Скважинные насосы

Россия обладает огромными разведанными запасами пресных подземных вод высокого качества. В перспективе потребность хозяйственно-питьевого водоснабжения может быть удовлетворена на 100% за счет подземных вод в 62 субъектах РФ, например – в Краснодарском и Красноярском краях, Бурятии, на Алтае и др. При этом питьевая вода из централизованных систем водоснабжения с подземными источниками в 3-4 раза ниже по себестоимости, чем от поверхностного забора.

Все это послужило причиной обустройства местных подземных водозаборов. Сегодня их доля составляет около 85% общего объема водопотребления на селе. Наряду с погружными насосами отечественного производства, все большую популярность приобретают зарубежные модели. Они экономичны и имеют сравнительно небольшой наружный диаметр, что значительно снижает стоимость бурения скважин и их эксплуатации.

По принципу перекачивания жид­кости скважинные насосы относятся к группе многоступенчатых верти­кальных насосов.

Установка скважинных насосов в трубчатых колодцах и буровых скважинах предопределяет особен­ности их конструкции. Эти насосы должны иметь минимальные попе­речные размеры, а их внешняя форма должна соответствовать форме круглых обсадных труб, внутри кото­рых их устанавливают. Скважин­ные насосы изготовляют двух ти­пов: насосы с трансмиссионным валом и погружные насосы.

У насосов с трансмиссионным валом приводящий электродвига­тель устанавливается над устьем скважины и соединяется с на­сосом промежуточным трансмисси­онным валом.

Первый в мире на­сос с трансмиссионным валом, изоб­ретенный и изготовленный под ру­ководством русского инженера В.А. Пушечникова, был уста­новлен в 1899г. на Мытищинском водопроводе.

В настоящее время насосостроительные заводы изготовляют сква­жинные насосные установки (УЦТВ) для скважин с трансмиссионным валом типов НА, А, АТН и ВП, предназначенные для подъема воды из трубчатых колодцев (глубиной не более 125 м) с подачей 30 - 1200 м³/ч и напором

30-125 м.

Насосы с трансмиссионным валом состоят из трех основных узлов: (рис.11) насосного узла, напорного трубопровода с трансмисси­онным валом и приводной головки. Насосный узел (рис.12 а) пред­ставляет собой группу соединенных шпильками секций корпусов, внутри которых находится вал с насажен­ными на нем центробежными рабо­чими колесами.

Вода поступает в нижний на­правляющий корпус насосного узла через защитную сетку и всасываю­щую трубу. Потери в защитной сетке обычно не превышают 0,25-0,5% потребляемой мощности.

Снижение потерь зависит главным образом от правильного выбора размера и кон­струкции защитной сетки. Корпус рабочей секции насоса чугунный; во внутренней полости его отлит за одно целое с корпусом направляю­щий аппарат, имеющий проточку для размещения рабочего колеса.

На 10 рабочих секций устанавливается корпус насоса без рабочего колеса, так как во внутренней полости его отлит направляющий аппарат, ко­торый служит промежуточной опо­рой подшипника вала.

Секционная конструкция насосно­го узла позволяет сравнительно просто

Рисунок 11 - Схема установки насоса АТН

1- насосный узел; 2-водоподъемная труба; 3- промежуточный подшипник

трансмиссионного вала; 4-опорная станина; 5-электродвигатель

Рисунок 12 - Скважинный насос

а-насосный узел; 1-вал; 2- корпус верхний; 3-корпус средний; 4- направляющий аппарат; 5-рабочее колесо; б-корпус нижний; 7-об­текатель; 8-всасывающая труба; 9-резиновый под­шипник;

10-резиновый вкладыш; 11-шпилька;

б-промежуточный подшипник: 1-обод;

2-центральная втулка; 3-ребро;

в-приводная головка:1-станина привода;

2-трубка для заливки воды; 3-бронзовая втулка; 4-масленка; 5-сальник вала;

6-вентиля­тор; 7-храповик; 8-муфта контрреверса; 9-гайка регулировочная;

10-стопор; 11-полый вал электро­двигателя; 12-радиально-упорный шарикоподшипник

изменять число ступеней в на­сосе и, следовательно, напор насоса.

В трансмиссионных насосах чаще всего применяют закрытые центробежные ­рабочие колеса с полуосевы­ми лопаточными отводами либо чисто диагональные.

В диагональных рабо­чих колесах движение воды направлено­ под углом 45° к оси, что позво­ляет уменьшить наружный диаметр насоса и, следовательно, использо­вать насос в скважине малого диа­метра, обеспечивая достаточно высо­кую подачу.

