Электронная библиотека Веда
Цели библиотеки
Скачать бесплатно
Доставка литературы
Доставка диссертаций
Размещение литературы
Контактные данные
Я ищу:
Библиотечный каталог российских и украинских диссертаций

Вы находитесь:
Диссертационные работы России
Технические науки
Машины и средства механизации сельскохозяйственного производства

Диссертационная работа:

Туркин Алексей Алексеевич. Повышение эффективности защиты скважин сельскохозяйственного назначения от пескования : диссертация ... кандидата технических наук : 05.20.01 / Туркин Алексей Алексеевич; [Место защиты: ФГОУВПО "Красноярский государственный аграрный университет"].- Красноярск, 2009.- 162 с.: ил.

смотреть содержание
смотреть введение
Содержание к работе:

Список принятых обозначений 4

ВВЕДЕНИЕ 7

1 СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ 12

  1. Характеристика и технические требования к системам стимулирования водоотбора с учетом защиты скважин от пескования 12

  2. Методы и средства защиты скважин от пескования 21

  3. Совершенствование методов и технических средств защиты

скважин от пескования 30

1.4 Выводы 35

2 ТЕОРЕТИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ ПАРАМЕТРОВ
ТЕХНИЧЕСКИХ СРЕДСТВ СИСТЕМЫ ЗАЩИТЫ СКВАЖИН

ОТ ПЕСКОВАНИЯ 36

  1. Основные принципы системы защиты скважин от пескования 36

  2. Теоретическое обоснование процессов и технических средств

защиты скважин от пескования 39

2.3 Конструктивно-технологическая схема системы

защиты скважин от пескования 43

  1. Теоретические модели гидропневматического обоснования технических средств защиты скважин от пескования 54

  2. Методика расчета системы защиты скважин от пескования 59

  3. Выводы 73

3 МЕТОДИКА ЭКСШРИМЕНТАЛЬНОГО ИССЛЕДОВАНИЯ 75

  1. Программа экспериментальных исследований 75

  2. Объекты экспериментальных исследований 78

  3. Модели оптимизации параметров технических средств защиты скважин от пестсопяїтиїг 84

  4. Методика лабораторных исследований 87

  5. Методика производственных испытаний 94

  6. Обработка результатов эксперимента и оценка погрешностей 102

Выводы 104

4 РЕЗУЛЬТАТЫ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ
СРЕДСТВ МЕХАНИЗАЦИИ ЗАЩИТЫ СКВАЖИН ОТ
ПЕСКОВАНИЯ 106

4.1 Оценка эффективности функционирования скважин с

водоотбором в песчаных пластах 106

  1. Результаты лабораторно-стендовых испытаний 109

  2. Результаты производственных испытаний системы защиты

скважин от пескования 127

4.4 Выводы 130

5 РЕЗУЛЬТАТЫ ВНЕДРЕНИЯ И ТЕХНИКО - ЭКОНОМИЧЕСКИЕ
ПОКАЗАТЕЛИ ПРЕДЛАГАЕМЫХ СРЕДСТВ МЕХАНИЗАЦИИ
ЗАІЦИТЬІСКВАШШОТШСКОВАНИЯ 132

5.1 Результаты внедрения средств механизации защиты

скважин от пес.т-гпкянкя 132

  1. Технттко - экономические показатели и экономическая эффективность средств механизации защиты скважин от пескованіія 133

  2. Годовые издержки на эксплуатацию 135

  3. Расчёт дополнительного эффекта от использования техники 138

  4. Экономия затрат на эксплуатацию скважины 140

5.6 Срок окупаемости затрат инвестора 140

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ '. 141

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК 143

Приложения 159

Приложение А 160

Приложение Б 163

Приложение В 167

Приложение Г 168

Приложение Д 169

Приложение Е 173

Список принятых обозначений 1. Основные величины

1.1 Параметры, показатели и коэффициенты устройства защиты скважин от
пескования
.

Fr, FM, д, SF - сила гидродинамического давления на фильтрующий фланец,

сила, передаваемая на мембрану и фланец; сила давления на опорный шток.

сумма сил, действующих на мембрану и фланец со стороны раструба, Н;

Нр, Нф, Н - напор воздуха, подаваемый эжектором, создающий рассеченное

давление на входе в калиброванное отверстие, напор воздуха в надмембранной

камере, потери напора, м;

Qp, Q(h) — расчетный расход воздуха в пневматическом трубопроводе, расход

воздуха в зависимости от перемещения фланца, м /с;

h - перемещение мембраны при укладке и уплотнении калиброванного

галечника, м;

S, S0, SM - общая площадь отверстий фланца, площадь поперечного сечения

водовыпускного отверстия, площадь надмембранной камеры, м ;

сіф, d, dM - диаметры фланца, патрубка, ширина мембраны, м;

RM, Щ — радиусы мембраны и фланца, м;

г — расстояние от центра фланца до кольца, крепления мембраны, м;

\ь, jLi0> M-om - коэффициенты расхода истечения через приемный фланец,

водовыпускного отверстия мембранного устройства, эжектерного приемника,

б/р;

— коэффициент дополнительного сопротивления, б/р.

