Насосы для откачивания грунтовых вод

Размещено на http://www.allbest.ru//

Размещено на http://www.allbest.ru//

Содержание

Введение

1 Основные понятия насосных установок

1.1 Основные параметры и классификация насосов

1.2 Основные понятия насосных установок

2 Грунтовые воды

2.1 Грунтовые воды и их режим

2.2Классификация подземных вод

3 Датчики аварийного уровня

3.1 Аварийные насосы для откачивания грунтовых вод

3.2Устройство для откачивания грунтовых вод

3.3Защита и управление при эксплуатации погружных электронасосов. Автоматическое управление при работе на башню

Заключение

Список использованной литературы



ВВЕДЕНИЕ

Актуальность темы:Разработка полезных ископаемых подземным и открытыми способами характеризуется значительными притоками подземных вод. Поэтому необходимо производить комплекс сложных работ по предупреждению их поступления в карьерные выработки. Доля затрат на осушительные мероприятия в общем комплексе горных работ достигает 10-15% капиталовложений. При осушении месторождений осушительные работы имеют цель заблаговременно снизить притоки и напоры вод, а так же осуществить их плавный перевод за границы карьерного поля. Для удаления воды из карьера оборудуются сложные водоотливные установки, бесперебойная работа которых обеспечивает безопасную отработку месторождений и создает необходимые условия труда. Она определяет: тип насосных агрегатов, их производительность, режимы работы, расположение водоотливных установок по горизонтам карьера. Несоответствие между производительностью водоотливных установок и притоками вод, как правило, влечет за содой затопление рабочей зоны карьера. Причины подобных явлений в неправильном выборе оборудования водоотливной установки без учета ожидаемых притоков вод.

Во всем мире грунтовые воды являются важным источником для полива. Возможно, это самый надежный водный источник, который есть в нашем распоряжении, но и к использованию грунтовых вод нужно подходить с умом. Необходимо обеспечить возобновляемость этого ресурса, а также защиту и без того хрупкой экосистемы, частью которой мы все являемся. В отличие от поверхностных вод, которые можно "увидеть" и, вследствие этого, наглядно представить происходящие в них процессы, а также оценить их количественные запасы, грунтовые воды скрыты от нашего взора, что усложняет их оценку.

Чрезмерная откачка грунтовых вод в конечном итоге приведет к работе насоса всухую и выведет его из строя, а простой оборудования повлечет за собой дополнительные расходы, связанные как со снижением производительности, так и с ремонтом. Для защиты насосной установки от работы всухую очень важным является оценка количества воды, которое может выдавать скважина.

Чрезмерная откачка грунтовых вод.Иногда работа на максимальной нагрузке приводит к чрезмерной откачке грунтовых вод, и вместе с водой начинает откачиваться песок. Для предотвращения такой ситуации Вы может сделать следующее: Установить песочный сепаратор или специальный выдвижной (телескопический) фильтр. Это снизит содержание в воде ила и песка и послужит хорошим защитным барьером от их попадания в насос, что, в свою очередь, увеличит срок службы насоса. Обеспечить плавность включения / выключения насоса, увеличив время включения и выключения до 3 секунд. При включении насоса для откачки грунтовых вод, установленного в полном водоносном слое, в течение первых секунд насос будет работать с повышенной производительностью. При этом из-за повышенного давления всасывания произойдет "возмущение" водоносного слоя, в результате чего "поднятые" со дна ил и песок вместе с водой попадут в насос. Избежать избыточного всасывания можно увеличив время включения / выключения насоса до 3 секунд.

Если используется частотно регулируемый электропривод, то в качестве начальной частоты необходимо установить значение 25 Гц и только после этого ее увеличивать. В погружных электродвигателях с подшипниками скольжения используется естественная смазка подшипников + перекачиваемая вода, однако при частоте меньше 25 Гц такая смазка будет невозможной. Для защиты от попадания песка / ила в подшипник электродвигателя рекомендуется выбирать насос с механическим уплотнением из карбида кремния. Для предотвращения образования илистых отложений на корпусе двигателя рекомендуется установить на нем охлаждающий кожух, причем скорость охлаждающей жидкости должна быть не менее 1 м/с.

Всё вышесказанное определяет актуальность выбранной темы исследования.

При написании данной курсовой работы была преимущественно использована литература поводоотливной установки, а также справочное пособие.

Цель данной курсовой работы: раскрыть понятие об используемых компонентах, а именно датчиках верхнего и нижнего уровня, также аварийного уровня.

Для реализации этой цели были поставлены следующие задачи:

- Раскрыть основные понятия насосных установок;

- Рассмотреть классификацию грунтовых вод;

- Проанализировать о понятиях аварийные насосы для откачивания грунтовых вод.

Объект исследования - поддерживание уровня грунтовых вод

Предмет исследования - насосы для откачивания грунтовых вод.

При написании работы были использованы методы двух уровней: теоретический и эмпирический.

Значимость теоретического метода заключается в тщательном изучении теоретических источников, отборе, анализе и систематизации материала.

Важность эмпирического метода проявляется в поддержки уровня грунтовых вод, а именно в рассмотрении и сравнении различных способов используемых компонентах.

Научно-практическая значимость работы. Материал может быть использован в педагогической деятельности на теоретических и практических семинарах, колледжах, ВУЗах.

Структура работы: курсовая работа состоит из введения, трех глав, заключения, списка использованной литературы и приложения.



1. Основные понятия насосных установок

1.1Основные параметры и классификация насосов

Насосы представляют собой гидравлические машины, предназначенные для перемещения жидкостей под напором. Преобразуя механическую энергию приводного двигателя в механическую энергию движущейся жидкости, насосы поднимают жидкость на определенную высоту, подают ее на необходимое расстояние в горизонтальной плоскости или заставляют циркулировать в какой-либо замкнутой системе.

