Свердловинні відцентрові насоси.

Для підйому води із свердловин застосовують спеціальні артезіанські насоси. Їх головна відзнака - малі габарити в поперечному перерізі. Це необхідно для того, щоб насос можна було опускати в свердловину. Є два типи артезіанських насосних агрегатів: занурювальні і з трансмісійним валом.

Занурювальні насосні агрегати ЭЦВ. Сьогодні це найбільш поширений тип водяних насосів для свердловин. Такі насоси випускаються для свердловин діаметром 100 - 400 мм.

Свердловинна насосна установка (рисунок 45) складається із відцентро-вого насоса, занурю-вального електродви-гуна, електрокабеля, водопідіймального трубопроводу, обладнання оголовка свердловини і системи автоматичного управління.

Рисунок 45. Схема установки насоса ЕЦВ. 1 - електродвигун;  2 - насос; 3 - датчик сухого ходу; 4 - цен- труюча втулка; 5 - хомут для кріплення кабелю; 6 - вдопідйомна труба; 7 - обсадна тру-ба; 8 - електрокабель; 9 -оголовок свердло-вини; 10 трьохходовий кран; 11- манометр; 12 -засувка; 13 - шкаф системи управління та автоматики.

Насоси типу ЭЦВ майже завжди багатоступеневі з робочими колесами відцен-трового або діагональ-ного типу. Для нор-мальної роботи цих насосів їх необхідно занурювати так, щоб при найменшому рівні води в свердловині забезпечувався необхідний підпір. Величина цього підпору, рахуючи від напірного патрубка насоса, для малих насосів повинна бути не менше 1 метра, а для крупних 2 - 6 метрів. Категорично забороняється робота насоса в незануреному положенні. Це викликано тим, що підшипники насоса і весь електродвигун охо-

лоджуються водою. Насоси обладнано зворотніми клапанами тарілчатого або кулькового типу.

Насоси типу ЭЦВ випускають у трьох конструктивних виконаннях: 1 - з робочими колесами закритого типу, які зафіксовано на валу. Осьові зусилля сприймаються опорним пристроєм в електродвигуні. 2 - з циліндричними обоймами із труб з дисками для фіксування спрямовуючих апаратів в осьовому напрямі і розділення між ступенями. 3 - з відлитими лопаточними спрямовуючими апаратами. Робочі колеса у них діагонального (напівосьового) типу. Осьові зусилля сприймаються опорним пристроєм електродвигуна.

Занурювальні електродвигуни, якими комплектуються насоси ЭЦВ, - асинхронні, з короткозамкненим ротором, водонаповнені. Обмотки цих двигунів виконані із мідної проволоки в міцній поліетиленовій ізоляції, яка може довго працювати в воді. Відповідальним елементом занурювальних двигунів є пристрій, який сприймає осьове навантаження від ваги ротора і осьове зусилля від насоса. Опорні підшипники виробляють, здебільшого, із текстоліту або лігнофолю. З метою запобігання швидкому зношуванню підшипника вода, яка поступає для змащування, проходить через спеціальний фільтр. Передбачені і інші засоби запобігання швидкому зношуванню підшипників

Головні переваги занурювальних насосів такі: відсутність довгого трансмісійного валу; можливість установки в викривлених свердловинах; простота монтажу і демонтажу насосної установки; можливість установки насоса безпосередньо в колодязі.

До недоліків більшості конструкцій занурювальних насосних агрегатів відносять високі вимоги до якості води, яку вони подають. Особливо чутливі ці агрегати до механічних домішок, вміст яких не повинен перебільшувати 0,01%, тобто 100мг/л.

Зараз розробляються занурювальні електродвигуни, які здатні довгий час працювати в забрудненій воді. Це дозволить ще більше розширити сферу застосування занурювальних свердловинних насосних агрегатів.

