Как подобрать скважинный насос

Основные характеристики скважинного насоса

Основными элементами системы водоснабжения являются насос, трубопровод, запорно-регулирующая арматура, резервуары и баки. Каждый элемент системы влияет на работу других.  Эффективность и надежность системы водоснабжения зависит от того, насколько работа всех элементов согласована.

Основными характеристиками насоса:

1. Напорная характеристика насоса (Q-H характеристика) – зависимость напора насоса от подачи его.

2. Зависимость потребляемой мощности от подачи (Q-P ха- рактеристика).

3. Зависимость КПД от подачи (Q- 1 характеристика).

Для многоступечантых насосов данные характеристики могут быть указаны как для насоса в целом, так и для одной ступени. В приведенных далее характеристиках параметры Р2 и 1 указаны для одной ступени.

Рис.1 Характеристики насоса и сети

Характеристика сети

Характеристика сети показывает зависимость ее гидравлического сопротивления от расхода жидкости. Понятие сети включает в себя совокупность резервуаров, трубопроводов, запорно-регулирующей арматуры, фильтров, через которые проходит жидкость до насоса и от насоса до потребителя. Каждый из этих элементов обладает своими гидравлическими характеристиками, которые в совокупности представляют собой общую характеристику сети.

Эффективность насосного оборудования определяется его правильным подбором, проведенным с учетом всех особенностей технологического процесса. Поэтому основой энергоэффективного использования насосного оборудования является согласование характеристик насоса и сети, т.е. работа насоса в режиме, при котором рабочая точка находится в рабочей области характеристики насоса.

Нахождение рабочей точки в данной области обеспечивает работу насоса с максимальным КПД. Выполнение этого требования позволяет эксплуатировать насосы с высокой эффективностью и надежностью.

Рабочая точка насоса

Режим работы насоса определяется пересечением характеристики насоса и характеристики сети. Точка пересечения называется рабочей точкой. Одним из основных требований при подборе насоса является обеспечение его работы в рабочем диапазоне (рабочей области), лежащем в пределах 70...120% от номинальной подачи.

Рис.2.Схема установки скважинного насоса, характеристики насоса и сети.

Последовательность подбора агрегатов ЭЦВ. Исходные данные

Исходными данными для выбора насоса являются требуемые значения подачи и напора, а так же сведения, приведенные в паспорте скважины или полученные в результате замеров:

1. Диаметр обсадной колонны труб скважины.
2. Статический уровень воды в скважине.
3. Дебет скважины.
4. Динамический уровень воды в скважине соответствующий дебету скважины.
5. Глубина установки фильтровальной колонны.
6. Химический состав воды и содержание механических примесей.

Определение диаметра насоса

Диаметр насоса должен соответствовать диаметру скважины.

Таблица №1. Соответствие диаметров обсадных колонн и диаметров насосов.

Агрегат для скважины необходимо подбирать таким образом, чтобы дебет скважины превышал номинальную подачу насоса не менее чем на 25%.

Таблица №2. Производительность насоса в зависимости от диаметра

Таблица №З. Выбор подачи насоса в зависимости от дебета скважины

Определение требуемого напора насоса

Параметры, при которых будет работать насос, т.е. его рабочая точка определяются параметрами сети.

hсист.(Q) = hст. + hдин.(Q)

Характеристика сети складывается из двух составляющих: статической и динамической.

Статическая составляющая характеристики системы

Статическая составляющая в зависимости от схемы установки  определяется геометрической высотой подъема воды относительно динамического уровня скважины и геометрической высотой приемного резервуара. В случае, когда насос работает на пневмогидравлический бак или сборный водовод, необходимо учитывать противодавление в системе. В этом случае статическая составляющая характеристики сети рассчитывается по следующим формулам:

h ст. = Hдин. + Hгео. + pбака / р · g,

где:

H_дин. - динамический уровень скважины, м

H_гео. - высота от устья скважины до максимального уровня воды в напорной емкости или до самой высокой точки трубопровода при свободном изливе, м

p_бака - давление в баке, Па (1 кгс/см² = 10⁵Па).

р - плотность воды, 998 кг/м³

g – ускорение свободного падения, 9,81 м/с²

Для бака, находящегося под атмосферным давлением динамический уровень скважин определяется по формуле:

Hдин.= Hст. + S,

где:

S - понижение уровня по графику удельного дебета, м;

H_ст. - статический уровень скважины, м.

Динамическая составляющая характеристики сети

Динамическая составляющая характеристики сети определяется потерями напора в трубопроводе. Динамическая составляющая имеет вид квадратичной зависимости:

h_дин.(Q) = k · Q²

где k – коэффициент, зависящий от потерь по длине трубопровода и  местных сопротивлений (задвижки, колена, клапаны, переходники и т.п.). На графике данная зависимость изображается в виде параболы.

Потери напора h _дин. определяются по формуле:

h_дин.= h₁₀₀ · L_факт. / 100 +Лh,

где:

h₁₀₀ - потери по длине трубопровода на 100 м трубы, м

L_факт. - фактическая длина трубы , м

дh – величина местных потерь, м.

Величина местных потерь в зависимости от расхода приводится  в справочниках и эксплуатационной документации на запорно-регулирующую арматуру. Величина потерь напора по длине трубопроводов различного диаметра на 100 м длины (h₁₀₀) из различных материалов также содержатся в справочниках.

В таблицах ниже приведены данные о потерях и скоростях движения  воды в трубопроводах из наиболее распространенных материалов. При невозможности определить потери по длине для сетей простой конфигурации (например, насос – резервуар) требуемый напор насоса можно взять на 5% больше суммы динамического уровня воды в скважине и высоты подъема воды над уровнем земли, необходимой потребителю.

Таким образом, определив значения всех составляющих характеристики сети для различных значений подачи насоса, можно построить напорную характеристику системы: Hсист.(Q) = hст. + hдин.(Q)

Зная требуемый напор, в соответствии с этапами 1-3, можно определить модель насоса, соответствующую параметрам системы.