Выполняя одну или несколько упомянутых функций, насосы в любом случае входят в состав оборудования насосной станции, принципиальная схема которой применительно к условиям водоснабжения и канализации. В этой схеме для привода насоса используется электродвигатель, подключенный к электрической сети. Вода или другая рабочая жидкость забирается насосом из нижнего бассейна и перекачивается по напорному трубопроводу в верхний бассейн за счет преобразования энергии двигателя в энергию жидкости. Энергия жидкости, прошедшей через насос, всегда больше, чем энергия перед насосом.

Основными параметрами насосов, определяющими диапазон изменения режимов работы насосной станции, состав ее оборудования и конструктивные особенности, являются напор, подача, мощность и коэффициент полезного действия.

Напор представляет собой приращение удельной энергии жидкости на участке от входа в насос до выхода изнего. Выраженный в метрах напор насоса определяет высоту подъема или дальность перемещения жидкости

Подача характеризуется объемом жидкости, подаваемой насосом в напорный трубопровод в единицу времени, и измеряется обычно в м/с, л/с или м3/ч.

Мощность, затрачиваемая насосом, необходима для создания нужного напора и преодоления всех видов потерь неизбежных при преобразовании подводимой к насосу механической энергии в энергию движения жидкости по трубопроводам. Измеряемая в кВт мощность насоса определяет мощность приводного двигателя и суммарную (установленную) мощность насосной станции.

Коэффициент полезного действия учитывает все виды потерь связанных с преобразованием насосом механической .энергии двигателя в энергию движущейся жидкости. КПД определяет экономическую целесообразность эксплуатации насоса при изменении остальных его рабочих параметров (напора, подачи, мощности).

История возникновения и развития насосов показывает, что первоначально они предназначались исключительно для подъема воды. Однако в настоящее время область их применения настолько широка и многообразна, что определение насоса как машины для перекачивания воды было бы односторонним. Помимо водоснабжения и канализации городов, промышленных предприятий и электростанций насосы применяются для орошения и осушения земель, гидроаккумулирования энергии, транспортирования материалов. Существуют питательные насосы котельных установок тепловых электростанций, судовые насосы, насосы для нефтяной, химической, бумажной, пищевой и других отраслей промышленности. Насосы используются при производстве строительных работ (намыв земляных сооружений, водопонижение, откачивание воды из котлованов, подача бетона и строительных растворов к сооружениям и ъ П.), при разработке месторождений и транспортировании полезных ископаемых гидравлическим способом, при гидроудалении отходов производственных предприятий» качестве вспомогательных устройств насосы служат для обеспечения" смизки и охлаждения машин.

Таким образом, насосы являются одним из наиболее распространенных видов машин, причем их конструктивное разнообразие чрезвычайно велико, поэтому классификация насосов по их назначению весьма затруднительна. Более логичной представляется классификация, основанная на различиях в принципе действия. В динамических насосах жидкость движется под силовым воздействием в камере постоянного объема, сообщающейся с подводящими и отводящими устройствами. В зависимости от вида силового воздействия на жадкость динамические насосы в свою очередь, делятся на логгастные насосы и насосы трения.

Объемные насосы работают по принципу вытеснения жидкости из камеры за счет уменьшения ее объема. Периодическое изменение объема камеры происходит за счет возвратно-поступательного или вращательного движения рабочего органа насоса. Попеременное заполнение камеры перекачиваемой жидкостью и ее опорожнение обеспечиваются клапанными устройствами входного и выходного патрубков насоса.

Конструктивное исполнение насосов различных типов определяется в основном видом их рабочих органов.

Кроме классификаций, существует также разделение насосов по виду перекачиваемой жидкости, по виду привода и по другим классификационным признакам.

Необходимо отметить, что, несмотря на большие различия в принципе действия, конструкции насосов всех типов, включая насосы, применяемые в системах водоснабжения и канализации, должны удовлетворять требованиям, к числу которых в первую очередь относятся:

надежность и долговечность работы;

экономичность и удобство эксплуатации;

изменение рабочих параметров в широких пределах при условии сохранения высокого КПД;

минимальные размеры и масса;

простота устройства, заключающаяся в минимальном числе деталей и полной их взаимозаменяемости;

удобство монтажа и демонтажа.

Выбор типа насоса в каждом конкретном случае производится с учетом его эксплуатационных и конструктивных качеств, наиболее полно удовлетворяющих технологическому назначению рассматриваемой насосной станции.

1.2 Основные понятия насосных установок

Насосной установкой называют насосный агрегат, комплектующее оборудование которого смонтировано по определенной схеме, обеспечивающей работу насоса. На рисунке приведена схема насосной установки для перекачки жидкости. Насос 9, приводимый в движение электродвигателем 10, засасывает жидкость из расходной емкости 2 и по всасывающей магистрали 5 и напорной магистрали 13 перекачивает жидкость в приемную емкость 16.

Рис. 1. Схема насосной установки: 

1 - сооружение (помещение) для насосной установки; 2 - расходная емкость; 3 - фильтр; 4 - обратный клапан; 5 - всасывающая магистраль; 6, 7, 14, 17 - вентили; 8 - магистраль для заливки насосов; 9 - насос; 1 О - электродвигатель; 11, 12 - манометры; 13 - напорная магистраль; 15 - расходомер; 16 - приемная емкость; 18 - пульт управления насосной установкой; 19 - противопожарное оборудование; 20 - вспомогательное оборудование; 21 - сливная магистраль

Можно указать, что насосная установка имеет следующие элементы: гидробаки (гидроемкости); гидролинии (магистрали, трубопроводы); контрольно-измерительное оборудование (манометры, расходомеры, электроизмерительные приборы); пускорегулирующее оборудование (вентили, задвижки, устройства электрооборудования); противопожарное оборудование; вспомогательное оборудование (тали, кран-балки). Состав сооружений, тип и количество основного и вспомогательного оборудования насосной установки определяется исходя из назначения насосной установки.

На каждую насосную установку заводится журнал (или паспорт), в котором содержатся следующие разделы: правила ведения журнала; проведение регламента и выполнения работ на установке (оборудовании) в процессе эксплуатации; учет наработки установки и оборудования; учет технических осмотров установки и оборудования; учет неисправности установки и оборудования; оценка состояния установки и оборудования; регистрация изменений в составе насосной установки и оборудования. Указанные выше виды работ выполняются на основании документов (паспортов) элементов насосной установки.

