Расчет основных характеристик и элементов конструкции скважины

Расчет конструкции скважины является обязательным этапом комплексной работы по обустройству индивидуального водоснабжения. В ходе предварительного расчета конструкции скважины будут установлены основные параметры непосредственно источника и характеристики оборудования, которым он будет укомплектован.

Общая схема конструкции скважины.

Основные параметры расчета конструкции скважины

В процессе расчета должны быть определены основные параметры. Их можно взять из паспорта любой скважины. Данный перечень включает в себя:

1. Дебет скважины.
2. Глубину опускания скважинного насоса.
3. Внешний диаметр поверхностной трубы.
4. Минимальный внутренний диаметр трубы обсадки.

Рассчитанная конструкция скважины.

Также расчет конструкции скважины предполагает определение требуемых рабочих характеристик используемого оборудования и приспособлений, таких как насос, трубы, провода и пр.

В процессе расчета конструкции скважины основное внимание уделяются такому параметру, как глубина опускания насоса. Она отсчитывается от поверхности земли. Внутри скважинного колодца должен быть установлен оголовок. Его размещают на глубине порядка 2 м. Это значение обязательно учитывается в процессе расчета конструкции скважины на этапе определения нужного количества материала.

Определение основных характеристик насоса

В первую очередь нужно выбрать подходящий насос для скважины. Источник может работать с погружным или самовсасывающим насосом. Самовсасывающие агрегаты способны поднимать воду с глубины до 7-9 м. В случае с усовершенствованными моделями с выносным эжектором этот параметр увеличивается до 40 м. Но специалисты рекомендуют воздерживаться от их применения ввиду существенного увеличения расходов на электроэнергию.

К преимуществам всасывающего скважинного насоса относят следующее:

Схема монтажа скважинного насоса.

1. Конструкция продается в виде готовой станции. Весь монтаж сводится к ее гидравлическому подключению к источнику.
2. Насос устанавливается наверху, что позволяет без лишних сложностей выполнять его осмотр и профилактический ремонт. Непосредственно ремонтом придется заниматься гораздо реже, по сравнению с погружным насосом, т.к. всасывающий работает в менее жестких условиях.

Таким образом, всасывающий насос является лучшим выбором для скважин с уровнем воды до 9 м. В остальных ситуациях единственным возможным вариантом является погружной насос.

При выполнении расчета конструкции скважины нужно определить ее дебит. Насос должен иметь производительность, на 10-30% превышающую дебит источника. Игнорирование этого требования приведет к тому, что через время скважина попросту заилится.

Расчет насоса для скважины

Одним из важнейших этапов расчета является определение минимальной производительности скважинного насоса, нужной для удовлетворения потребностей объекта водоснабжения. В случае с промышленными объектами все рассчитывается в индивидуальном порядке. В таких ситуациях нужно учитывать специфику производства и количество задействованного персонала.

Схема установки скважинного насоса и графического расчета напора.

В случае же с частным домом для определения водопотребления достаточно знать нормативные данные по разным точкам водопотребления. Чаще всего при расчете опираются на то, что 1 человек за сутки потребляет 200 л воды. Основная масса этого объема жидкости расходуется в утреннее и вечернее время, в сумме в среднем за 2 часа. Таким образом, семья из 4 человек будет потреблять в среднем 0,5 м³/час. Если вода используется и для других нужд, к примеру, полива растений, нужно добавить к расходу примерно 1,5 м³/ч. В большинстве случаев этого достаточно. Таким образом, минимальная производительность насоса для скважины должна составлять 2 м³/ч.

Одновременно с этим нужно рассчитать такой важный параметр, как напор насоса. Для этого используется простая формула. В соответствии с ней для расчета минимального напора насоса в метрах нужно взять значение перепада между динамическим уровнем воды и самой высокой точкой водопотребления (если используется всасывающий насос, берут расстояние между ним и наивысшей водозаборной точкой), добавить к нему значение давления в системе (чаще всего берется значение в 2,5-3 атм, умноженное на 10,2, и дополнительно добавить суммарные гидравлические потери.

Схема подключения фильтра и насоса.

