Как сделать аэролифт для скважины своими руками

Эрлифт (аэролифт) для скважины: особенности конструкции, расчет, изготовление своими руками

Эрлифт (от английского airlift) – это техническое устройство, при помощи которого, используя только поток сжатого воздуха, можно откачивать жидкие среды из скважин даже значительной глубины. Аэролифт (это еще одно название данного приспособления) отличается высокой универсальностью и может быть успешно использован для решения различных задач, к которым, в частности, относятся:

• удаление из первичных и вторичных отстойников влажных осадков и избыточного ила;
• обеспечение циркуляции активного ила;
• перекачка сточных вод и других жидких сред, в том числе и химически агрессивных.

Эрлифт в очистных сооружениях

Конструктивные особенности и принцип действия

Первые устройства, работающие по такому же принципу, что и эрлифт, появились еще в конце XVIII в., но активно использоваться в различных отраслях промышленности стали лишь в 90-х гг. XX в. Особого внимания заслуживают эрлифты, разработанные Г.В. Шуховым. Конструкцию подобных устройств, отличающихся оптимальными техническими характеристиками, составляют:

• всасывающее устройство, которое обеспечивает равномерную и дозированную подачу рабочей среды в трубопровод;
• смеситель, в котором осуществляется смешивание сжатого воздуха и рабочей среды;
• труба, по которой двух- или трехфазная рабочая смесь подается от смесителя к устройству, предназначенному для отделения из нее воздуха;
• воздухоотделитель, назначение которого состоит в том, чтобы разделить гидросмесь, поступающую из скважины, на отдельные составляющие (воздух и пульпа);
• трубопровод, по которому от компрессора к смесителю подается сжатый воздух.

Гидравлическая схема эрлифта

Принцип, по которому работают эрлифты, заключается в следующем:

• В скважину, из которой необходимо откачать жидкость, помещается труба.
• К нижней части магистрали, по которой будет осуществляться выкачивание жидкости из скважины, подсоединяется еще одна труба, предназначенная для подачи сжатого воздуха.
• При подаче сжатого воздуха в нижнюю часть отсасывающей трубы образуется смесь, состоящая из жидкости и пузырьков воздуха, которая из-за своей невысокой плотности начинает подниматься вверх по трубопроводу.
• Поднимаясь в верхнюю часть скважины и попадая в специальное устройство, гидросмесь разделяется на отдельные составляющие: воздух, который отправляется обратно в атмосферу; твердые смеси, собираемые в специальной накопительной емкости; жидкая составляющая, которая используется по прямому назначению.

Принцип работы эрлифта

Работающие по вышеописанному принципу аэролифты успешно используются для:

• оснащения очистных сооружений, в которые необходимо регулярно подавать химические реагенты;
• откачивания нефти из подземных источников;
• подъема воды из скважин различной глубины;
• очистки септиков от сточных вод и образующегося в них ила.

Обратная промывка скважины с помощью эрлифта

Используя эрлифт для скважины, колодца или как насос для септика, можно поднимать из них жидкости двумя основными способами:

1. Подавая в них сжатый воздух через трубу большого диаметра.
2. Закачивая воздух в скважину или колодец через трубу небольшого диаметра (в этом случае в откачиваемой жидкости формируется множество мелких пузырьков, наполненных воздухом).

Первый способ используют преимущественно при добыче нефти из подземных источников, а второй – при откачивании жидкостей, отличающихся меньшей, чем нефть, плотностью.

Достоинства и недостатки

К наиболее значимым достоинствам, которыми обладает такое устройство, как эрлифт, можно отнести:

• простоту конструкции, в которой отсутствуют движущиеся и трущиеся детали;
• содержание в жидкости, подаваемой при помощи эрлифта, взвеси в неограниченных количествах;
• возможность легко монтировать и демонтировать эрлифт, элементы которого соединяются между собой при помощи резьбы (такая процедура может потребоваться при реконструкции устройства, а также при выполнении его технического обслуживания);
• устойчивость внутренней части труб, из которых состоит эрлифт, к зарастанию;
• устойчивость к химически агрессивным средам, что обеспечивается использованием в эрлифте труб, изготовленных из соответствующих материалов;
• длительный срок эксплуатации.

Естественно, есть у эрлифта и недостатки, наиболее значимыми из которых являются:

• недостаточно высокий коэффициент полезного действия (КПД);
• невозможность использования для подъема жидкостей из скважин, отличающихся небольшой глубиной.

Следует отметить, что эффективность работы эрлифтов зависит по большей части не от интенсивности подачи в их внутреннюю часть сжатого воздуха, а от диаметра подающей трубы и глубины ее погружения в скважину или колодец.