Позначення марки занурювальних свердловинних насосів включає букви і цифри. Наприклад, марка 1ЭЦВ8-50-60-У5 розшифровується так: електронасос відцентровий водяний. Цифра вісім позначає мінімальний діаметр свердловини у дюймах. Цифра 50 позначає подачу в м³/годину, цифра 60 - напір в 60 метрах. У5 - кліматичне виконання для помірного клімату і розміщення під водою. Цифра перед буквами позначає номер моделі.

Свердловинні насоси з трансмісійним валом. Свердловинні насосні агрегати з трансмісійним валом - це агрегати з занурювальними насосами, двигуни яких розміщені на поверхні землі, або в підземних камерах. Вони мають три головні вузли: насос, який розміщують нижче динамічного рівня води в свердловині, електродвигун, який розміщують над свердловиною і трансмісійний вал, який з’єднує двигун з насосом. Схема установки свердловинного насоса з трансмісійним валом зображена на рисунку 47.

Для води найбільш поширені насоси типу АТН (артезіанський турбінний насос) і А (артезіанський). Вони призначені для підйому із свердловин неагресивної води з вмістом твердих домішок до 0,5%.

Трансмісійний вал (довжиною до 100 метрів) розміщують в напірній водопідйомній трубі з необхідною кількістю спрямовуючих підшипників. Вертикальні осьові навантаження від валу сприймають опорні підшипники, які розміщені у насосів типу А під електродвигуном, а у  

насосів типу АТН  - в електродвигуні.

Рисунок 47. Схема установки свердловинного насоса з трансмісійним валом. 1-обсадна труба; 2-сітка; 3-насос (три секціїї); 4, 5, 6 - секції водопідйомної труби; 7 - трубка підведення чистої води до під-шипників; 8 - опорний корпус; 9 - трубка підведення чистої води до сальника; 10 - злив охолоджу-ючої води із масляної ванни підшипника - п’яти; 11-трубка-показчик рівня масла; 12-плита електродвигуна; 13електродвигун.

 

 

 

Підшипники трансмісій-ного валу змащуються або очищеною водою під тиском 0,1 МПа (1 атмос-фера), або тією водою, яку качає насос. Конструкцію свердловинного насоса типу А дивися на рисунку 48.

Рисунок 48. Конструкція одноколесного насоса типу А. 1- приймальна сітка; 2 - всмоктувальний патрубок;     3 - гайка; 4 - захисно-ущільню- юче кільце; 5-робоче колесо; 6 - корпус насоса; 7 - шпонка; 8, 14 - втулки; 9, 15-антифриз-ні вставки; 10, 16 - футляри; 11- вал; 12, 18, 19 - секції водопідйомної труби; 13 - хрестовина; 17 - муфта валу; 20 - трубка підведення чистої води для змащування під-шипників;21 -опорний корпус; 22 - плита електродвигуна; 23 - електродвигун.

Артезіанські насоси із трансмісійним валом випускають із закритими і з відкритими робочими колесами. Насоси з закритими колесами мають більш високий К.К.Д., але вони не пристосовані для роботи на воді із значною домішкою піску. При зупинці насоса пісок, який буде випадати із води в напірному трубопроводі, може заклинити робочі колеса в спрямовуючих апаратах.

Насоси з відкритими робочими колесами можуть працювати і при високому вмісті піску в воді. Подачу таких насосів можна регулювати, змінюючи зазор між робочими колесами і спрямовуючими апаратами.

Напірний трубопровід, по якому вода підіймається від насоса, складається із окремих секцій стандартної довжини. Трансмісійний вал, який проходить всередині труби, обертається в резинових підшипниках, які закріплено в чавунних опорних хрестовинах. Окремі секції валу з’єднуються між собою муфтами. Перевагою свердловинних насосних агрегатів з трансмісійним валом є можливість догляду за роботою електродвигуна і можливість заміни двигуна без демонтажу усієї установки.

До недоліків цих агрегатів відносять, насамперед, необхідність довгого трансмісійного валу, складність монтажу і демонтажу агрегата, неможливість його розміщення у викривлених свердловинах, а також, велика металоємкість. З цих причин свердловинні насоси з трансмісійним валом зараз застосовують все менше і менше. Їх замінюють більш прогресивні занурювальні агрегати.

