a. Thiết bị Erơlip
Erơlip làm việc trên nguyên lý bình thông nhau chứa hai chất lỏng có tỷ trọng khác nhau, chất lỏng có tỷ trọng thấp hơn nằm cao hơn chất lỏng có tỷ trọng lớn. Toàn bộ thiết bị Erơlip bao gồm máy nén khí, ống dẫn khí, ống dẫn nước, bộ phận hỗn hợp.
Để đảm bảo lượng nước yêu cầu hút ra hoặc chiều sâu mực nước dự kiến bằng thiết bị Erơlip, tiến hành tính toán Erơlip nghĩa là tính các thông số đặc trưng cho Erơlip và máy nén khí khi làm việc.
Các thông số đặc trưng của Erơlip và máy nén khí được xác định như sau: - Chiều sâu lỗ khoan thăm dò khai thác (TDKT): 80m.
- Lưu lượng lỗ khoan Q = 200m3/ng = 0,0023 m3/s - Khoảng cách từ mặt đất tới tâm ống tràn: a = 1m - Chiều sâu mực nước tĩnh tính từ mặt đất: b = 4m - Chiều sâu mực nước tĩnh tính từ tâm tràn: ho= 5m - Trị số hạ thấp mực nước: S = Smax= 19m
- Chiều sâu mực nước động tính từ tâm tràn: h1= h0+ S = 19+5 = 24m - Hệ số ngập k = 1,5 (1,5-3)
1. Xác định chiều sâu ngập của bộ phận hỗn hợp dưới mực nước động
Hn= h1.k = 24.2 = 48m
2. Xác định lưu lượng đơn vị của khí nén
q0= ℎ1 =
23η𝑙𝑔ℎ1.(𝑘−1)+10 10
48
23.0,3.𝑙𝑔24 2−1( 10)+10 = 3, 4
Với η là hệ số làm việc hữu hiệu của Erơlip và lấy bằng 0,3.
3. Xác định lưu lượng khí cần thiết để nâng toàn bộ lưu lượng thiết kế hút nước
Qk= Q.qo.n (m3/s)
Trong đó: Q: là lưu lượng lỗ khoan thiết kế, Q = 200 m3/ngày = 0,0023 (m3/s). n: Hệ số tổn thất khí nén trong đường ống, n = 1,5.
Thay các giá trị trên ta có: Qk= 0,0023.3,4.1,5 = 0,01173 (m3/s)
4. Áp lực khởi động của khí nén
Po= 0,1.(kh1– ho+ 2) = 0,1.(2.24 –5 + 2) = 4,5 (kg/cm2)
5. Xác định áp lực công tác của khí nén
P = 0,1. [h1.(k – 1) + 5] = 0,1 [24.(2 – 1) + 5] = 2,9 (kg/cm2)
6. Xác định lưu lượng hỗn hợp (khí + nước) trực tiếp bên trên bô phận hỗn hợp
(m3/s)
q2= Q + Qk= 0,0023 + 0,01173 = 0,014 (m3/s)
8. Xác định tiết diện của ống dẫn nước
- Tại vị trí hỗn hợp: W1= q1/v1(m2) - Tại ví trí tâm tràn: W2= q2/v2(m2)
Trong đó v1, v2 là hỗn hợp vận tốc của khí + nước tại vị trí hỗn hợp và tại vị trí tâm tràn phụ thuộc vào chiều sâu mực nước động và lấy theo bảng 8.3
Bảng 5.3. Vận tốc hỗn hợp khí nước
Chiều sâu mực nước động
h1(m) 20 40 60
v1(m/s) 1,80 2,70 3,6
v2(m/s) 6 7 – 8 9 -10
Theo bảng trên lấy giá trị v1= 1,8 (m/s), v2= 6,0 (m/s) - Tại vị trí hỗn hợp: W1= 0,00847/1,8 = 0,047(m2) - Tại ví trí tâm tràn: W2= 0,014/6,0 = 0,0023 (m2)
9. Xác định đường kính của ống dẫn nước
Do Erơlip được bố trí theo sơ đồ mắc đồng tâm (ống dẫn khí trong ống dẫn nước) nên đường kính trong của ống dẫn nước phải lớn hơn đường kính của ống dẫn khí và xác định theo công thức:
(m) Trong đó:
d1: Đường kính ngoài ống dẫn khí phụ thuộc vào lưu lượng khí nén, tra theo bảng 4.4 d2: Đường kính ngoài của ống đo mực nước, lấy bằng 20mm.
