Насос для скважины — виды, особенности монтажа

Насосы для подачи воды из скважины — одни из наиболее распространенных видов агрегатов для водоснабжения. Они способны поднять жидкость с глубины 250 метров и более. Что позволяет обеспечить чистой водой пищевое производство, жилищный комплекс, систему полива сельскохозяйственных предприятий. 

Об основных видах насосов для скважин, особенностях и установки и выбора — в этой статье.

Типы скважинных насосов

Существует несколько часто используемых классификаций подобного насосного оборудования. 

Классификация по способу установки

Ключевым считается способ установки. С этой точки зрения агрегат может быть:

• Погружным. Насос погружного типа располагается непосредственно в скважине, постоянно находится ниже уровня воды. С установленной на поверхности системой водоснабжения и управления его соединяют длинная секционная труба, вариант — армированный шланг, и кабели для подачи питания и связи с датчиками — в продвинутых промышленных моделях. 

• Поверхностным. Скважинный насос устанавливается на поверхности — отсюда и название. В отличие от погружной модели, его корпус не герметичен. Поэтому устройства поверхностного типа устанавливают в месте, защищенном от осадков и прямых лучей солнца. При использовании в составе насосной станции для этого используется павильон с крышей.

• Глубинным. По сути это разновидность погружных агрегатов — при монтаже они также располагаются ниже уровня жидкости. Но имеют больший напор — 100 м и более, тогда как к погружным относят модели до 100 м. Что упрощает выбор модели. Виды глубинных насосов по схеме работы аналогичны погружным. Но имеют больше рабочих секций/элементов. Так, глубинный центробежный агрегат может иметь до 15 и более рабочих колес.

Преимущества и особенности погружных моделей

Главными преимуществами большинства типов погружных скважинных насосов считаются:

• высокая эффективность;

• низкий шум при работе;

• отсутствие необходимости заливки камеры агрегата при пуске после долгого перерыва. 

Вода в его камеру поступает самотеком, поскольку корпус расположен ниже уровня жидкости.

Из-за ограниченных размеров места установки — они определяются диаметром обсадной трубы, у разработчиков таких агрегатов есть только один способ нарастить напор. Для этого в вертикально расположенный корпус центробежного насоса устанавливаются несколько одинаковых по производительности секций с рабочими колесами.

Они соединены единым валом, который в свою очередь приводится во вращение электродвигателем. Каждая следующая секция на своем этапе ускоряет воду, что и позволяет увеличить напор. Такие насосы называют многоступенчатыми. Они способны обеспечивать напор до 250 м и более.

В большинстве регионов России скважины такой глубины не требуются. Артезианский слой, из которого можно получить гарантированно чистую воду, залегает не глубже 100-150 метров. А в некоторых районах он расположен в 40 метрах от поверхности.

Преимущества и особенности поверхностных моделей

Преимуществом поверхностных насосов для скважины считают простоту обслуживания. Провести осмотр и ремонт агрегата можно без извлечения его из скважины, как это требуется для погружной модели. Более того, возможна замена силовой установки без нарушения герметичности системы водоснабжения.

Промышленные насосы поверхностного типа могут иметь конструкцию из двух блоков: двигателя и камеры, валы которых соединяются разъемным способом: фланец, муфта.

Эффективная работа поверхностных насосов для скважины ограничена. Глубина, с которой они способны подавать воду, не превышает 8-10 м. С использованием дополнительного приспособления — эжектора, этот параметр можно увеличить примерно в 1,5-2 раза. Он помогает агрегату поднимать воду, облегчает момент запуска после простоя.

Стоит отметить, что центробежные погружные модели при сравнимых параметрах скважины: глубина, дебит, часто оказываются эффективнее поверхностных. Они также обеспечивают большую производительность. Но простота обслуживания и низкая стоимость владения — ключевые преимущества поверхностных моделей, часто оказываются важнее для предприятия.

Классификация по схеме работы

Виды погружных насосов по использованной производителем схеме работы:

• Центробежные. Рабочее колесо представляет собой диск с лопатками. Их форма и частота установки варьируются в различных по характеристикам агрегатах. За счет изменения этих элементов инженеры добиваются от насоса  большего напора и производительности. Принцип действия основан на отбрасывании воды от центра к стенкам корпуса и нагнетании ее в исходящую трубу/шланг. В центральной зоне возникает разрежение, куда поступает жидкость из входного патрубка.

• Винтовые. Корпус такого агрегата — длинный вытянутый цилиндр. Внутри него располагается рабочий элемент — винт. Иное название — шнек. При вращении его лопасти увлекают воду вверх и выталкивают ее в исходящий патрубок. Эти модели обладают двумя главными плюсами: высоким напором и устойчивостью к твердым включениям в жидкости. Мелкие частицы песка и камня наносят винтовой конструкции меньший вред, чем рабочему колесу центробежной модели.

• Вихревые. Также используют принцип центробежной силы. Но имеют принципиальное отличие в части конструкции рабочего колеса и камеры. Лопатки располагаются только по краям. Такие агрегаты эффективнее центробежных при перекачивании жидкости с включением газов.

• Вибрационные. Получили широкое распространение в бытовых системах водоснабжения благодаря низкой стоимости. В промышленном секторе такие модели не применяются, поскольку не обеспечивают необходимой производительности и напора. Еще один недостаток применения схемы работы в промышленном секторе — значительный уровень вибраций, которые могут передаваться на корпус скважины и ее оборудование.

