Thiết kế kỹ thuật hút nước

3.4.2 .Khoan xoay lấy mẫu

4.4. Thiết kế kỹ thuật hút nước

4.4.1. Thiết kế bơm Erơlip

Để làm sạch mùn khoan, phục hồi tính thấm và chất lượng tự nhiên của nước dưới đất. Trong phương án này chúng tôi lựa chọn thiết bị bơm Erơlip với sơ đồ mắc đồng tâm để tiến hành hút thổi rửa tại các lỗ khoan. Bởi vì đặc tính của Erơlip có cấu tạo rất đơn giản và cho phép làm việc liên tục trong thời gian dài. Thêm vào đó Erơlip có thể hút nước có độ đục cao từ lỗ khoan khi có chiều sâu mực nước động đến 6080m và sâu hơn.

Erơlip làm việc dựa trên nguyên lý bình thông nhau chứa hai chất lỏng có tỷ trọng khác nhau, chất lỏng có tỷ trọng nhỏ 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 chúng ta tiến hành tính toán Erơlip nghĩa là tính các thông số đặc trưng cho Erơlip và máy nén khí khi làm việc.

* Chọn thông số tính toán

Các thông số đặc trưng của Erơlip và máy nén khí được xác định như sau: - Khoảng cách từ mặt đất đến tâm ống tràn: a = 1m

- Chiều sâu mực nước tĩnh từ mặt đất: b = 6m

- Chiều sâu mực nước tĩnh tính từ tâm tràn: h0 = a + b = 1 + 3,17 = 4,17m - Chiều sâu lỗ khoan: 77m.

- Lưu lượng lỗ khoan thiết kế: Q = 300 m3/ngày. - Trị số hạ thấp mực nước tính toán: Smax = 10,58m.

- Chiều sâu mực nước động tính từ tâm tràn: h1 = ho + S = 14,75m. 1. Xác định chiều sâu ngập của bộ phận hỗn hợp dưới mực nước động:

h = h1. k (m),

Với K là hệ số ngập phụ thuộc vào mực nước động h1 dự kiến trong lỗ khoan. Theo kinh nghiệm thực tế h1 = 14,75 m thì k = 2

Khi đó, chiều sâu ngập của bộ phân hỗn hợp dưới mực nước động là: h = 2.14,75 = 29,5 (m)

2. Xác định lưu lượng đơn vị của khí nén:

Với η là hệ số làm việc hữu hiệu của Erơlip (η = 0,25 – 0,3) 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 = 300 m3/ngày = 3,47.10-3 (m3/s). n: Hệ số tổn thất khí nén trong đường ống (n = 1 – 2) và lấy bằng 1. Thay các giá trị trên ta có:

Qk = 3,47.10-3.3,6.1 = 0,0125 (m3/s) 4. Áp lực khởi động của khí nén:

Po = 0,1. (kh1 – ho + 2) = 0,1. (3.14,75– 4,17 + 2) = 4,2 (kg/cm2) 5. Xác định áp lực công tác của khí nén

P = 0,1. [h1. (k – 1) + 5] = 0,1. [14,75. (3 – 1) + 5] = 3,45 (kg/cm2) 6. Xác định lưu lượng hỗn hợp (khí + nước) trực tiếp bên trên bô phận hỗn hợp:

= Q = 3,47.10-3 = 8,57.10-3 (m3/s) 7. Xác định lưu lượng tại tâm tràn:

q2 = Q + Qk = 3,47.10-3 + 0,0125 = 0,016 (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 4.3:

Bảng 4.3. Vận tốc hỗn hợp khí nước

Chiều sâu mực

nước động h1 (m) 20 60 80

v1(m/s) 1,80 2,70 3,6

v2(m) 6 7-8 9-10

Theo bảng trên lấy giá trị v1 = 2 (m/s), v2 = 6 (m/s) - Tại vị trí hỗn hợp: W1 = 8,57.10-3 /1,8 = 4,76.10-3 (m2) - Tại ví trí tâm tràn: W2 = 0,016 /6 = 2,67.10-3 (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 5.4.