Для использования насоса по целевому назначению к нему необходимо подвести энергию. Существуют различные виды энергии для привода насоса, например, электрическая энергия, механическая энергия, тепловая энергия, солнечная энергия.

Насосным агрегатом называют агрегат, состоящий из соединенных между собой насоса или нескольких насосов и приводящего двигателя. Виды насосных агрегатов можно классифицировать: по роду привода:электронасосный агрегат, в котором приводящим двигателем является электродвигатель; трубонасосный агрегат, в котором приводящим двигателем является гидро- или пневмо-турбина; дизель-насосный агрегат, в котором приводящим двигателем является дизель; мотонасосный агрегат, в котором приводящем двигателем является карбюраторный двигатель; гидроприводный насосный агрегат, в котором приводящим двигателем является гидродвигатель; пневмоприводный насосный агрегат, в котором приводящем двигателем является пневмодвигатель; по конструктивному объединению насоса с приводом: электронасос - насосный агрегат, с приводом от электродвигателя, узлы которого входят в конструкцию насоса; турбонасос - насосный агрегат, с приводом от турбины, узлы которой входят в конструкцию насоса; паровой насос - насосный агрегат с приводом от парового цилиндра, распределительное устройство которого входит в конструкцию насоса;гидроприводный насос - насосный агрегат с приводом от гидроцилиндра, распределительное устройство которого входит в конструкцию насоса; пневмонасос - насосный агрегат с приводом от пневмо-цилиндра, распределительное устройство которого входит в конструкцию насоса.

В системах водоснабжения, водоотведения, отопления и других для привода насоса обычно используют электродвигатели. Таким образом, электронасосный агрегат является наиболее распространенным элементом гидравлических установок.

Паспорт электронасосного агрегата- официальный документ, удостоверяющий тип насоса и его показатели. В паспорте электронасосного агрегата обычно указывается следующее: назначение насоса; характеристики перекачиваемой среды; технические показатели; комплект поставки; устройство и принцип работы; указания по соблюдению мер безопасности; рекомендации по подготовке насоса к работе, по техническому обслуживанию; характерные неисправности и методы их устранения; свидетельство о приемке; гарантийные обязательства; сведения о консервации и упаковке; габаритные чертежи и размеры.

В паспорте насоса могут приводиться и другие сведения, например, материалы основных деталей, чертежи быстроизнашивающихся деталей, методика проверки соосности осей и др. В паспорте насоса на характеристике насоса обозначена рабочая часть характеристики насоса, т. е. зона характеристики насоса, в пределах которой рекомендуется его эксплуатация.

Таким образом, в паспорте указываются следующие показатели насоса:технические - масса, габариты, частота вращения и др.;эксплуатационные - сроки гарантии, допустимое отклонение показателей, характерные неисправности и др.;эргономические - уровень шума, уровень вибрации и др.;надежностные - срок службы, наработка на отказ и др.;специальные - допустимая температура подшипников, сопротивление изоляции обмоток двигателя и др.Количество показателей, приводимых в паспорте насоса, обычно определяется организацией, изготавливающий насос.

Насосная установка требует квалифицированного обслуживания и эксплуатации. Для насосной установки составляются инструкции по обслуживанию и эксплуатации. К обслуживанию и эксплуатации насосной установки допускаются только лица, хорошо знающие эксплуатируемую насосную установку, техническую документацию на ее элементы и инструкции по обслуживанию и эксплуатации.

Укажем следующие возможные режимы работы насосной установки:непрерывный режим работы, при котором насос должен работать непрерывно в течение длительного периода времени, например, насос в действующей скважине;неравномерный режим работы при постоянно включенном насосе, например, при понижении уровня жидкости в расходной емкости или при неравномерном потреблении в разное время жидкости из приемной емкости;повторно-кратковременный режим работы установки, характеризующейся периодическим включением и выключением насоса, например, при работе в технологическом процессе;равномерный режим работы установки при неравномерном потреблении жидкости из расходной емкости, например, за счет установки дополнительной напорной регулирующей емкости;режим кратковременной работы, например, пожарного насоса и др.

Насосная установка, как правило, состоит из различных систем: гидравлической системы, системы электроснабжения, системы автоматики и др. Понятие системы частично субъективно, так как приходится выделять из насосной установки те элементы и явления, которые отвечают целям исследования и достаточно легко поддаются анализу, синтезу или различным расчетам. Содержание понятия системы связано с тем, что реальные системы обладают пространственной или функциональной замкнутостью. Элемент - часть системы, выполняющий определенные функции.

Гидравлическая система представляет собой совокупность баков, трубопроводов, насосов, контрольно-измерительной и пускорегулирующей аппаратуры и предназначена для выполнения определенных функций.Система энергоснабжения насосной установки обеспечивает электрическую связь с энергосистемой и обеспечивает непрерывное снабжение всех потребителей насосной установки электроэнергией.Система автоматики обеспечивает дистанционное управление насосной установкой, системой энергоснабжения и т. д.



2. Грунтовые воды

Во всем мире грунтовые воды являются важным источником для полива. Возможно, это самый надежный водный источник, который есть в нашем распоряжении, но и к использованию грунтовых вод нужно подходить с умом. Необходимо обеспечить возобновляемость этого ресурса, а также защиту и без того хрупкой экосистемы, частью которой мы все являемся. В отличие от поверхностных вод, которые можно "увидеть" и, вследствие этого, наглядно представить происходящие в них процессы, а также оценить их количественные запасы, грунтовые воды скрыты от нашего взора, что усложняет их оценку. Основные причины, ограничивающие использование грунтовых вод:

*Производительность скважины

* Износ деталей насоса

* Засорение системы

* Чрезмерная откачка грунтовых вод

Подземные воды первого от поверхности Земли постоянного водоносного горизонта. Образуются главным образом за счёт инфильтрации (просачивания) атмосферных осадков и вод рек, озёр, водохранилищ, оросительных каналов; местами запасы грунтовых вод пополняются восходящими водами более глубоких горизонтов (например, водами артезианских бассейнов), а также за счёт конденсации водяных паров.