Выполняя расчет эрлифта, специалисты выбирают лучшее соотношение данных параметров, тем самым добиваясь максимально возможного КПД для конкретного случая использования подобного устройства.

Как самостоятельно изготовить эрлифт

При желании такой насос для септика, скважины или колодца, как эрлифт, можно изготовить и своими руками, не прибегая к услугам сторонних специалистов. Если вы хотите изготовить эрлифт своими руками, имейте в виду, что такая процедура потребует проведения предварительных расчетов. К рассчитываемым параметрам, в частности, относятся:

• глубина, на которую в скважину необходимо опустить смеситель, – H;
• диаметры труб, используемых для подачи в скважину воздуха и откачки из нее жидкости.

Такой параметр, как высота, на которую будет осуществляться подъем жидкости (h), не рассчитывается, так как он напрямую зависит от глубины бурения скважины.

Расчетная схема эрлифта

Для расчета глубины погружения смесителя во внутреннюю часть эрлифта используют следующую формулу:

H = kh , где k – это коэффициент погружения смесителя эрлифта под динамический уровень.

Таблица 1. Влияние отношения глубины погружения к высоте подъема на КПД эрлифта

Таблица 2. Практические данные для расчета водоподъемной трубы (значения указаны для 70% погружения)

Таблица 3. Данные для определения процента погружения

Чтобы лучше понять, как сделать эрлифт для скважины своими руками, можно рассмотреть пример изготовления такого устройства для оснащения предварительно пробуренной скважины, вода в которой находится на глубине 20 метров. Итак, самостоятельное изготовление аэролифта в данном случае осуществляется следующим образом.

• Для подачи воды из скважины берут трубу длиной 22 метра, диаметр которой составляет дюйм с четвертью. Такую трубу опускают на требуемую глубину, при этом ее верхняя часть остается над поверхностью земли.
• Примерно на расстоянии 0,5 метра от поверхности земли в трубе выполняют отверстие, в которое монтируют тройник с внутренней резьбой. В нижний отвод такого тройника вкручивают короткую трубу, по которой из скважины будет подаваться жидкость.
• В верхний отвод тройника также вкручивают трубу, длина которой должна составлять примерно 1 метр. Через эту трубу на глубину 20 метров в скважину опускают шланг, по которому будет подаваться сжатый воздух. Диаметр внутреннего отверстия шланга, опускаемого в скважину, должен составлять примерно 10 мм.
• Свободный конец шланга подсоединяют к выходному штуцеру двухцилиндрового компрессора.

Схема самодельного воздушного подъемника жидкости (эрлифта)

После того как вышеописанная конструкция полностью собрана, достаточно включить компрессор, чтобы в скважину начал поступать сжатый воздух и поднимать жидкость с водоносного слоя.

По похожему принципу можно изготовить и компрессор для септика своими руками, который, нагнетая сжатый воздух в нижнюю часть подающей трубы, будет откачивать из септика сточные воды вместе с влажным осадком и илом. Естественно, что изготовить такой насос для септика без расчета всех параметров создаваемой конструкции невозможно.

Эрлифт в септике представляет собой длинную пластиковую трубу, в которую опущен шланг подачи воздуха

Разновидности эрлифтов

В зависимости от конструктивного исполнения и принципа действия аэролифты делятся на два основных типа:

• устройства, работающие по нагнетательному принципу;
• аэролифты всасывающего типа.

В нагнетательных эрлифтах, подающая труба которых опускается под уровень расположения воды, используется сжатый воздух, поступающий от компрессора. Таким образом, устройства данного типа работают по вышеописанному принципу.

В эрлифтах используются три схемы расположения воздушных и водоподъёмных труб

Подающая труба эрлифтов всасывающего типа также опускается под уровень расположения воды. Отличительной особенностью таких эрлифтов является то, что вода в них не выталкивается через подающую трубу, а всасывается в нее сверху. Чтобы обеспечить протекание такого процесса, в подающей трубе создают разрежение воздуха, для чего нужен специальный вакуум-насос.

Аэролифты, кроме откачивания жидкостей из скважин, колодцев и септиков, используются для оснащения аквапонных систем. В этих случаях данное устройство работает одновременно и как насос, и как аэратор воды, насыщающий ее кислородом из окружающего воздуха. Работает такая система, оснащенная эрлифтом, следующим образом:

• Вода под действием сжатого воздуха, нагнетаемого в подающую трубу, из специальных емкостей поступает к лоткам с растениями.
• Из лотков с растениями вода стекает в аквариумы, в которых содержатся рыбы.
• После аквариумов, пройдя систему фильтров, вода возвращается обратно в накопительную емкость.