d2: Đường kính ngoài của ống đo mực nước, lấy bằng 25mm. W: Tiết diện ống dẫn nước

Bảng 4.4. Đường kính ống dẫn khí

Qk (m3/h) d1(mm) Qk (m3/h) d1(mm)

10 -30 15 – 20 201 – 400 40 – 50

60 – 100 25- 32 701 – 1000 70 – 80

101 - 200 32 – 40 1001- 1600 80 -100

Với Qk = 48,6m3/h tra bảng ta có d1 = 23mm. Vậy đường kính trong của ống dẫn nước là:

= 0,085(m)

Do đó tôi chọn ống nâng nước là ống chống của lỗ khoan đường kính 127mm. 10. Công suất của máy nén khí được xác định theo công thức:

Wk = 1,2. QK = 1,2.0,0125= 0,015 (m3/s) 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 = 3,45 + 0,5 = 3,95 (kg/cm2) 12. Công suất tính toán trên trục máy nén khí:

NK = No.PK.WK (KW) Trong đó:

Wk: Công suất của máy nén khí, m3/phút với WK = 0,97 (m3/phút).

No: 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, No = 1,4 KW).

PK: Áp lực làm việc của máy nén khí, kg/cm2; PK = 3,95 kg/cm2.

Bảng 4.5. Công suất đơn vị trên trục máy nén khí

Pk

kg/cm2 1 2 3 4 5 6 7

No(KW

) 1,47 1,4 1,25 1,18 1,1 1,03 0,93

Vậy công suất tính toán trên trục máy nén khí là:

NK = 0,97.3,95.1,17 = 4,48 (KW) 13. Công suất thực tế trên trục máy nén khí:

ND = 1,1. NK = 1,1. 4,48 = 4,9 (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 = 3,47.10-3 m3/s.

h: Chiều sâu ngập của bộ phận hỗn hợp dưới mực nước động, h= 29,5 m. ND: Công suất thực tế trên trục máy nén khí, ND = 4,9 KW.

Vậy hệ số hữu hiệu của máy nén khí là:

Như vậy η = 23% (đạt yêu cầu η = 2030%) thì các thông số đã chọn là hợp lý.

Các thông số tính toán cho thiết bị Erơlip được trình bày trong bảng 4.6 và hình 4.1.

ST

T Các thông số Kí hiệu Đơn vị

Gía trị tính toán

1 Chiều sâu ngập của bộ phận hỗn hợp dưới mực nước động h m 29,5 2 Lưu lượng đơn vị của khí nén q0 m3khí/m3nước 3,6 3

Lưu lượng khí cần thiết để nâng toàn bộ lưu lượng nước thiết kế

hút nước QK m

3/h 0,0125

4 Áp lực khởi động của khí nén P0 Kg/cm2 4,2

5 Áp lực công tác của khí nén P Kg/cm2 3,45

6 Lưu lượng hỗn hợp khí ( khí + nước ) trực tiếp bên trên bộ phẫn hỗn hợp

q1 m3/s 8,57.10-3

7 Lưu lượng hỗn hợp tại tầm tràn q2 m3/s 0,016

8 Tiết diện cần thiết của ống nước W1, W2 m2 4,76.10-3; 2,67.10-3

9 Đượng kính trong của ống nước D m 0,23

10 Công suất máy nén khí WK m3/s 0,015

11 Áp lưc làm việc của máy nén khí PK Kg/cm2 3,95 12 Công suất tính toán trên trục máynén khí, NK NK Kw 4,48 13 Công suất thực tế trên trục của máy nén khí ND Kw 4,9 14 Hệ số hoạt động hữu hiệu của

Hình 4.1. Sơ đồ, cấu tạo, lắp ráp và tính toán Erơlip

h0=4,17

h1=14,75m