Сверху грунтовые воды обычно не перекрываются водонепроницаемыми породами, а водопроницаемый пласт они заполняют не на полную мощность, поэтому поверхность грунтовых вод является свободной, ненапорной. На отдельных участках, где всё же имеется местное водоупорное перекрытие, грунтовые воды приобретают местный напор (величина последнего определяется положением уровня грунтовых вод на прилегающих участках, не имеющих водоупорного перекрытия). Когда буровая скважина или копаный колодец достигают грунтовых вод, их уровень (т. н. зеркало грунтовых вод) устанавливается на той глубине, где они были встречены. Области питания и распространения грунтовых вод совпадают. Вследствие этого условия формирования и режим грунтовых вод обладают характерными особенностями, отличающими их от более глубоких артезианских вод: грунтовые воды чувствительны ко всем атмосферным изменениям. В зависимости от количества выпадающих атмосферных осадков поверхность грунтовых вод испытывает сезонные колебания: в сухое время года она понижается, во влажное - повышается, изменяются также дебит, химический состав и температура грунтовых вод. Вблизи рек и водоёмов изменения уровня, расхода и химического состава грунтовых вод определяются характером гидравлической связи их с поверхностными водами и режимом последних. Величина стока грунтовых вод за многолетний период приблизительно равна количеству воды, поступившей путём инфильтрации. В условиях влажного климата развиваются интенсивные процессы инфильтрации и подземного стока, сопровождаемые выщелачиванием почв и горных пород. При этом легко растворимые соли - хлориды и сульфаты - выносятся из пород и почв; в результате длительного водообмена формируются пресные грунтовые воды, минерализованные лишь за счёт относительно мало растворимых солей (преимущественно гидрокарбонатов кальция). В условиях засушливого тёплого климата (в сухих степях, полупустынях и пустынях) вследствие кратковременности выпадения и малого количества атмосферных осадков, а также слабой дренированности местности подземный сток грунтовых вод не развивается; в расходной части баланса грунтовых вод преобладает испарение и происходит их засоление.

Различия условий формирования грунтовых вод обусловливают зональность их географического распределения, которая тесно связана с зональностью климата, почвенного и растительного покрова. В лесных, лесостепных и степных районах распространены пресные (или слабоминерализованные) грунтовые воды; в пределах сухих степей, полупустынь и пустынь на равнинах преобладают солёные грунтовые воды, среди которых пресные воды встречаются лишь на отдельных участках.

Наиболее значительные запасы грунтовых вод сосредоточены валлювиальных отложениях речных долин, в конусах выноса предгорных областей, а также в неглубоко залегающих массивах трещиноватых и закарстованных известняков(реже в трещиноватых изверженных породах).

В низинах,оврагах,долинахи др. отрицательных участках рельефа ниже уровня грунтовых вод происходит их истечение на поверхность в виде родников. Они в значительной степени питают собой пруды озёра и реки.

2.1 Грунтовые воды и их режим

Под грунтовыми водами понимают свободные (гравитационные) воды первого от поверхности Земли стабильного водоносного горизонта, заключенного в рыхлых отложениях или верхней трещиноватой части коренных пород, залегающего на первом от поверхности, выдержанном по площади водоупорном слое. Область их питания совпадает с областью распространения водопроницаемых пород. Верхняя граница зоны насыщения называется уровнем или зеркалом грунтовых вод. Порода, насыщенная водой, называется водоносным горизонтом,мощность которого определяется расстоянием по вертикали от зеркала грунтовых вод до водоупора. Она изменяется в пространстве и во времени. Питание грунтовых вод происходит за счет инфильтрации атмосферных осадков, местами за счет инфильтрации вод рек и других поверхностных водоемов.

По гидравлическим свойствам грунтовые воды безнапорные со свободной поверхностью. Уровень воды в буровых скважинах и колодцах, вскрывающих грунтовые воды, устанавливается на высоте, соответствующей верхней границе их свободной поверхности. Выше уровня грунтовых вод располагается капиллярная кайма.

Движение грунтовых вод подчиняется силе тяжести и осуществляется в виде потоков по сообщающимся порам или трещинам. Зеркало грунтовых вод до известной степени повторяет рельеф поверхности, и грунтовые потоки движутся от повышенных участков (начиная от водораздела грунтовых вод) к пониженным участкам (оврагам, рекам, озерам, морям), где происходит их разгрузка в виде нисходящих источников(родников) или скрытым субаквальным рассредоточенным способом (например, под водами русел рек, дном озер и морей). Такие области называются областями разгрузки или дренирования(франц. "дренаж" - сток). Грунтовый поток, направленный к местам разгрузки, образует криволинейную поверхность, называемую депрессионной. Течение грунтовой воды называется фильтрацией.Она зависит от наклона зеркала грунтовых вод или от гидравлического (напорного) градиента, а также от водопроницаемости горных пород.

Движение грунтовых вод через относительно мелкие поры и неширокие трещины происходит в виде отдельных струек и называется ламинарным(параллельно-струйчатым) и только в галечниках, сильно трещиноватых и закарстованных породах приобретает местами турбулентный характер.Скорость движения воды V,по линейному закону А. Дарси, пропорциональна коэффициенту проницаемости (коэффициенту фильтрации)Ки гидравлическому градиенту J:

V=KJ,гдеJ=h(разница высот)/е(пройденное расстояние).

Скорость движения воды в песках от 0,5 до 1-5 м/сут, в галечниках значительно увеличивается. Особенно большая скорость потока грунтовых вод местами наблюдается в крупных подземных карстовых каналах и пещерах.

Расход грунтовых вод (Q)прямо пропорционален гидравлическому градиенту (J) и площади поперечного сечения(F):



Q=KJF,илиQ=VF.