Использование таких систем, которые приобретают все большую популярность, позволяет подавать воду, насыщенную кислородом, одновременно к растениям и в аквариумы с рыбами.

Источник

Как сделать эрлифт для скважины своими руками

Эрлифт для скважины своими руками — это вполне реальное устройство, которое поможет обеспечить надежную работу собственного водного источника. История такой технологии насчитывает более 200 лет, и за этот период она доказала свою эффективность. Эрлифт становится незаменимым приспособлением, если на загородном участке сооружен не колодец, а скважина, но она не обеспечивает нужный объем воды. При правильном расчете проблему можно решить своими силами.

Сущность технологии

По своей сути, эрлифт (аэролифт) представляет собой разновидность глубинного насоса, который обеспечивает подъем воды за счет ее аэрации. В основу его работы заложен простой физический закон: удельный вес жидкости после насыщения воздухом существенно снижается, что облегчает ее продвижение в вертикальном направлении. Во время эксплуатации устройства поднимаемый поток увлекает с собой не только воду, но и взвеси и осадок.

Работает такой насос следующим образом: в придонную часть скважины (забой) подается сжатый воздух по отдельной трубе. Вода с воздушными пузырьками поднимается вверх, при этом скорость ее подъема и объем будут зависеть от давления воздушной струи и количества поступающего воздуха — чем больше воздуха проникнет в жидкость, тем выше будут параметры водоотдачи.

В то же время, следует учитывать естественный гидравлический процесс: эффективность насоса возрастает по мере воздушного насыщения жидкости до определенного момента, когда достигается оптимальный баланс между жидкой и газовой компонентой среды. Этот баланс соответствует максимальному КПД устройства. Дальнейшее увеличение концентрации воздушной составляющей обеспечивается только повышением давления и не вызывает существенного положительного эффекта.

В чем заключаются преимущества эрлифтов для скважин? С учетом своих особенностей они могут выполнять функции очистки скважин от илистых и глиняных осадков, прокачки скважины эрлифтом с целью очищения воды от песчаных примесей, также возможна откачка воды по принципу колодца.

Данная система позволяет поднимать воду без использования глубинного насоса, что очень важно при малом диаметре скважины, когда размеры не позволяют его погружение. С помощью аэрации забоя можно повысить дебит скважины и реанимировать ее при прекращении поступления воды из-за недостаточного давления в водоносном пласте. Кроме того, насыщение воды кислородом способно повысить ее качество.

Нельзя не отметить и некоторые отрицательные стороны рассматриваемой технологии. К ним можно отнести такие недостатки: необходимость постоянного нагнетания воздуха, что требует энергозатрат на работу компрессора, повышенное давление в скважине оказывает негативное воздействие на ее стенки, что несколько снижает срок службы, вероятность подъема вместе с водой песка и ила при загрязнении забоя.

Конструктивные элементы

Любой эрлифт для подъема воды из скважины включает следующие элементы:

• компрессор для подачи воздуха;
• стальная труба для доставки воздуха к забою скважины;
• металлическая труба для подъема аэрированной жидкости;
• смеситель, обеспечивающий подключение воздуховода к основной трубе.

При желании иметь качественную воду на устье скважины может устанавливаться водоочиститель, который отделяет газовую составляющую и твердые примеси.

В принципе, эрлифт может иметь 3 разных конструктивных исполнения:

• отдельная прокладка труб, когда обе трубы погружаются в скважину параллельно, а их соединение осуществляется через одно большое отверстие, где и устанавливается смеситель;
• воздуховод находится внутри водоотливной трубы;
• основная труба проходит внутри воздуховода, а насыщение воды воздухом осуществляется через перфорированный нижний участок.

Выбор конструкции эрлифта зависит от размеров скважины. Наиболее распространенным является первый вариант. Его разновидность может осуществляться без погружения водоотливной трубы — ее роль исполняет скважинная обсадная колонна. В этом случае рядом с основной скважиной производится бурение вспомогательного створа для опускания трубы, подающей воздух.

В целом, движение жидкости, насыщенной газом, представляет сложный гидродинамический процесс. Поэтому для выбора конструкции учитываются только основные технические параметры. Следует выделить такие характеристики стандартных эрлифтов для скважин:

• производительность — обеспечивается с учетом потребности воды, причем оптимальные величины находятся в диапазоне 20-50 куб.м/ч;
• диаметр трубы для подъема воды: 60, 110 и 160 мм;
• диаметр воздуховода — 20-63 мм.