Осьові (пропелерні) насоси.

Осьовими називаються лопасні насоси, в яких рідина рухається через робоче колесо в напрямі його осі.

Робоче колесо осьового насоса складається із втулки 1 і декількох лопаток 2, які на ній закріплені. Кожна лопатка являє собою зручнообтічне вигнуте крило. По формі робоче колесо осьового насоса похоже на гребний гвинт корабля,або на кількохлопасний пропелер (дивися рисунок 49). Тому такі насоси інколи називають пропелерними.

Обертаючись в рідині, осьове колесо надає їй поступальний і, водночас, круговий рух. Для вирівнювання кругового руху безпосередньо за робочим колесом передбачається нерухомий вирівнюючий (спрямовуючий) апарат. Втулка цього апарату слугує, також, одним із підшипників робочого валу насоса.

Рисунок 49. Загальний вигляд робочого колеса осьового насоса.

Один із методів розрахунку осьових насосів базується на теорії підіймальної сили крила літака, яка створена М.Є.Жуковським. В перетині робоча лопатка осьового насоса і крило літака мають схожу форму. Це контур, який випуклий зверху і вігнутий знизу (аеро-динамічний профіль). Рухаючись в рідині, лопатка здійснює на неї тиск, який є реакцією сили дії рідини на лопатку. Цілком аналогічна взаємодія повітря з рухомим крилом літака. У випадку літака це буде підіймальна сила, яка діє на крило. В робочому колесі насоса це буде сила, з якою лопатка штовхає рідину.

Для осьових насосів залишається дійсним рівняння Ейлера (головне рівняння лопасного насоса). Слід тільки зважити на те, що у осьовогонасоса  u₂ = u₁ = u:

Слід відзначити, що для запобігання рециркуляції рідини всередині насоса, напір, який створює лопатка робочого колеса, повинен бути одинаковим по її висоті. Цього можна досягнути змінюючи множник (V_2u - V_1u) зворотньопропорційно множнику u. З цією метою при конструюванні робочих колес осьових насосів намагаються зменшити різницю радіусів обертання в межах висоти лопатки за рахунок збільшення радіуса втулки. Крім того, змінюють кут атаки і ширину лопатки по її висоті. При цьому ближче до втулки лопатки повинні бути ширшими і нахил їх повинен бути більшим, ніж на кінці.

Вітчизняна промисловість випускає осьові насоси двох типів: О - з жорстко закріпленими (нерухомими) лопатками і ОП - з поворотними лопатками робочого колеса. Насоси обох типів випускаються з горизонтальним і вертикальним валом. Насоси обладнуються робочими колесами однієї із семи моделей: 2, 3, 5, 6, 8, 10, 11 (номери робочих колес за випробуваннями в лабораторії). Кількість лопаток у цих колес від трьох до шести в залежномті від номера моделі. Так, наприклад, у моделі 6 - три лопатки, а у моделей 5 і 11 - чотири лопатки.

Машинобудівельні заводи СНД виробляють осьові насоси восьми модіфікацій: К - з камерним підводом рідини; МК -малогабаритний з камерним підводом; МБ- моноблочний; МБК - моноблочний з камерним підво-дом; Э - з електроприводом механізму повороту лопаток; ЭГ - з електрогідроприводом механізму повороту лопас-тей; КЭ- з камерним підводом і електроприводом розворо-ту лопаток; МЭ- малогабаритний з електроприводом роз-вороту лопаток; МКЭ- малогабаритний з камерним підво-дом і електроприводом механізму розвороту лопаток.

Рисунок 50. Насос ОП-145Э з електроприводом розвороту лопастей. 1-підвід води; 2-робоча камера; 3-робоче колесо; 4-конус; 5-вирівню-ючийи апарат; 6-вал; 7- обтікач; 8 - труба подачі води до підшипників; 9, 11 - нижній і верхній підшипники; 10 - шток; 12 - труба відведення дренажної води; 13 - фланець вала насоса; 14 - корпус електропривода розвороту лопастей; 15 - фланець електродвигуна; 16 - кришка електродвигуна; 17 - сельсин датчик; 18 - відвідне коліно насоса.