Опорами вала служат подшипни­ки, состоящие из резиновых втулок, укрепленных в гнездах направля­ющих аппаратов корпусов насосного узла.

Втулки имеют на внутренней поверхности осевые продольные ка­навки для прохода воды, которая смазывает и охлаждает трущиеся по­верхности втулки и вала.

По этим канавкам выносятся водой попавшие в подшипник частицы песка. Шейки вала в местах их соприкасания с ре­зиновыми втулками хромированы, благодаря чему значительно удлиня­ется срок службы втулок и устра­няется опасность коррозии вала.

Фланец верхнего корпуса насос­ного узла прикрепляется к нижнему концу колонны напорных труб. На­порный трубопровод служит кана­лом, по которому вода подается от насосного узла к потребителю и в ко­тором находится трансмиссионный вал, соединяющий насосный узел с электродвигателем. Напорный трубопровод и трансмиссионный вал со­бирают из отдельных секций.

Напорные трубы соединяют меж­ду собой с помощью фланцев и болтов. Между фланцами труб находят­ся промежуточные подшипники трансмиссионного вала (рис. 12 б). Для смазки подшипников в насос пе­ред его пуском заливают воду через трубку в колене станины. В процессе работы подшипники смазываются пе­рекачиваемой жидкостью. Насосы типа НА не требуют заливки воды перед пуском, так как их трансмис­сионный вал заключен в трубу, наполненную маслом. Приводная головка насоса состо­ит из станины (рис. 12 в) и электро­двигателя.

Чугунная отливка стани­ны служит опорой для водоподъемно­го трубопровода, который подвеши­вается в нижней части колена; к верхней его части присоединяется на­порный трубопровод. В верхней обра­зующей колена имеется прилив, где установлен сальник. В нижнюю часть сальникового устройства запрессо­вана втулка, над которой находится направляющая бронзовая трубка с уложенной в нее в несколько витков сальниковой набивкой. Между витка­ми набивки помещена смазочная втулка.

Условное обозначение насоса (например, АТН-8-1-22): буквы - тип насоса (А - артезианский, Т - турбинный, Н - насос); первая цифра за буквами - требуемый диаметр обсадной трубы для установки насоса, уменьшенный в 25 раз; вторая цифра - тип рабочего колеса (1 - закрытого типа); третья цифра - число рабочих колес.

Электродвигатели, применяемые для трансмиссионных насосов, име­ют следующие особенности:

· для восприятия гидравлического усилия и веса вращающихся дета­лей насосной установки в электро­двигателе установлен радиально-упорный подшипник;

· вал электродвигателя выполнен полым, в его полости проходит трансмиссионный вал, закрепляемый регулировочной гайкой; с помощью гайки, опирающейся на муфту сто­порного устройства, регулируются зазоры между рабочими колесами и направляющими аппаратами в на­сосном узле;

· в верхнюю часть электродвига­теля вмонтировано стопорное устрой­ство (храпового типа), не допуска­ющее вращения ротора двигателя в направлении, противоположном заданному.

Насосы типа ВП (скважинные пропеллерного типа) применяют для подачи воды с большим содержанием песка (до 1000 мг/л.). Эти насосы широко распространены в ирригационных сооружениях и предназначены для подачи воды 240 - 280 м³/ч напором 4 - 24 м.

Долголетняя практика эксплуатации скважинных трансмиссионных насосов показала их надежность, но одновременно были установлены и их недостатки.

Насосный узел обладает высоким КПД (80%), однако длинная трансмиссионная передача, отклонения в центрировании вала и другие недостатки приводят к снижению КПД насосного агрегата на 20 - 25%. Монтаж трансмиссивн­ого вала и установка промежуточных опорных подшипников значительно усложняют монтаж насосного агрегата. Расположение насосного вала в скважине не позволяет точно отрегулировать зазоры между рабо­чими колесами и направляющими аппаратами, что приводит к большим объемным потерям, снижению подачи, напора и КПД насоса. Наблюдения за работой насоса АТН-12-1-10 показали, что при изменении зазора от 0,4 до 2,33 мм КПД насосного узла уменьшается на 18%.

Погружные насосы по сравнению с артезианскими с трансмиссионными валами имеют ряд преимуществ:

· исключается необходимость применения длинного вертикального вала с промежуточными подшипниками, уменьшается металлоемкость насоса;

· отсутствие трансмиссионного вала позволяет применять погружные насосы в искривленных скважинах;

· упрощается конструкция водоподъемного трубопровода, монтаж и демонтаж насосной установки;

· уменьшенная площадь павильона над скважиной.