Правильный выбор компрессора во многом определяет работоспособность всей системы. Он должен создавать давление воздуха на забое, способное компенсировать давление водяного столба в скважине. Кроме того, для насыщения жидкости надо обеспечить еще и превышение на 0,2-0,4 атм.

Для того чтобы прокачивать скважинный ствол при очистке, давление нужно еще большей величины. Так, при комплектации эрлифта в питьевой скважине глубиной 50 м и естественным уровнем воды 30 м потребуется компрессор, развивающий давление порядка 2,5-2,6 атм.

Принципы расчета системы

Самодельный эрлифт будет выполнять свои функции при условии проведения правильного расчета основных характеристик. Для обустройства системы необходимо знание следующих параметров:

1. Уровень воды в скважине описывается 2 основными величинами: статический уровень (Н1) — глубина верхней границы воды до работы эрлифта, и динамический уровень (Н) — глубина до воды после запуска системы.
2. Глубина погружения трубы для подачи воздуха. Она складывается из Н и глубины погружения в водяной столб (h), то есть Н+h.

Эти параметры обуславливают выбор давления, которое необходимо обеспечивать компрессором.

Помимо указанных параметров, определение производительности установки невозможно без уточнения некоторых размеров элементов конструкции. Важное значение имеют такие величины: диаметр обсадной колонны скважины Дс, диаметр водоподъемной трубы Дж и диаметр воздуховода Дв. Эти размеры взаимосвязаны и определяют объем поднимаемой воды (Vв).

Так, при Дс до 100 мм Vс в пределах 1-2 л/с обеспечивается при Дж — 40 мм и Дв — 12 мм, а Vс порядка 3 л/с при Дж — 50 мм и Дв — 13-20 мм. Увеличение производительности происходит при больших размерах скважины, что дает возможность применения труб большего диаметра. Например, Vс порядка 9-12 л/с при Дс — до 200 мм достигается при Дж — 85-90 мм и Дв — 14-30 мм, а 22-32 л/с при Дс — 250 мм, Дж — 120-126 мм, Дв — 40-50 мм.

Глубина погружения h связана напрямую с общей высотой подъема воды. Так, при высоте подъема до 15 м соотношение 100h/(h +Н) выбирается порядка 67-72%; в диапазоне 16-30 м — 60-65%; 30-60 м — 50-59%; 60-90 м — 44-49%.

Кроме того, отношение h/Н определяет КПД эрлифта. Максимальное значение коэффициента (порядка 37,8%) можно ожидать при h/Н — 2,2-2,25. При h/Н=8,7 к.п.д. минимален (в пределах 26,4-26,6%).

Давление при начале работы компрессора определяется по статическому уровню, то есть высоте водного столба, равного Н1, а при эксплуатации его можно снизить до величины, соответствующей динамическому уровню Н. При этом уровень Н всегда существенно ниже уровня Н1.

Еще один параметр, требующий определения при проектировании системы, — это необходимый объем воздуха (Vв). Его принято рассчитывать в виде: куб.м воздуха на каждый куб.м поднимаемой воды. Расчет проводится по формуле: Vв=Н/Сlg0,1(h+10), где С — табличный коэффициент, связанный с величиной погружения труб (имеет значение от 8,4 до 14,3 при изменении погружения от 35 до 75%).

Обустройство системы

Эрлифт своими руками монтируется с учетом приведенных параметров и размеров. Подбирается основная труба для подъема воды диаметром 40-130 мм. В нижней части на высоте 10-20 см от торца формируется отверстие, в которое вставляется конец трубы для подачи воздуха диаметром 12-50 мм. Стык тщательно герметизируется.

Обе трубы погружаются в скважину на нужную глубину (Н+h). Верхний конец воздуховода соединяется со штуцером компрессора. Трубы на устье скважины надежно крепятся хомутами. Достаточно часто подача воздуха обеспечивается по гибкому шлангу.

В таком случае он протягивается внутри металлической трубы воздуховода и вводится в основную трубу. При монтаже системы рекомендуется предусмотреть возможность более глубокого погружения труб в процессе эксплуатации, при естественном изменении статического уровня подземных вод.

При изготовлении эрлифта своими руками следует заранее приготовить такой инструмент и оборудование: сварочный аппарат, болгарка, инструмент для нарезания резьбы, приспособление для изгибания труб, плоскогубцы, молоток, отвертка, ножовка по металлу, набор гаечных ключей, напильники, кисть малярная, электродрель, рулетка, линейка металлическая.

Эрлифт является системой, способной обеспечить подъем воды из скважины без использования насоса. Его можно сделать своими руками, для чего необходимо правильно определить основные технические параметры.

Источник