Опыт применения водокольцевых насосов (ВВН) для вакуумирования скважин водопонижения
Аннотация. Рассмотрен практический опыт применения водокольцевых насосов (ВВН) для вакуумирования скважин при выполнении водопонижения. Приведено сравнение ВВН-25 и УВВ3А-6КМ. Описана упрощённая методика подбора насосного оборудования для вакуумирования скважин.
Ключевые слова: водопонижение, вакуумирование скважин, водокольцевой насос, подбор насосного оборудования.
Когда нужно вакуумирование
Вакуумирование скважины - один из методов увеличения её производительности и дополнительного снижения уровня грунтовых вод. Метод применяется в условиях малой водопроницаемости и небольшой водоотдачи грунтов, особенно при тонком переслаивании водоносных и водоупорных прослоев.
На практике при осушении грунтов с коэффициентами фильтрации менее 2 м/сут насосы типа ЭЦВ нередко не обеспечивают требуемого понижения: фактический Кф оказывается ниже проектного. В таких случаях вакуумирование увеличивает дебит скважин и улучшает понижение уровня. Дополнительный эффект - раскольматация прифильтровой зоны при многократном создании и срыве вакуума (аналог свабирования).
Конструктивные требования к вакуумируемой скважине
- Фильтровые интервалы - не менее 3 м от нижней кромки откосов котлована.
- Затрубное пространство надфильтровых участков (от верха фильтровой колонны до устья) - цементируется или изолируется бентонитом.
- Приустьевая зона - бетонируется или изолируется на расстояние не менее 2 диаметров скважины в каждую сторону и на глубину не менее 3 диаметров.
- Оголовок герметично закрывается; обеспечивается герметичность в точках вывода водоподъёмной трубы, силового кабеля и вакуумной трубки.
Вакуум создаётся вакуумным насосом у устья скважины. Насос можно подключить к коллектору и вакуумировать несколько скважин одновременно.
Сравнение ВВН-25 и УВВ3А-6КМ
| Параметр | УВВ3А-6КМ | ВВН-25 |
|---|---|---|
| Стоимость | ~500 тыс. руб. | ~50 тыс. руб. |
| Мощность | 18,5 кВт | 0,75 кВт |
| Масса | 800 кг | 18–25 кг |
| Габариты (м) | 2,0 × 0,8 × 1,4 | 0,4 × 0,3 × 0,3 |
| Принцип работы | Моноблочный насос + эжекторная кассета | Водяное кольцо - простая и надёжная схема |
| Макс. скважин на установку | 8 | 2 |
| Обслуживание | Требует спецтехники (вес, габарит) | Обслуживается вручную |
Результаты полевого испытания
На одном из объектов специалисты компании сравнили ВВН-25 и УВВ3А-6КМ в идентичных условиях:
- УВВ3А-6КМ: дебит 3,6 м³/ч, вакуум 91 кПа; при выключении - 3,2 м³/ч.
- ВВН-25: дебит 3,5 м³/ч, вакуум 89 кПа; при выключении - 3,1 м³/ч.
Результаты практически идентичны. ВВН-25 работал стабильно несколько суток. Повторные замеры по окончании ОФР показали увеличение дебита скважины на 11–13% при применении вакуумирования.
Линейка компактных водокольцевых насосов
| Модель | Производительность | Мощность | Масса |
|---|---|---|---|
| НВВ-12 | 12 м³/ч | 0,55 кВт | 9 кг |
| НВВ-25 | 25 м³/ч | 0,75 кВт | 18 кг |
| НВВ-50 | 50 м³/ч | 1,50 кВт | 24 кг |
| НВВ-75 | 75 м³/ч | 3,00 кВт | 32 кг |
Остаточное давление - 40 мм рт.ст. (≈ 0,05 атм).
Методика подбора насоса для вакуумирования
Основные расчётные методики приведены в «Пособии по проектированию защиты горных выработок от подземных и поверхностных вод» (к СНиП 2.06.14-85 и СНиП 2.02.01-83).
Главный расчётный показатель - приток воздуха при вакуумировании. Основная неопределённость - коэффициент воздухопроницаемости грунта, который при изысканиях не определяется. Для предварительной укрупнённой оценки используется соотношение динамических вязкостей воды и воздуха:
μводы / μвоздуха ≈ 1×10⁻³ / 1,8×10⁻⁵ ≈ 55
Если сопротивление потока пропорционально вязкости, это отношение позволяет оценить скорость фильтрации воздуха через грунт по известной скорости фильтрации воды - без дополнительных полевых опытов.