Режим грунтовых вод. Зеркало грунтовых вод, количество и качество их изменяются во времени. Это тесно связано с меняющимся количеством инфильтрующихся атмосферных осадков. В многоводные годы при большом количестве атмосферных осадков (включая и снеговой покров) уровень грунтовых вод повышается, а в маловодные годы понижается. При таких колебаниях некоторые слои пород то заполняются водой, то осушаются. В результате периодически появляется зона переменного насыщения, находящаяся над зоной постоянного насыщения. Вместе с колебанием уровня грунтовых вод изменяется дебит(франц. "дебит" - расход) источников, а иногда и химический состав. В режиме грунтовых вод определенное значение имеет также их взаимодействие с поверхностными водотоками и другими водоемами. Направленность процессов взаимодействия во всех случаях определяется соотношением уровней подземных и поверхностных вод, что связано с рядом факторов, среди которых важнейшее значение имеют климатические условия. В районах с влажным и умеренным климатом реки, как правило, дренируют подземные воды, уровень которых имеет наклон к реке, но во время половодья и паводков происходит отток воды из реки и повышение уровня грунтовых вод.

В этом случае реки выступают в качестве временного дополнительного источника питания подземных вод, в результате происходит сокращение или полное прекращение разгрузки грунтовых вод в бортах долины реки. После спада паводка уровень грунтовых вод, стремясь к равновесию, постепенно снижается и приобретает свой обычный уклон к реке. В районах с аридным климатом, где количество атмосферных осадков очень мало, уровень грунтовых вод нередко понижается от реки. В этих условиях происходит инфильтрация воды из рек, пополняющая подземные воды. Такая инфильтрация имеет место из рек Амударьи и Сырдарьи при пересечении ими степных районов. В аридных областях могут формироваться линзы пресных вод под такырами и вблизи каналов.

При изучении режима грунтовых вод важно знать: 1) высотное положение их уровня и уменьшение его во времени и по площади; 2) дебит источников; 3) количество выпадающих атмосферных осадков; 4) изменение уровня воды в поверхностных водоемах и реках, с которыми связаны грунтовые воды. Изучение этих вопросов и систематические замеры уровня грунтовой воды в колодцах и специальных буровых скважинах производятся на многочисленных режимных гидрогеологических станциях. По результатам этих замеров, соответствующих определенному времени, строятся карты гидроизогипс(греч. "изос" - равный, "гипсос" - высота), на которых отражаются линии, соединяющие точки с одинаковыми абсолютными отметками уровня грунтовых вод. По карте гидроизогипс можно определить направление грунтового потока, глубину и характер залегания уровня грунтовых вод и зависимость его уклона от водопроницаемости отложений и мощности водоносного горизонта. Как видно из данных, при пересечении хорошо водопроницаемых галечников уровень грунтовых вод выполаживается, что отражено и на карте гидроизогипс.Изучение режима грунтовых вод имеет большое значение при решении ряда важнейших народнохозяйственных задач. К ним относятся питьевое и промышленное водоснабжение, мелиорация земель, строительство гидростанций и других крупных промышленных сооружений. Во всех случаях необходим точный прогноз возможных изменений режима грунтовых вод во времени и по площади.

Межпластовые ненапорные воды. Эти безнапорные воды располагаются в водопроницаемых породах, которые сверху и снизу ограничены водонепроницаемыми пластами. Обычно они встречаются на приподнятых междуречных массивах в условиях расчлененного рельефа (местной гидрографической сети) и выходят в виде нисходящих источников в береговых склонах оврагов, рек и других поверхностных водоемов.

2.2 Классификация подземных вод

В современной гидрогеологической литературе имеется несколько классификаций подземных вод. Многие исследователи в качестве основного признака используют принадлежность разных видов подземных вод к конкретным зонам: 1) зоне аэрации и 2) зоне насыщения. В зоне аэрации можно выделить почвенные воды и верховодку.

Почвенные воды распространены в почвенном слое близ поверхности Земли. Их формирование связано с процессами инфильтрации атмосферных осадков, снеготалых вод и конденсации атмосферной влаги. Вид и состояние почвенных вод определяют три основных фактора: общая увлажненность почвы, мощность зоны аэрации и структурно-текстурные особенности почвы. На участках, где мощность зоны аэрации большая, а грунтовые воды находятся глубоко, в почвенном слое при растущем увлажнении образуются подвешенные капиллярные воды, заполняющие межзерновые пространства пород. Толщина такого слоя капиллярно-подвешенных вод составляет обычно десятки сантиметров. В случае неглубокого залегания грунтовых вод возможно питание почв снизу за счет капиллярно-поднятой воды.

Верховодка образуется в зоне аэрации, когда инфильтрующаяся вода встречает на своем пути линзы водонепроницаемых пород. Это могут быть линзы глин среди песчаных отложений речных террас или суглинков в водопроницаемых водно-ледниковых отложениях и др. Подземные воды верховодки обычно образуются на сравнительно небольшой глубине и имеют ограниченное по площади распространение. Мощность пород, насыщенных верховодкой, чаще всего бывает до 1 м, редко достигает 2-5 м. Наибольшая мощность отмечается весной в период интенсивного снеготаяния и осенью при обильном выпадении атмосферных осадков. В засушливые годы мощность и количество воды верховодки уменьшаются, а иногда она совсем иссякает. Продолжительность существования верховодки зависит также от размеров и мощности водоупорного ложа, влагоемкости пород и условий питания. Чем больше размеры и мощность водоупорной линзы и интенсивность питания, тем больше сроки существования верховодки.

В зоне насыщения выделяют воды: 1) грунтовые; 2) межпластовые безнапорные; 3) межпластовые напорные, или артезианские.



