Промышленные скважинные насосы

Скважинные насосы - справочная информация

Погружные скважинные насосы (Submersible borehole или submersible deep well pump) позволяют подавать воду из скважин глубиной в десятки и сотни метров. Они позволяют обеспечивать питьевой водой частные дома, административные здания, промышленные предприятия без использования центрального водопровода. По принципу действия относятся к центробежным многоступенчатым насосам. Производительность скважинных насосов колеблется от 10 литров в минуту для небольших моделей до нескольких десятков кубометров в минуту для огромных промышленных насосов. Диаметр насосов зависит от диаметра скважины и может колебаться от 3 до 10 дюймов (от 76 до 254 мм). Некоторые производители делают гигантские насосы диаметром до 28 дюймов (711 мм). 

Скважинные насосы очень популярны во всем мире. Их производят в Америке, Азии, Европе, в том числе в России. На российском рынке представлены в основном насосы из Европы, Китая, а также из России.

Изображение 1. "Слон и моська". Слева показан скважинный насос немецкой фирмы KSB. Высота этого гиганта более 6 метров, а диаметр более 70 см. Справа показан обычный бытовой насос для скважины датской фирмы Grundfos. Высота такого насоса меньше метра, а диаметр 7,6 см. 

Принцип действия и устройство скважинных насосов

Насосы для скважин не похожи на обычные центробежные насосы, даже на погружные. Их внешний вид и внутреннее утройство обусловлены их расположением внутри длинной и узкой скважины. Поэтому насосы для скважин, а также двигатели для них имеют вытянутую цилиндрическую форму. Обычно насос и двигатель поставляются отдельно (кроме моноблочных насосов), а непосредственно перед установкой в скважину соединяются через  муфту в единую вытянутую "сигару".

Из-за того, что диаметр насоса очень мал, то и диаметр рабочих колес (импеллеров) также мал. Зато число этих рабочих колес может достигать в одном насосе двадцати и даже более. Благодаря большому количеству импеллеров, через которые последовательно проходит каждая частичка воды, насосы для скважин развивают очень большое давление, достигающее нескольких десятков атмосфер. Это позволяет поднимать воду с очень большой глубины (более 100 метров).

Изображение 2. Внутреннее устройство насоса для скважины (только насосная часть без двигателя).

Вода через всасывающую камеру попадает к нижнему рабочему колесу. Рабочее колесо вращается и передает каждой частичке воды дополнительную энергию. Через проточный канал диффузора вода попадает к следующему рабочему колесу, где вновь получает дополнительную порцию энергии. После прохождения всех рабочих колес вода через напорный патрубок поступает в напорную трубу, по которой поднимается на поверхность к потребителям. Изготовить хороший скважинный насос достаточно сложно, ведь рабочие колеса постоянно находятся в среде высокого давления. Кроме того, в воде в большей или меньшей степени встречается песок, который приводит к износу внутренних элементов. Этим объясняется высокая популярность не только недорогих отечественных, а также китайских насосов, но и достаточно дорогих насосов европейского производства.

Изображение 3. Внутреннее устройство маслозаполненного погружного двигателя скважинного насоса.

Двигатель погружного насоса для скважины имеет некоторые особенности. Помимо вытянутой цилиндрической формы обязательный компонент двигателя - система выравнивания давления. Благодаря подвижной диафрагме система обеспечивает выравнивание давления снаружи и внутри двигателя. Это необходимо, чтобы смазка двигателя не стремилась попасть наружу в скважину (если бы давление внутри было выше, чем снаружи) и наоборот, чтобы вода из скважины не стремилась попасть внутрь двигателя (если бы давление снаружи было больше, чем внутри). Такая система применяется только в двигателях со смазкой. Для сухих капсулированных двигателей эта система не актуальна.

Особенности скважинных насосов

1. Насос и двигатель охлаждаются перекачиваемой водой. Во избежание перегрева насос всегда должен находиться ниже уровня воды.  Температура воды для всех насосов не должна превышать 30-35 °С. Более теплая вода не позволит защитить насос от перегрева. 
2. При погружении насоса в скважину двигатель находится внизу, а насосная часть вверху.  Во-первых, это связано с тем, что напорный патрубок насоса обращен вверх и двигатель не должен мешать выходу воды из насоса. Во-вторых, при понижении уровня воды в скважине именно двигатель должен остаться погруженным в воду, поскольку может перегреться быстрее.
3. Насосы для скважин крайне желательно использовать совместно с защитной автоматикой управления, которая будет отключать насос при сухом ходе, то есть при падении уровня воды ниже уровня насоса. Некоторые модели насосов имеют встроенную защитную автоматику, но большинство других требуют внешних устройств защиты. Не секрет, что среди всех насосов, именно скважинные имеют самый высокий процент выхода из строев из-за сухого хода.

Изображение 4. Иногда производители поставляют скважинные насосы сразу в комплекте с автоматикой поддержания давления с защитной функцией. На рисунке показан вариант "коробочного решения", где вместе с насосом сразу предлагается щит управления, кабель питания в защитной оплетке, а также манометр с адаптером.

Разновидности насосов для скважин

По типу двигателя скважинные насосы делятся на маслозаполненные с уплотнением и сухие капсулированные.

• Двигатели со смазкой подшипников (oil filled motor) более просты в изготовлении, достаточно надежны и ремонтопригодны. Однако при их использовании есть пусть и малый, но все же риск попадания внутренней смазки (обычно гликолевой) в скважину при повреждении уплотнений насоса. В большинстве случаев это не критично. Благодаря более низкой цене именно такой тип двигателей получил наибольшее распространение.
• Сухие экологические двигатели с капсулированной обмоткой (canned motor) скважинных насосов более технологичны и имеют высокий срок службы. Сделать двигатель без масла сложнее, ведь масло защищает его от перегрева. Такие двигатели полностью исключают риск попадания масла в скважину. Из-за того, что ротор двигателя скрыт капсулированной оболочкой, такие двигатели неремонтопригодны.

По возможности замены двигателя насосы делятся на моноблочные и муфтовые.

• Моноблочные насосы имеют единый корпус насоса и двигателя, а вал насоса является продолжением вала двигателя. При выходе одного из них из строя заменить придется насос полностью. Моноблочные насосы дешевле и чаще используются в бытовых целях.
• В муфтовых насосах насос и двигатель поставляются отдельно друг от друга и соединяются воедино посредством муфты. Такие насосы дороже, но позволяют при поломке двигателя или насосной части заменить только сломанный элемент. При непрерывной эксплуатации насоса выгоднее использовать такие насосы.

По пескостойкости насосы делятся на стандартные и пескостойкие.

• Стандартные насосы допускают содержание песка в перекачиваемой жидкости не более 50-60 г/м3.
• Пескостойкие насосы допускают содержание песка от 100 до 300 г/см3.

Следует отметить, что большее содержание песка не означает невозможность насоса перекачивать воду. Обычно это означает ускоренный износ внутренних деталей насоса и уменьшение срока службы.

По материалу рабочего колеса бывают насосы с пластиковыми или металлическими импеллерами.

• Большинство современных моделей насосов предпочитают делать рабочие колеса и диффузоры из полимеров (в основном, noryl). Это дешевле, но такие колеса больше подвержены износу от песка из скважины.
• Некоторые модели насосов имеют рабочие колеса и диффузоры из пищевой нержавеющей стали AISI 304. Это более дорогое, но более долговечное решение.
• Для больших промышленных насосов обычно используются рабочие колеса из чугуна.  Чугун не так стоек к коррозии, но зато недорог и хорошо переносит абразив.