе насоса (3…6%) при очистке не имеют отрицательного влияния на работу агрегата, т.к. при этом подача воды в водопроводную сеть не осуществляется. При очистке базовый насос не подвергается заметной перегрузке, т.к. он работает на очищенной воде. Показания амперметра и вольтметра соответствовали номинальным значениям тока двигателя и рабочего напряжения, указанным в паспорте.

Испытания показали, что простота сборки и монтажа установки снижает трудоемкость работ на эти операции и создает удобства в ее эксплуатации. После очистки ГЦУ-ЭЦВ эксплуатируется как погружной водоподъемный агрегат.

Экономический эффект от применения нового погружного насосного агрегата с гидроциклоном достигается за счет снижения эксплуатационных затрат и увеличения срока службы насоса с сохранением его качественных характеристик (годовая наработка, долговечность и т.д.). Коммерциализация результатов проекта на данном этапе осуществляется силами самых разработчиков и технопарка при Казахском национальнрм техническом университете ( 050013,г. Алматы, ул. Сатпаева,22, jkk2004@mail.ru,Касымбеков Ж.К.).

Литература:

1.Разработать и исследовать эжекторно-гидроциклонную технологию очистки водозаборных скважин и поверхностных вод: Отчет о НИР (закл.) /КазНИИВХ;.-Тараз, 2000. - 93с.

2.Касымбеков Ж.К. Гидроциклонно-эжекторные установки, используемые в системе сельскохозяйственного водоснабжения АПК. – Алматы,2003. – с.188-190.