 

Рисунок 51. Вузол електроприводу розвороту лопастей. 1-вал насоса; 2-шток; 3-ущільнюючі кільця; 4, 5, 6-втулки; 7, 8-підшипники; 9-корпус механізму електроприводу; 10-червячне колесо; 11-червячний вал; 12-тяга показчика повороту лопастей; 13-ричаг; 14-ведуча шестерня; 15-електродвигун механізму розвороту лопастей; 16-шток показчика; 17-вал електродвигуна насоса.

 

Рисунок 52. Втулка робочого колеса з механізмом розвороту лопастей. 1 - запобіжний клапан; 2 - обтікач; 3 - палець; 4 - хрестовина; 5 - ман-жета з кільцем; 6 - ричаг; 7 - конусний штіфт; 8 - вісь лопатки робочого колеса; 9 - втулка; 10 - лопатка робочого колеса; 11 - балансирний тягар; 12 - кільце ущільнення; 13 - втулка; 14 - вал насоса; 15 - шток; 16 - гвинт; 17 - шарикопідшипник; 18 - втулка робочого колеса; 19 - палець; 20 - тяга.

Корпус насоса складається із дифузора і відвідного коліна. Відвідне коліно у насосів головного виконання направлене під кутом 60°, а у малогабаритних - під кутом 90° до осі насоса.

Опори вала (підшипники з лігнофолевими або резиновими прокладками) змащуються водою, яку подає насос, або взятою із стороннього джерела.Осьові зусилля і вага ротора насоса сприймається п’ятою електродвигуна.

Вода до робочого колеса підводиться по плавно загнутій трубі, або камерним способом. У малогабаритних насосів з камерним підводом К.К.Д. на 2 - 3% нижче.

На рисунку 50 приведено розріз насоса ОП-145Э з електроприводом механізму розвороту лопастей, а на рисункух 51 та 52 - конструкцію цього приводу.

Осьові насоси типів О і ОП випускаються з подачами 0,63 - 46 м³/с при напорах 2,5 - 28 метрів. Марка осьових насосів розшифровується так: ОП2-110Э-У3 осьовий з поворотними лопатками насос. 2 - номер моделі робочого колеса; 110 - діаметр робочого колеса в сантиметрах; Э - електропривід механізму повороту лопаток; У3 - кліматичне виконання і категорія розміщення.

Занурювальні моноблочні осьові насоси. Промисловість випускає два типи таких насосів: ОПВ і ОМПВ.

Насос ОПВ - це занурювальний моноблочний агрегат з вбудованим електродвигуном сухого типу (дивися рисунок 53)

Статор електродвигуна 2 розміщено в герметичному корпусі з боку всмоктувальної частини насоса. В камеру електродвигуна по рукаву 5 подається повітря від постійно діючого зовнішнього джерела. Тиск повітря повинен на 0.03 - 0.05 МПа (0.3 - 0.5 атм) перевищувати тиск води, в яку занурено електородвигун. В накопичувачі змонтовано датчик, який сигналізує про наявність в ньому води. Ротор 1 електродвигуна має подовжений вал, на який насаджено робоче колесо насоса 7. На

Рисунок 53. Конструкція занурювального осьового насоса типу ОПВ. 1 - ротор електродвигуна; 2 - статор; 3 - силовий кабель; 4 - відведення води від двигуна; 5 - подача стисненого повітря в електродвигун; 6 - вузол ущільнення;7 - робоче колесо насоса; 8 - датчик протікання води; 9 - водонакопичувач.

виході валу із насоса розміщено ущільнюючий вузол 6. Електроенергія до двигуна подається по гнучкому кабелю 3. Місце проходу кабеля через корпус герметизується.