1.2 Общие величины
р - плотность, кг/м3;

q - ускорение свободного падения, м/с (q = 9,81); V - скорость, м/с; W — объем, м ; t - время, с.

1.3 Параметры и коэффициенты скважины

Кф - коэффициент фильтрации водоносного пласта, м/сут;

q — количество воды, притекающей к скважине, кг/сут;

юэ, S% (Я) - эквивалентная площадь поверхности равного напора, м2;

Rc - радиус окружности, описанной из центра скважины (в смысле Дюпюи), м;

Нв — бытовая мощность водоносного пласта, м;

Qo ,Qb~ дебит скважины, водозабора, м3/сут;

Ahc(t) — понижение уровня воды в скважине при откачке продолжительностью

t(cyT), м;

R — гидравлическое сопротивление, б/р;

h0 - скачок уровней воды в скважине и за ее стенками в водоносном грунте, м;

а - коэффициент, зависящий от конструкции фильтра, ил;

Sp - рабочая площадь фильтра, м2;

d, 1 - внешний диаметр и длина фильтра, м;

J — градиент напора, м/сут;

L — путь фильтрации, м;

п - пористость искусственного галечникового фильтра, б/р;

U - скорость фильтрации, м/сут;

8 - объемная масса скелета грунта, тн/м3;

Кс - коэффициент сопротивления, Н/м ;

Sr - миделево сечение, м3; -

Д - коэффициент диффузии, кг/с;

С (z, х, у) — концентрация взвешенных частиц на уровне z в поперечном

сечении (х, у), %о;

I - уклон кривой депрессии, м/сут;

ау - коэффициент уровнепроводимости водоносного пласта, б/р;

К„ - коэффициент проницаемости, м2;

у - плотность жидкости, кг/м ;

т| - динамическая вязкость жидкости, Па-С.

2. Основные операторы

—, —,-символы дифференцирования.

5- - стандартные отклонения;

А, 5 - абсолютная и относительная погрешности;

Р - оператор Лапласа,

К — коэффициент усиления функции;

Т - постоянная времени переходной функции.

3. Принятые сокращения

ПДК — предельно-допустимая концентрация;

КПД — коэффициент полезного действия;

ТО — техническое обслуживание;

ТДШ — торпеды из детонирующего шнура.

Введение к работе:

Пресная вода, без которой не только невозможно функционирование отрасли сельского хозяйства, но и существование самой жизни, составляет основной продукт питания. Прогрессирующее глобальное техногенное загрязнение поверхностных вод (рек, озер, прудов и водохранилищ) усиливает тенденции неуклонного роста потребления пресных подземных вод, и в первую очередь для питьевого водоснабжения населения.

Совершенствование технологий при изучении и разработке подземных водоносных источников привлекало внимание исследователей с давних лет. Еще в XIX веке академик Бэр предложил гипотезу, объясняющую происхождение подземных вод, положив в основу известную теорему Кориолиса. Гипотеза академика А.П. Павлова, гипотеза профессора А.А. Борзова, климатическая гипотеза академиков А.Д. Архангельского, Н.А. Димо, А.Ф. Лебедева одна из наиболее ранних классификаций воды в горных породах. В своё время, западноевропейские ученые, де Ламбларди, А. Пенк, Л.А. Фабр и др. связывали направление движения подземных вод с вращением земли вокруг своей оси.

Высокий научный потенциал водоотбора из подземных водоносных горизонтов для хозяйственно - питьевого назначения определяется фундаментальными работами Н.Ф. Погребова, Ф.П. Саваренского, O.K. Ланге, А.Н. Семихатова, В.А. Приклонского, Г.Н. Каменского, Н.К. Игнатовича, A.M. Овчинникова, Б.И. Куделина, А.И. Силина-Бекчурина, Ф.М. Бочевера, М.Е. Альтовского, Д.М. Кац, B.C. Истоминой.

Красноярский край очень богат пресными подземными водами, а отбор их, на современном этапе, относительно мал. Общий объём водоснабжения из подземных источников на территории Российской Федерации составляет свыше 80% (14,76 млн. м3/сут) от всего водопотребления страны. Более 60% из имеющихся 180576 скважин, предназначено для нужд сельскохозяйственного водоснабжения и водопользования. На уровне ниже среднего находится состояние санитарно-технических систем водоснабжения, 89566 скважин

(49,6%) эксплуатируются 19 и более лет, износ их близок к критическому. Требуют немедленного ремонта 25100 скважин (13,9%), а 17000 ожидают проведения тампонажных работ. Свыше 50% не имеют зон санитарной охраны, что приводит к интенсивному загрязнению подземных источников, и необходимости перехода, при строительстве водозаборных скважин, на более глубокие водоносные горизонты. [127, 128] Очаговое загрязнение подземных источников современного хозяйственного питьевого водоснабжения Красноярского края, с превышением содержания нормируемых компонентов от 1 до 100 ІГДК, установлено в Ачинском, Назаровском, Шарыповском, Минусинском, Канском, Дзержинском районах, а также в окрестностях самого Красноярска. На этот показатель, кроме отсутствия санитарно-охранных зон, влияет большое количестве брошенных скважин, которые загрязняются стоками промышленно-хозяйственных отходов.