Особенности установки 

Все виды скважинных погружных насосов монтируются в обсадную трубу. Это позволяет избежать повреждения агрегата из-за смещения грунта и других механических воздействий. При этом диаметр обсадной трубы должен быть больше, чем корпус насоса примерно на 10-15 мм. Это необходимо для эффективного охлаждения корпуса.

Выбор модели насосного оборудования и обсадной трубы для него заметно облегчается сложившимися стандартами. Большинство представленных на рынке производителей их придерживаются. Зная диаметр обсадной трубы, можно выбрать подходящий насос.

При этом первичным при выборе является диаметр обсадной трубы, так как он во многом определяет дебит скважины. Вторым фактором, влияющим на скорость подачи воды, считается мощность водоносного слоя. Глубина его залегания определяет и длину трубы.

Расшифровка маркировки насосов

Чтобы облегчить выбор модели насоса, производители указывают ключевые характеристики агрегата в названии. Для примера разберем маркировку ЭЦВ 12-160-100:

• ЭЦВ — агрегат с электрической силовой установкой, центробежным принципом работы. Буква «В» указывает на назначение модели — перекачивание чистой воды.

• 12 дюймов — внутренний диаметр обсадной трубы. Использование дюймов в качестве единицы измерения размеров скважины обусловлено устоявшимся стандартом, используемым оборудованием для ее бурения. Диаметр такого насоса обычно не превышает 230-240 мм. Что при размере внутренней части обсадной трубы — более 300 мм, дает необходимое пространство, нужное для эффективного охлаждения корпуса.

• 160 — производительность насоса. Показатель измеряется в м³/час. Выбор по производительности зависит от дебита скважины и потребности проектируемой системы водоснабжения.

• 100 — напор, выраженный в метрах. При выборе насоса по напору учитывают глубину залегания водоносного слоя и высоту/длину трубопровода, организованного над скважиной. Этот участок создает гидравлическое сопротивление, снижающее потенциальную производительность агрегата.

Стоит отметить, что производительность и напор — зависимые величины. Они связаны функциональной обратной связью. Поэтому производитель приводит эти величины в виде графика с двумя осями. На одной откладывается напор, на второй — производительность. При выборе следует ориентироваться на среднюю треть графика. В этой области агрегат обеспечивает максимальную эффективность и работает с оптимальной загрузкой. Что важно для увеличения срока службы.

В глубинных скважинах, например, артезианских, обсадная труба может иметь несколько сегментов разного диаметра. Их устанавливают при бурении. Структура обсадной трубы напоминает сочленение телескопа. В качестве материала изготовления чаще всего используется сталь. Внутренние секции обсадной трубы могут изготавливаться из ПНД, если в регионе не отмечается подвижности грунтов. Но верхнее звено — всегда сталь.

В верхней части скважины оборудуется опора для подвеса. На ней закрепляется полимерный шнур, на котором подвешен насос. Использование для этой цели стальной струны/цепи не рекомендуется. Вибрации, возникающие на корпусе мощного промышленного агрегата, в этом случае передаются на элементы конструкции насосной станции. Что вредно для оборудования и резьбовых соединений.

Использование подвеса позволяет снять нагрузку с подключенной к агрегату трубы и кабеля питания. При извлечении насоса из скважины необходимо добиваться плавного перемещения корпуса, без перекосов. Эту работу удобнее выполнять двум работникам. Один непосредственно извлекает агрегат, вытягивая подвес. Второй следит за состоянием кабеля и армированного шланга/трубы, что позволяет избежать образования заломов и перегибов.

Монтаж поверхностного скважинного насоса также имеет свои особенности. Чтобы облегчить пуск агрегата, в нижней части трубы устанавливают обратный клапан. Он не позволяет воде вернуться в скважину. Тем самым уменьшает объем воздуха, который приходится выкачивать устройству, прежде чем жидкость стабильно начнет поступать на всас. Одновременно установка обратного клапана позволяет обеспечить чистоту воды в скважине, поскольку предотвращает попадание в нее поверхностных загрязнений.

Особенности подключения и автоматика

При эксплуатации и проектировании промышленных скважин уделяется внимание следующим моментам:

• Электрическая безопасность. Глубинные агрегаты комплектуются электромоторами мощностью до 65 кВт и более. Для их работы требуется трехфазное электропитание с напряжением 380 В. Подключение выполняется через силовое распределительное устройство, оборудованное средствами электрической защиты: УЗО, автоматы.

• Автоматическое управление. Чем меньше в обслуживании скважины используется человеческий фактор, тем ниже стоимость владения сооружением. Также автоматика позволяет организовать раннюю диагностику неисправностей и сбоев — что позволяет устранить их до возникновения необратимых последствий.

Простые системы автоматического управления агрегатами можно организовать с помощью поплавковых выключателей. Они могут использоваться для двух основных функций:

• Отключение насоса при критически низком уровне воды в скважине. Холостая работа опасна для обоих типов агрегатов: погружных и поверхностных. Также при выкачивании воды из скважины ниже определенного уровня существует вероятность появления в ней значительного количества песка. Поплавковый выключатель автоматически отключит питание, предотвратив указанные выше негативные последствия.

• Включение насоса, когда уровень жидкости в накопительной емкости, из которой осуществляется водоразбор, упадет ниже заданного уровня. Второй поплавок задает максимальную заполненность скважины. Он автоматически отключает насос. Такая автоматика позволяет экономить электроэнергию и ресурс агрегата.

Завод «Взлет» поставляет готовые к установке шкафы управления, оснащенные средствами электрической защиты и автоматики на основе поплавковых выключателей. Они заметно сокращают сложность монтажа насосов. Предприятие также проектирует и изготавливает готовые насосные станции.

Автор статьи: Александр Шихов