Насоси ОМПВ принципово відрізняються від насосів ОПВ тільки конструкцією електродвигуна. У цих агрегатів він водозаповненого типу. Чиста вода до нього підводиться від стороннього джерела.

Насоси типів ОПВ і ОМПВ можна монтувати без приміщень насосних станцій, наприклад, в водоймищах. Схема такої установки показана на рисунку 54:

Характеристики осьового насоса при постійній швидкості обертання і постійному куту установки лопаток мають вид як показано на рисунку 55.

Рисунок 54. Схеми відкритої установки насосів типу ОПВ. а) на полозках; б) на шарнірі; 1 - насос; 2 - напірний трубопровід; 3, 8 - манометри;4 - станція керування; 5 - обмежувач на полозках; 6 - захват; 7 - тяги; 9 - шарнір.

 

Особливості характеристик осьових насосів такі: 1) Характеристика Q-H круто падає і має точку перегину (тобто точку, де змінюється напрям випуклості кривої). Напір при нульовій подачі в півтора в два рази перевищує напір при максимальному К.К.Д.. 2) Характеристика Q-N із збільшенням подачі насоса знижується. Потужність, яку споживає насос при нульовій подачі приблизно в півтора рази більша за потужність при максимальному К.К.Д.. 3) Характеристика Q- h круто падає по обидва боки від максимального значення. Тому доцільна зона роботи насоса відносно невелика. 4) Висота всмоктування здебільшого негативна. Тому осьові насоси слід установлювати під залив.

Рисунок 55. Робочі характеристики осьового насоса.

Враховуючи особливості осьових насосів, їх слід запускати тільки на відкриту засувку. В цьому випадку вони споживають найменшу потужність.

Подачу осьових насосів регулюють зміною частоти обертання, або зміною кута розвороту лопаток робочого колеса.

 

Діагональні насоси.

Рисунок 56. Конструкція діагонального насоса. 1 - всмоктувальний патрубок; 2 - робоче колесо; 3 - спіральний корпус; 4 - напірний патрубок; 5 - сальник з гідравлічним ущільненням; 6 - підшипники; 7 - вал; 8 - захисно-ущільнюючі кільця.

Діагональні (напівосьові) насоси (рисунок 56) за конструкцією, показниками подачі і напору займають положення між відцентровими і осьовими насосами.

Рідина рухається по всмоктувальному патрубку 1 до робочого колеса 2 в осьовому напрямі. В робочому колесі вона повертає на деякий кут (менше 90°) по відношенню до осі обертання вала 7 і поступає в спіральний відвід 3, а потім через конічний дифузор в напірний патрубок 4.

Конструктивне виконання багатьох вузлів діагональних насосів таке ж, як у відцентрових і осьових. Часто їх робочі колеса не мають переднього диску. Відвідні пристрої мають спіральну форму, що створює сприятливі умови для розміщення насоса в приміщенні насосної станції. Часто діагональні насоси обладнуються вирівнювальним апаратом. Лопатки робочого колеса можуть бути поворотними.

Діагональні насоси виконують низьконапірними (напір до 20 метрів) і середньонапірними (напір від 20 до 60 метрів), одноступеневими і багатоступеневими, горизонтальними і вертикальними.

В Україні діагональні насоси ще не набули значного поширення (за винятком багатоступеневих свердловинних), але за кордоном вони часто використовуються в системах водопостачання та каналізації.

Об’ємні насоси.

До об’ємних відноситься велика кількість насосів різних типів. Вони діляться на дві групи: насоси зворотньо-поступальної дії (поршневі, плунжерні, діафрагмові, штангові) і роторні (гвинтові, шлангові, шестерневі і.п.). Насоси зворотньо-поступальної дії відносяться, здебільшого до об’ємних насосів витіснення, а роторні - до об’ємних насосів переміщення. Раніше, до поширення відцентрових насосів поршневі насоси широко використовувалися в системах водопостачання та каналізації. Зараз у цих системах вони застосовуються, здебільшого, як допоміжне обладнання (наприклад, як дозаторні насоси).