Bảng 5.4. Đường kính ống dẫn khí QK(m3/h) d1(mm) QK(m3/h) d1(mm) 10 – 30 15 – 20 201 – 400 40 – 50 34 – 59 20 – 25 401 – 700 60 – 100 25 – 32 701 – 1000 70 – 80 101 – 200 32 – 40 1001 – 1600 80 – 100 Với Qk= 0,011173 m3/s = 1013m3/h tra bảng ta có d1= 80mm.
Vậy đường kính trong của ống dẫn nước là:
(m) =248mm
Đường kính của ống chống là d = 127mm nên sử dụng ống chống là ống dâng nước Chiều sâu ống đo mực nước (ống đo mực nước được đặt sâu hơn mút dưới của ống dẫn nước khoảng 3÷5m) là 25 +5 = 30m.
10. Công suất máy nén khí
Công suất của máy nén khí được xác định theo công thức:
Wk= 1,2 × Qk= 1,2 × 0,01173= 0,014 (m3/s) = 0,84 (m3/phút)
11. Xác định áp lực của máy nén khí:
Pk= P + ΣP* (kG/cm2) Trong đó:
ΣP*: Tổng tổn thất áp lực trong đường ống dẫn khí từ máy nén khí đến lỗ khoan, có thể lấy trung bình P* = 0,5 kG/cm2.
Pk= 2,9 + 0,5 = 3,4 (kG/cm2)
12. Công suất tính toán trên trục máy nén khí:
Nk= N0× Pk× Wk (KW) Trong đó:
Wk: Công suất của máy nén khí, m3/phút, WK= 0,84 m3/phút. Pk: Áp lực làm việc của máy nén khí, kG/cm2; Pk= 3,4 kG/cm2.
N0: Công suất đơn vị trên trục máy nén khí, KW, lấy theo giá trị áp lực làm việc của máy nén khí tính toán được trình bày trong bảng 5.5.
Bảng 5.5. Công suất đơn vị trên trục máy nén khí
Pk(kG/cm2) 1 2 3 4 5 6 7
N0(KW) 1,47 1,4 1,25 1,18 1,1 1,03 0,93
Với Pk= 3,4 kG/cm2ta có N0= 1,32
Vậy công suất tính toán trên trục máy nén khí là:
Nk= 1,32 × 3,4 × 0,84 = 3,77 (KW)
Nd= 1,1 × Nk= 1,1 × 3,77 = 4,14(KW)
14. Xác định hệ số hữu hiệu của máy nén khí:
Trong đó:
η: Hệ số hoạt động hữu hiệu của máy nén khí, %.
Q: Lưu lượng của lỗ khoan thiết kế, m3/s; Q = 0,0023m3/s. h: Chiều sâu ngập của bộ phận hỗn hợp, h = 48m.
Nd: Công suất thực tế trên trục máy nén khí, Nd= 4,14 KW. Vậy hệ số hữu hiệu của máy nén khí là:
η = 1000 1,36×4,14×750,0023 ×48 = 0, 26 = 26%
Như vậy η = 26% (đạt yêu cầu η = 20 30%) thì các thông số đã chọn là hợp lý. Các thông số tính toán cho thiết bị Erơlip được trình bày trong bảng 5.6 và hình 5.1.
Bảng 5.6. Tổng hợp các thông số tính toán cho thiết bị E-rơ-lip