Что касается суммарных гидравлических потерь, для расчета этого показателя нужно владеть следующими данными:

1. Потерями по длине трубопровода. Как правило, берется 10% от суммарной длины трубопровода.
2. Местными потерями на тройниках, фильтрах, уголках, задвижках и пр. Принимается значение равное 15-20% от суммарных потерь.

В завершение подбора такой составляющей конструкции скважины, как насос, необходимо определиться с маркой и подходящей моделью. Технические характеристики агрегата должны в максимальной степени соответствовать определенным в процессе расчета. При покупке помните, что лучше взять с запасом, чем с недостатком.

И последний момент – сравнение диаметра подходящего по характеристикам насоса с диаметром скважины. У насоса этот показатель должен быть меньше. Если обустройство источника будет выполняться с использованием скважинного адаптера, обязательно предусмотрите, чтобы насос проходил в месте установки статической части данного приспособления.

Что учитывается при расчете дебита скважины?

В расчете конструкции скважины одним из наиболее важных параметров является дебит. Данная характеристика определяет количество воды, которое способна выдать конкретная скважина за выбранный промежуток времени. Для расчета дебита скважины вам нужно иметь следующие данные:

Схема распределения диаметров бурения для артезианской скважины.

1. Статический уровень воды. Отражает расстояние от водяного зеркала в покое. Измерить можно при помощи веревки с любым грузом на одном из концов. Конец с грузом опускается в воду. Длина веревки позволяет судить о статическом уровне воды.
2. Динамический уровень воды. Он измеряется после включения насоса. При работе агрегата уровень воды уменьшается. Он и называется динамическим. Если после включения насоса водяной уровень в скважине не изменился, это свидетельствует о том, что в нее поступает столько же воды, сколько откачивается. Также это позволяет сделать вывод о том, что насос имеет такую же производительность, как водозабор. Если же насос будет более мощным, чем дебит скважины, это приведет к постоянному уменьшению динамического уровня. Уменьшаться он будет до тех пор, пока воды вовсе не останется. Если разница между динамическим и статическим водяным уровнем не выходит за пределы 1 м, это позволяет судить о высокой производительности скважины.

Производительность источника лучше всего определять опытным путем. Для этого понадобится насос более высокой мощности и мерная емкость с известным объемом. На дно скважины устанавливается насос. Оборудование включается и работает до тех пор, пока из скважины не будет откачана вся вода. После этого нужно выключить насос и засечь время восстановления уровня жидкости. Зная время восстановления прежнего уровня и объем выкачанной воды, вы сможете с легкостью определить дебит скважины. Нужно лишь разделить значение объема воды на время.

Пример расчета дебита скважины

Чтобы получить более точные результаты расчета производительности источника, можно использовать специальную формулу. К примеру, глубина водозабора до фильтра равняется 50 м. Статический уровень воды равен 30 м. Высота же водного столба, на основании этих данных, составит 20 м.

Схема устройства скважины и технология ее работы.

Первый забор воды выполняется при помощи насоса с расходом в 2 м³/ч. Динамический уровень будет равняться 37 м (вода откачивалась 1 ч). Для расчета дебита нужно взять значение производительности насоса, разделить его на разность между динамическим и статическим уровнями воды, а затем умножить полученное значение на глубину скважины. В данном примере дебит будет равен 5,7 м³/ч.

Для второго водозабора используется насос с производительностью в 4 м³/ч. В данном случае был получен динамический уровень равный 41 м. Дебит источника исходя из этих значений составит 7,2 м³/ч. После этого вам нужно найти удельное значение. Для его расчета используется формула, в соответствии с которой разность между вторым и первым расчетными дебитами делится на высоту падения водного столба (в этом примере она составляет 7 и 11 м). Подставив значения, вы получите, что дебит равен 0,375м³/ч.

Проведенный расчет позволяет сделать вывод, что увеличение динамического уровня на 1 м приводит к повышению дебита рассматриваемой скважины на 0,375 м³/ч. С помощью полученного значения можно рассчитать показатель максимального дебита скважины, при котором вода опустится до фильтра.

Для расчета максимального дебита нужно умножить значение удельного дебита на максимальную высоту. Максимальная мощность скважинного насоса должна быть на 10% меньше полученного значения. В этом примере максимальный дебит скважины составляет 18,75 м³/ч. Таким образом, насос может иметь мощность до 16 м³/ч.

