Скважинные насосы.

По принцип 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 изготавливают двух типов: погружные насосы и насосы с трансмиссионным валом.

Наиболее распространенными являются погружные насосные агрегаты для скважин. Их используют для подъёма воды из скважин диаметром 100 мм и более. Общие технические условия на погружные агрегаты регламентированы ГОСТ 10428 – 89Е «Агрегаты электронасосные центробежные скважинные для воды. Общие технические условия». Согласно этому ГОСТ насосы типа ЭЦВ изготавливают для скважин с минимальным диаметром обсадных труб 100…486 мм, с подачей 0,63…1200 м³/ч и напором 12…680 м.

Скважинная установка с агрегатом (рис. 32) состоит из центробежного насоса 1 погружного электродвигателя; 2 водоподъёмного трубопровода; 3 оборудования устья скважины; 4 колена; 5 задвижки; 6 системы автоматического управления; 8 токоподводящего кабеля 7.

Рис. 32. Схема скважинной установки.

Ц ентробежные скважинные электронасосные агрегаты типа ЭЦВ предназначены для подъема из скважин воды общей минерализацией (сухой остаток) не более 1500 мг/л, с водородным показателем (рН) 6,5-9,5, с температурой 25°С и с массовой долей твердых механических примесей не более 0,01%; содержанием хлоридов не более 350 мг/л, сульфатов не более 500 мг/л, сероводорода не более 1,5 мг/л. Они могут быть использованы для промышленного и сельскохозяйственного водоснабжения и орошения, а также для понижения уровня грунтовых вод. Насосный агрегат подвешивают в скважине на колонне водоподъёмных труб и опускают на такую глубину, чтобы верхний фланец клапанной коробки.

Рис. 33. Насосы ЭЦВ.

Устройство и принцип работы.

Агрегат состоит из центробежного насоса и погружного электродвигателя. Валы насоса и двигателя соединены с помощью муфты жесткого типа. При этом соосность обеспечивается точностью обработки сопрягаемых поверхностей. Насос, как правило, многоступенчатый, вертикального исполнения.

Осевые силы, возникающие при работе насоса, воспринимаются узлом подпятника, установленного в электродвигателе. Клапан, расположенный в верхней части насоса, служит для удержания столба жидкости в водоподъемных трубах при остановках насоса и обеспечивает плавный запуск при повторных пусках.

Присоединение насоса к водоподъемным трубам производится с помощью конической трубной резьбы, либо с помощью фланцев. Примененные в конструкции резино-механические подшипники и уплотнения смазываются и охлаждаются водой. Таким образом, работа насоса, не погруженного в воду, приведет к выходу его из строя.

Погружной электродвигатель трехфазный асинхронный с короткозамкнутым ротором. Внутренняя полость перед работой заполняется дистиллированной или кипяченой питьевой водой. Включение двигателя, не залитого водой, приведет к выходу его из строя.

Обмотка двигателя выполнена водостойким проводом, места соединения изолированы водостойкой липкой лентой. Ротор двигателя вращается в резино-металлических подшипниках и опирается на подпятник, который выполнен из резины или графитофторопласта. Фильтр в верхней части двигателя служит для защиты от попадания песка во внутреннюю полость, а также для компенсации теплового расширения воды.

Управление агрегатом осуществляется системой автоматического управления - комплектное оборудование СУЗ, КАСКАД, ВЫСОТА. Число включений агрегата - не более трех в час с интервалами не менее пяти минут.

Не допускается совместная работа двух и более агрегатов на единый напорный трубопровод или с одной системой автоматического управления.

Не рекомендуется длительное (более 7 суток) нахождение агрегата в воде в нерабочем состоянии.

Рис. 34. Общий вид насоса ЭЦВ

Насос ЭЦВ должен установлен ниже динамического уровня воды в скважине не менее чем на 1,5 м. Днище электродвигателя должно находиться выше фильтра скважины не менее чем на 1 м.

Каждая ступень насоса состоит из рабочего колеса, лопаточного отвода и обоймы. Вода поступает в насос через корпус основания, защищённый перфорированным листом из нержавеющей стали. Изготавливаются рабочие колеса из ударопрочного полистирола. Лопаточные отводы имеют радиальные лопатки на всасывающей и нагнетательной стороне.