В указанных выше районах доля подземных вод в хозяйственно-питьевом водоснабжении превышает 90%.

В настоящее время в крае учтено 3321 водозаборов, из которых 247 являются групповыми, а остальные 3074 представляют собой одиночные скважины. Модуль общих прогнозных (потенциальных) эксплуатационных ресурсов, исключая зону вечной мерзлоты, составляет 1,64 л/с/км , а величина модулей современного водоотбора не превышает 0,1 л/с/км .

В настоящее время в число первостепенных выдвигаются проблемы интенсификации производства, ресурсоэнергосбережения, экологического состояния водных резервов. Как никогда остро поставлен вопрос поиска путей экономии воды, электроэнергии, трудоресурсов, чего можно достичь автоматизацией и техническим совершенствованием водоотбора из скважин. Для повышения эффективности водоотбора необходимы мероприятия по увеличению производительности скважин. Уменьшение производительности водозаборов подземных вод, по сравнению с расчетной, может быть обусловлено влиянием следующих факторов: выработкой запасов, изменением параметров водоносного пласта за счет слива в наиболее проницаемой зоне,

влиянием слабопроницаемых пород. Самым опасным является уменьшение дебита скважин, связанное с процессом пескования. Особо важным направлением для сохранения или повышения водоотбора из скважин с песчаным водоносным горизонтом является проблема защиты скважин от кальмотации и пескования.

Цель работы - повышение эффективности защиты скважин сельскохозяйст-венного назначения от пескования, для стимулирования процесса водоснабжения из песчаного водоносного горизонта.

В соответствии с состоянием изучаемой проблемы и поставленной целью предусматривалось решение следующих задач:

  1. Провести анализ работы по защите скважин сельскохозяйственного назначения от пескования.

  2. Теоретически разработать схему зашиты скважин от пескования с обоснованием технологических процессов.

3) Разработать методику и исследовать взаимосвязь параметров и
режимов работы технических средств защиты скважин от пескования.

  1. Обосновать рациональные параметры и режимы работы технических средств защиты скважин от пескования.

  2. Провести оценку эффективности разработанной системы повышения защиты скважин сельскохозяйственного водоснабжения от пескования.

Объект исследования — технология и технические средства защиты скважин от пескования.

Предмет исследования — закономерности взаимосвязи параметров водоподъёма, фильтрации и защиты скважин с/х назначения от пескования.

Научную новизну исследования составляют:

- ресурсосберегающий принцип водоподъёма из водоносных горизонтов путем использования гидропневматического потока для одновременной выкачки песка и создания искусственного фильтра из калиброванного мытого галечника;

математическая модель процесса водоотбора на основе оптимизации параметров средств зашиты скважин от пескования;

конструктивно - технологическая система водоотбора с одновременным созданием искусственного фильтра;

система гидропневматического водоотбора с одновременным созданием искусственного фильтра, удовлетворяющего требованиям работы скважин в непрерывном режиме;

взаимосвязь гидропневматических, гидравлических средств повышения эффективности водоотбора и конструктивных параметров.

Практическую значимость представляют:

способ защиты скважин от пескования сооружением искусственного фильтра из калиброванного галечника, не уступающий естественным аналогам;

конструкция мембранного обратного клапана с регулируемым временем открытия, обеспечивающего стимулирование водоотбора;

методика расчета, предлагаемого способа повышения эффективности водоотбора с использованием гидропневматических устройств;

- рекомендации по сооружению водозаборных скважин.
Реализация работы

Материалы исследований нашли применение при разработке проекта реконструкции системы водоснабжения в ФКХ «Преображенское» Ачинского района, Красноярского края и внедрены в учебный процесс АФ КрасГАУ

Апробация работы

Основные положения диссертационной работы доложены и обсуждены на научных конференциях профессорско - преподавательского состава ФГОУ ВПО «Красноярский государственный аграрный университет» (2002 - 2008 г.г.).

Публикации

Основное содержание диссертации опубликовано в 24 работах, в том числе в двух патентах на полезные модели, две статьи опубликованы в рекомендуемом издании ВАК и одна монография.

Структура и объем. Диссертационная работа изложена на 176 страницах машинописного текста, состоит из введения, пяти глав и основных выводов, иллюстрируется 44 рисунками, содержит 28 таблиц и 6 приложений. Список используемых источников включает 156 наименований, из них 7 иностранных.


© Научная электронная библиотека «Веда», 2003-2013.
info@lib.ua-ru.net