3. Датчики аварийного уровня

Изобретение относится к области управления насосом от датчиков уровней воды в резервуаре. Устройство содержит датчики верхнего и нижнего уровней, реле постоянного тока, размыкающие контакты которого включены в цепь управления катушки магнитного пускателя, подключающего к электросети электронасос, понижающий трансформатор, первая обмотка которого подключена через предохранитель к электросети, а вторая обмотка трансформатора подключена к входу выпрямительного моста через цепь, выполненную в виде параллельно соединенных ветвей, одна из которых представляет собой замыкающие контакты датчика верхнего уровня, а другая - последовательно соединенные размыкающие контакты датчика нижнего уровня и замыкающие контакты реле постоянного тока, катушка которого подключена к выходу выпрямительного моста. В устройство введено реле времени, катушка которого подключена параллельно катушке реле постоянного тока, а размыкающий контакт реле времени подключен к замыкающему контакту реле постоянного тока, параллельно размыкающему контакту датчика нижнего уровня. Изобретение направлено на повышение надежности устройства за счет применения защиты электродвигателя от аварийного режима работы при обрыве контрольного провода, соединяющего датчик нижнего уровня и схему управления. 1 ил.

Изобретение относится к области автоматического управления погружным электронасосом от датчиков верхнего и нижнего уровней воды в резервуаре.

Наиболее близким по технической сущности к изобретению является устройство автоматического управления погружным насосом, содержащее трубчатые датчики верхнего и нижнего уровней, реле постоянного тока, размыкающие контакты которого включены в цепь управления катушки магнитного пускателя, подключающего к электросети электронасос, понижающий трансформатор, первая обмотка которого подключена через предохранитель к электросети, а вторая обмотка трансформатора подключена к входу выпрямительного моста через цепь, выполненную ввиде параллельно соединенных ветвей, одна из которых представляет собой замыкающие контакты датчика верхнего уровня, а другая - последовательно соединенные размыкающие контакты датчика нижнего уровня и замыкающие контакты реле постоянного тока, катушка которого подключена к выходу выпрямительного моста.

Однако, как показывает эксплуатация, надежность известного устройства недостаточна, что объясняется восприимчивостью электродных датчиков к воздействию условий окружающей среды. При этом возможны обрывы проводов, соединяющих датчики с элементами принципиальной электрической схемы. В случае обрыва провода от датчика верхнего уровня происходит, так называемый, «перелив», когда электронасос не отключается при заполнении резервуара. В случае обрыва провода от датчика нижнего уровня электронасос включается и работает до тех пор, пока вода в резервуаре не достигнет верхнего уровня (электрода датчика). Затем реле включается и своим размыкающим контактом отключает катушку магнитного пускателя. Уровень воды в резервуаре по мере ее расхода будет снижаться, контакт датчика при этом разомкнется и, поскольку, вследствие обрыва провода от датчика, он оказывается не зашунтированным цепью из последовательно соединенных замыкающих контактов реле постоянного тока и размыкающих контактов реле нижнего уровня, реле отключится, а электронасос при этом включится. Таким образом, установится режим чередования отключенного состояния электронасоса, определяемого временем снижения уровня воды по мере расхода в резервуаре от максимального (на который установлен датчик) до уровня, при котором этот датчик размыкает свои контакты и включенного состояния электронасоса, определяемого временем достижения уровня воды в резервуаре, при котором замыкаются контакты датчика верхнего уровня, начиная с момента предыдущего их размыкания при снижении уровня воды по мере ее расхода,

В результате, по причине частых пусков, это приведет к неминуемому выходу из строя обмоток электронасоса, наряду с повышенным износом силовых контактов магнитного пускателя, то есть получим аварийный режим (Правила технической эксплуатации электроустановок потребителей. Утв. Мин-вом энергетики РФ 13.01.03, ввод.в действие с 01.07.2003, Москва, пункт 2.5.12).

Задача изобретения - повышение надежности устройства автоматического управления погружных насосов за счет применения защиты электродвигателя от аварийного режима работы при обрыве контрольного провода, соединяющего датчик нижнего уровня и схему управления.

Технический результат достигается тем, что в устройство автоматического управления погружным насосом, содержащее трубчатые датчики верхнего и нижнего уровней, реле постоянного тока, размыкающие контакты которого включены в цепь управления катушки магнитного пускателя, подключающего к электросети электронасос, понижающий трансформатор, первая обмотка которого подключена через предохранитель к электросети, а вторая обмотка трансформатора подключена к входу выпрямительного моста через цепь, выполненную в виде параллельно соединенных ветвей, одна из которых представляет собой замыкающие контакты датчика верхнего уровня, а другая - последовательно соединенные размыкающие контакты датчика нижнего уровня и замыкающие контакты реле постоянного тока, катушка которого подключена к выходу выпрямительного моста, согласно изобретению дополнительно введено реле времени, катушка которого подключена параллельно катушке реле постоянного тока, а размыкающий контакт реле времени подключен к замыкающему контакту реле постоянного тока параллельно размыкающему контакту датчика нижнего уровня

Сущность изобретения поясняется электрической схемой на приведенной фигуре.

Устройство содержит магнитный пускатель 1, реле постоянного тока 2, датчик уровня 3, контакты нижнего уровня 4, контакты верхнего уровня 5, элементы цепи питания реле - понижающий трансформатор 6 с первичной и вторичной обмотками, диодный выпрямительный мост 7 и предохранитель 8, электронасос 9, размыкающий контакт 10 и замыкающий контакт 11 реле 2, реле времени 12 и его размыкающий контакт 13. Контакт реле времени 13 и контакты верхнего 5 и нижнего 4 уровней датчика 3 включены непосредственно в параллельные ветви питания катушек реле (цепи управления реле 2 и 12), а в ветвь с контактами нижнего уровня 4 и контактами 13 реле времени 12 включен замыкающий контакт 11 реле 2. Цепь питания катушек реле 2 и 12 подключена к вторичной обмотке трансформатора 6 через входную цепь (выводы переменного тока) выпрямительного моста 7, на выходе моста подключены катушки реле 2 и 12. Первичная обмотка трансформатора 6 подключена к фазе «С» через предохранитель 8.

Устройство автоматического управления погружным электронасосом работает следующим образом.