Погружные электродвигатели, которыми комплектуются электронасосные агрегат, - асинхронные, с короткозамкнутым ротором, водозаполненные. Обмотка статора этих двигателей выполнена из медного провода в прочной полиэтиленовой изоляции, способной долгое время работать в воде. Ответственной частью погружных электродвигателей является узел опорного подшипника, воспринимающий нагрузку от веса ротора и часть осевого давления. Эти подшипники изготовляют обычно из текстолита или лигнофоля. Подшипники насоса и электродвигателя смазываются и охлаждаются водой. Насосы оснащены обратными клапанами тарельчатого или шарового типа.

Основными преимуществами погружных насосов являются: отсутствие длинного трансмиссионного вала и промежуточных подшипников; возможность их установки в искривлённых скважинах; простота монтажа и демонтажа насосной установки; возможность установки насоса непосредственно в колодце. В настоящее время разрабатываются погружные электродвигатели, способные длительное время работать в загрязнённой воде, что позволит ещё более расширить область применения погружных скважинных насосных агрегатов.

В обозначении погружных насосов ЭЦВ 8-25-100 буквы обозначают тип насоса, первая цифра – диаметр обсадной колонны труб скважины в мм, уменьшенный в 25 раз, вторая группа цифр – подачу, м³/ч; третья группа цифр – напор, м.

Насосы с трансмиссионным валом

Скважинные насосные агрегаты с трансмиссионным валом, т.е. с погружными насосами, двигатели которых расположены на поверхности земли или в камере, состоят из трех основных узлов: погружного насоса, расположенного ниже динамического уровня воды в скважине; электродвигателя с опорным узлом, соединяющего рабочий узел с электродвигателем. Наиболее распространены насосные агрегаты типов АТН,

Рис. 35. Скважинный насосный агрегат с трансмиссионным валом

Установки типа УЦТВ предназначены для подачи воды с общей минерализацией не более 2000 мг/л, водородным показателем рН от 6,5 до 9,5, температурой до 35°С, с содержанием хлоридов не более 350 мг/л, сульфатов не более 500 мг/л, сероводорода — не более 1,5 мг/л, твердых механических примесей не более 1000 мг/л (0,1% по массе). Насосная установка типа УЦТВ состоит из насоса и водоподъемного трубопровода с трансмиссионным валом, расположенных в скважине, опорного колена и привода. Привод вращается от электродвигателя, выпускаемого серийно, либо от дизеля через редуктор и карданный вал. В установках типов УЦТВ и АТН радиальные подшипники наcoca и трубопровода смазываются перекачиваемой водой.

В установках типа А подшипники насоса смазываются перекачиваемой водой, а подшипники трубопроводов — чистой водой под избыточным давлением от специального источника. Марки установок расшифровываются следующим образом: УЦТВ: У — установка, Ц — центробежная, Т — с трансмиссионным валом, В — для подачи воды.

Скважинный насосный агрегат типа АТН представлен на рис. 35 Насосы с трансмиссионным валом предназначены для подъёма 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 трёх основных узлов: насосного узла, напорного трубопровода с трансмиссионным валом и приводной головки.

Насосный узел имеет несколько колёс, закреплённых на общем вертикальном валу, и несколько направляющих аппаратов. Вал насоса вращается в резиновых подшипниках, закреплённых внутри направляющих аппаратов. Такие колёса выпускают как с открытыми, так и с закрытыми колёсами.

Насосы с закрытыми колёсами обладают более высоким КПД, чем насосы с открытыми колёсами, но они не приспособлены для работы в скважинах, заполненных водой со значительными примесями песка. При остановке насоса песок, осаждающийся в напорном трубопроводе, может заклинить рабочие колёса в направляющих аппаратах. Насосы с открытыми колёсами работают и при высоком содержании песка в воде.

Приводная головка скважинной насосной установки состоит из станины – опоры установки, напорного патрубка и электродвигателя. Электродвигатели для агрегатов типа АТН выпускают в вертикальном исполнении особой конструкции. Электродвигатели имеют приспособление, которое предохраняет трансмиссионный вал от раскручивания в противоположном направлении при внезапной остановки двигателя.

Напорный трубопровод, по которому вода подаётся от рабочего узла к напорному патрубку, состоит из отдельных секций стандартной длины. Внутри трубопровода проходит трансмиссионный вал, вращающийся в резиновых подшипниках, закреплённых в чугунных опорных крестовинах. Отдельные секции вала соединены между собой муфтами.

Достоинством скважинных насосных агрегатов является возможность наблюдения за работой двигателя, а также его замены и ремонта без демонтажа всей насосной установки. К их недостаткам относятся, прежде всего, необходимость устройства длинного трансмиссионного вала, сложность и трудоёмкость монтажа и демонтажа агрегата, невозможность его размещения в искривлённых скважинах, а также большая металлоёмкость и значительная масса.