Расчет труб и троса для насоса

Устройство фильтра для очистки воды в скважине.

При расчете конструкции скважины нельзя упускать из внимания характеристики таких элементов, как трубы и трос для насоса. Чтобы минимизировать потери давления, рекомендуется прокладывать трубы 32 диаметра. Длину трубы подбирайте в соответствии с глубиной погружения насоса и запасом 100-150 см.

Трос тоже нужно подбирать по глубине погружения насоса. По одному метру с каждой стороны троса будет уходить на петли крепления к оголовку и скважинному насосу. Специалисты рекомендуют выполнять крепление с использованием тросов из нержавеющей стали. Они характеризуются наиболее высокой надежностью. Оптимальный диаметр – 2-3 мм. Для выбранного диаметра купите 4 зажима. Они тоже должны быть сделаны из нержавейки.

Расчет питающего кабеля для насоса и оголовка скважины

Питание насоса для скважины осуществляется с применением специальных силовых кабелей, предназначенных для использования в питьевой воде. В подавляющем большинстве случаев достаточно кабелей сечением 3х1,5 мм. В отдельных ситуациях нужно использовать кабель 4х2,5 мм.

Схема проведения работ по прокачке скважины.

Для определения длины кабеля используется формула, в соответствии с которой к глубине погружения насоса прибавляется расстояние между скважиной и реле давления, обеспечивающим управление скважинным насосом. Максимально возможная длина кабеля напрямую связана с его сечением. Превышение допустимой величины приведет к потерям напряжения.

Соединение кабеля скважинного насоса с питающим кабелем осуществляется с применением специальной кабельной термоусаживаемой муфты. Можете использовать изделие от любого производителя, в данном случае качество зависит только от правильности выполнения монтажных работ, т.к. изготавливаются подобные изделия в соответствии с едиными утвержденными нормами.

При расчете и проектировании конструкции скважины нужно уделить должное внимание выбору оголовка. Такие изделия изготавливаются из пластика и чугуна. Владельцы частных домов преимущественно используют более бюджетные пластиковые модели. Оголовок традиционно маркируется двумя цифрами, к примеру, 152-32. В данном случае 152 указывает на диаметр обсадной трубы, а 32 – выход напорного трубопровода.

Расчет магистрали от скважины до дома

И последним важным этапом расчета конструкции скважины является определение оптимального расстояния между скважиной и домом (другими обслуживаемыми объектами). Трубы могут прокладываться несколькими разными способами. Самые популярные варианты следующие.

В соответствии с первым и самым простым методом сначала готовится основание траншеи, которая обязательно должна быть очищена от торчащих камней и различного мусора. Выполняется песочная засыпка слоем порядка 5 см. Труба с питающим кабелем продевается через трубную изоляцию. Стыки изоляционного материала оборачиваются скотчем.

С целью обеспечения защиты от замерзания трубы в изоляцию рекомендуется проложить греющий кабель. Он соединяется с трубой хомутами или обыкновенной изолентой.

Расположение скважины на участке относительно септика.

Сверху труба в изоляции засыпается песком и грунтом.

Второй способ является более надежным. В этом случае прокладка трубопровода осуществляется с применением канализационной трубы диаметром 11 см, предназначенной для внешнего использования. Повороты выполняются отводами до 45°. В целях повышения надежности в капсулу можно заложить 2 водопроводные трубы. Одна будет основной, а вторая резервной. Греющий кабель прокладывается до глубины промерзания или на всю длину конструкции. При использовании греющего кабеля и такой прокладке трубы изоляцию можно не применять.

В случае прокладки магистрали выше точки промерзания почвы рекомендуется изолировать 11-см капсулу изоляционным материалом. Можно использовать «скорлупу» из 5-см пенопласта.

Это основные этапы расчета конструкции скважины. В зависимости от конкретных условий расчет может включать и ряд дополнительных параметров, которые определяются уже в индивидуальном порядке на объекте. Уделите предварительному расчету должное внимание, чтобы готовая скважина была надежной, эффективной и долговечной.