При отсутствии воды в резервуаре контакты верхнего 5 и нижнего уровней 4 датчика уровня 3 разомкнуты, реле постоянного тока 2 и реле времени 12 отключены и, следовательно, электронасос 9 включен. При достижении водой контакта верхнего уровня 5 включатся реле 2 и 12, при этом контакты 10 реле 2 отключат магнитный пускатель 1 и электронасос 9 отключится. Уровень воды в резервуаре по мере ее расхода будет снижаться. Выход из воды контактов верхнего уровня 5 датчика 3 не приведет к отключению реле 2 и 12, поскольку они удерживаются во включенном состоянии через контакты 11 реле 2. Уставка реле времени 12 выбрана меньшей по отношению ко времени, за которое (исходя из практики эксплуатации данного резервуара) уровень воды снижается до размыкания контакта 4 датчика уровня 3. Таким образом, контакт 13 размыкается раньше, нежели разомкнутся контакты 4 датчика нижнего уровня, и, в случае целости электрического провода датчика нижнего уровня 4, включенное состояние катушек реле 2 и 12 не изменится. И лишь выход из воды контакта нижнего уровня 4 приведет к разрыву цепи питания реле 2 и 12, размыкающие контакты 10 реле 2 возвращаются в исходное состояние и включают электронасос 9. В дальнейшем последовательность работы электронасоса повторяется.

Теперь рассмотрим работу устройства автоматического управления погружным насосом при наличии обрыва электрического провода от датчика нижнего уровня 4. В этом случая алгоритм работы устройства несколько изменится. При отсутствии воды в резервуаре электронасос 9 включен. При достижении водой контакта верхнего уровня 5 включаются катушки реле 2 и 12, что приводит к отключению электронасоса 9. В этом состоянии электронасос будет находиться в течение времени, равного уставке реле времени 12. По истечении этого времени происходит размыкание контакта 13. Катушки реле 2 и 12 обесточиваются, что приведет к включению электронасоса 9. В дальнейшем эта измененная (по сравнению с последовательностью без обрыва провода датчика нижнего уровня 4) последовательность работы электронасоса 9 повторяется. При этом исключается аварийный режим, поскольку исключены частые повторные пуски электронасоса и соблюдены требования, изложенные в Правилах технической эксплуатации электроустановок потребителей, упомянутых выше.

Устройство автоматического управления погружным насосом, содержащее трубчатые датчики верхнего и нижнего уровней, реле постоянного тока, размыкающие контакты которого включены в цепь управления катушки магнитного пускателя, подключающего к электросети электронасос, понижающий трансформатор, первая обмотка которого подключена через предохранитель к электросети, а вторая обмотка трансформатора подключена к входу выпрямительного моста через цепь, выполненную в виде параллельно соединенных ветвей, одна из которых представляетсобой замыкающие контакты датчика верхнего уровня, а другая - последовательно соединенные размыкающие контакты датчика нижнего уровня и замыкающие контакты реле постоянного тока, катушка которого подключена к выходу выпрямительного моста, отличающееся тем, что с целью повышения надежности, в него дополнительно введено реле времени, катушка которого подключена параллельно катушке реле постоянного тока, а размыкающий контакт реле времени подключен к замыкающему контакту реле постоянного тока параллельно размыкающему контакту датчика нижнего уровня.

3.1 Аварийные насосы для откачивания грунтовых вод

Чрезмерная откачка грунтовых вод в конечном итоге приведет к работе насоса всухую и выведет его из строя, а простой оборудования повлечет за собой дополнительные расходы, связанные как со снижением производительности, так и с ремонтом. Для защиты насосной установки от работы всухую очень важным является оценка количества воды, которое может выдавать скважина. Ниже приведена схема проверки производительности скважины с учетом максимальной откачки (пиковой нагрузки). Перед началом проверки необходимо выполнить следующее: * Установить насос требуемой производительности * Отметить уровень понижения грунтовых вод при разных значениях подачи насоса * Измерить подачу насоса при различных положениях регулирующей задвижки в нагнетательной линии насоса.

Порядок проведения проверки 1. Включить насос при закрытой задвижке. Измерить статический уровень воды. 2. Открыть задвижку, чтобы обеспечить примерно 1 /4 (четверть) пиковой нагрузки. 3. Измерить расстояние от поверхности до динамического уровня воды при работе на 1 /4 от пиковой нагрузки. 4. Наполнить резервуар ёмкостью 1 л водой из нагнетательного патрубка насоса. 5. Закрыть емкость, сделать на ней метку: "1 /4". 6. Продолжить проверку на 1 /4 пиковой нагрузки в течение следующих 15 минут. Измерить динамический уровень воды. 7. Если динамический уровень воды понизился, то необходимо отметить на какую величину. 8. Повторить предыдущие шаги для 1 /2, 3 /4 и полной (1/1) пиковой нагрузки. Примерно через один час Вы будете располагать данными, отражающими зависимость между подачей насоса и уровнем воды в скважине. Также у Вас будет четыре емкости с водой, полученные при разных значениях подачи насоса: 1 /4, 1 /2, 3 /4 и 1/1. 9. Полностью открыть задвижку. Снять величину показаний производительности насоса и измерить расстояние от поверхности земли до уровня перекачиваемой воды в скважине. 10. Наполнить водой емкость №5, закрыть ее и сделать надпись с указанием фактической производительности насоса. 11. Не отключая вашу установку, включить по возможности все насосные установки, расположенные в радиусе 1,5 км. 12. По возвращению на место проведения испытаний, снять величину показаний производительности насоса и измерить расстояние от поверхности земли до уровня воды в скважине при данной производительности. 13. Проверка завершена. Выключить насос, полученные образцы воды из скважины нужно будет сохранить, исключив действия на них вибрации, высоких температур или солнечного излучения. Анализ результатов проверки Собранные в результате проверки образцы грунтовых вод необходимо изучить на следующий день. По возможности нужно избегать прикосновения к емкостям с образцами воды, ограничиваясь лишь их визуальным осмотром. Задача проведения данного анализа заключается в определении наличия песка, который присутствует в образцах с водой в виде нерастворимого осадка. 1. Провести визуальный осмотр емкости с надписью "1 /4" на предмет наличия на дне песка. Рассчитать удельную производительность скважины при 1 /4 от пиковой нагрузки. 2. Провести визуальный осмотр емкости с надписью "1 /2" на предмет наличия на дне песка. Рассчитать удельную производительность скважины при 1 /2 от пиковой нагрузки. 3. Аналогично провести визуальный осмотр емкостей на предмет наличия в них песка на 3 /4 и на полной (1/1) пиковой нагрузке. Сравнив полученные расчеты удельной производительности можно получить допустимый рабочий диапазон производительности насосной установки с заданным значением м3 /ч на каждый метр понижения уровня грунтовых вод.

