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.
Содержание
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:
- 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.
- 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.