Износ деталей насоса. Неправильный выбор материала, из которого выполнен насос, и как результат, износ его деталей приводят к снижению производительности скважины. Напротив, правильно подобранный насос и его внутренние компоненты, изготовленные из бронзы или нержавеющей стали, с самого начала эксплуатации станут залогом надежной и эффективной работы насоса, практически не требующей дополнительного техобслуживания. В чугунных насосах рабочее колесо выполнено из железа. В результате контакта железа с водой происходит реакция окисления железа, и на нем образуется ржавчина. При вращении рабочего колеса за счет силы трения быстрого потока жидкости (со скоростью 5+15 м/с) происходит отслоение ржавчины с поверхности колеса. Процессы коррозии / эрозии приводят к постепенному износу рабочего колеса, изменяют его форму и размеры. При этом снижается производительность и КПД насосной установки в целом. Перед выбором рабочего колеса и насоса необходимо учитывать следующие факторы: Рекомендация: Подбирайте насос исходя из указанных ниже факторов, которые, однако, не являются исчерпывающими.

Забивка насосной системы посторонними включениями. Трубопровод, частично забитый песком, илом или ржавчиной, может стать причиной следующих нежелательных явлений: * Избыточное энергопотребление * Недостаточная подача воды * Износ внутренних деталей насоса Для предотвращения забивки насосной системы Вы может сделать следующее: * Установить циклоны или мешочные фильтры, которые не допустят попадания песка, ила и ржавчины в систему трубопроводов. * Открытый водоем / пруд. Может использоваться в качестве источника воды для полива в том случае, когда размеры твердых частиц в воде слишком маленькие, что не позволяет циклонам или фильтрам улавливать их. Твердые частицы оседают на дне в виде илистых отложений, а забор воды для полива производится из верхних слоев водоема. Примечание: При использовании открытого водоема / пруда в качестве источника воды для полива функции насоса для откачки грунтовых вод обычно ограничиваются тем, что насос непосредственно производит забор воды из водоема. Далее в работу включаются распределительные насосы, которые обеспечивают необходимое давление в насадке и компенсируют потери на трение в трубопроводе. Величина напора зависит от скорости вращения рабочего колеса и камеры насоса, установка мембранного бака снижает значение требуемого напора. Помимо этого установка бака зачастую увеличивает межремонтный интервал.

Чрезмерная откачка грунтовых вод. Иногда работа на максимальной нагрузке приводит к чрезмерной откачке грунтовых вод, и вместе с водой начинает откачиваться песок. Для предотвращения такой ситуации Вы может сделать следующее: * Установить песочный сепаратор или специальный выдвижной (телескопический) фильтр. Это снизит содержание в воде ила и песка и послужит хорошим защитным барьером от их попадания в насос, что, в свою очередь, увеличит срок службы насоса. * Обеспечить плавность включения / выключения насоса, увеличив время включения и выключения до 3+х секунд. При включении насоса для откачки грунтовых вод, установленного в полном водоносном слое, в течение первых секунд насос будет работать с повышенной производительностью. При этом из+за повышенного давления всасывания произойдет "возмущение" водоносного слоя, в результате чего "поднятые" со дна ил и песок вместе с водой попадут в насос. Избежать избыточного всасывания можно увеличив время включения / выключения насоса до 3 секунд.

Если используется частотно+регулируемый электропривод, то в качестве начальной частоты необходимо установить значение 25 Гц и только после этого ее увеличивать. В погружных электродвигателях с подшипниками скольжения используется естественная смазка подшипников + перекачиваемая вода, однако при частоте меньше 25 Гц такая смазка будет невозможной. * Для защиты от попадания песка / ила в подшипник электродвигателя рекомендуется выбирать насос с механическим уплотнением из карбида кремния. Для предотвращения образования илистых отложений на корпусе двигателя рекомендуется установить на нем охлаждающий кожух, причем скорость охлаждающей жидкости должна быть не менее 1 м/с.

3.2 Устройство для откачивания грунтовых вод

Схема отличается весьма малой потребляемой мощностью, небольшими габаритами и массой и не требует налаживания. Оно содержит датчики уровня воды Е1-ЕЗ, триггер на оптопаре U2, электронный ключ на транзисторе VT1, узел управления насосом на оптопаре U1 и микромощный импульсный источник питания (элементы, размещённые в правой - по рисунку - части схемы).

Устройство работает следующим образом. Пока уровень грунтовых вод находится ниже датчиков E1-E3, полевой транзистор VT1 и транзистор оптопары U2 закрыты, излучающие диоды оптопар U2, U1 обесточены, поэтому оптосимистор последней закрыт и насос, подключённый к зажимам X1 и X2, обесточен. При достижении уровнем воды датчиков E1 и EЗ (они расположены на одном уровне) на затвор транзистора VT1 через сопротивление воды между ними и резистор R1 поступает напряжение положительной полярности с выхода источника питания и транзистор открывается, соединяя эмиттер транзистора оптопары U2 с общим проводом. Когда же продолжающий повышаться уровень воды достигает датчика Е2, открывается транзистор оптопары U2 (базовый ток протекает через воду и токоограничительный резистор R3) и включаются излучающие диоды оптопар U1 и U2. Благодаря положительной оптической обратной связи триггер переключается в единичное состояние ("защёлкивается"). Излучающий диод оптопары U1 включает оптосимистор, и на насос подаётся напряжение питания.