Расчет параметров насоса для водоснабжения от скважины

Расчет параметров скважины для откачивания подземных  вод  определяется  производительностью подземного источника (дебитом скважины) и необходимым водопотреблением.

В числе важных этаповрасчета параметров скважины следует назвать:

• выбор водоносного слоя подходящего качества
• расчет параметров фильтровальной части и гравийной засыпки.

 Специалист по бурению скважины или монтажник должны при выборе насоса обязательно руководствоваться протоколом скважины. 

Этот документ должен составляться при обустройстве всех новых скважин. Также он должен актуализироваться и для всех действующих скважин. В протоколе содержатся сведения об удельном дебите скважины, надежности водоносного горизонта, содержании в воде твердых частиц и т.д. 

Анализ состава воды

 Общий

При общем исследовании воды определяются следующие ключевые параметры, от которых зависит выбор материалов насоса и электродвигателя.

Наличие песка

Из  квалифицированно  смонтированной  скважины песок не выкачивается. Из нее могут поступать лишь ил и еще меньшие частицы. Ил нередко появляется вместе с окислами железа, марганца и кальция. Задерживаемые фильтрами  частицы  при  обратной промывке вымываются из фильтра. GRUNDFOS рекомендует концентрацию песка или ила в грунтовой воде не более50 промилле(мг/л), что означает их невидимость в стакане воды. При выполнении этойрекомендации  можно  ожидать  нормальный  срок службы насоса и электродвигателя. Если содержание песка и ила будет выше рекомендуемой величины, то срок службы снижается. 

Износ

Различают два вида износа: абразивный и эрозионный. 

Абразивный износ

Износ путем истирания возникает в тех случаях, ког-да частица твердого вещества попадает между поверхностями скольжения, например, между валом и опорой или между рабочим колесом и разрезным установочным  кольцом. 

Эрозионный износ

Представляет собой преобладающий вариант износа в случае, если рабочая  жидкость  содержит взвешенные вещества.  

Износ вызывается столкновением взвешенных частиц с наружной поверхностью насоса. Следствием этого столкновения являются потери материала. 

Коррозионная активность воды

При  выборе  материала  и  срока  службы  насосов большое значение имеет также коррозионная активность воды. 

Коррозия металлов представляет собой очень сложное явление, поскольку она основана на протекании электрического тока и воздействии различных химических факторов. 

Существует много различных видов коррозии, среди которых можно отметить электрохимическую, щелевую и питтинговую, а также равномерную, межкристаллитную и коррозию под напряжением в агрессивной среде. Эти виды коррозии нередко возникают одновременно с эрозией, причем такая комбинация имеет решающее значение, а распознавание отдельных составляющих коррозии часто бывает весьма затруднительным. 

Отсюда следует очень важный вывод о необходимости при выборе типа насоса и его материалов учитывать вид возникающего износа. 

Потери материалов

В отношении потерь материалов, возникающих при взаимодействии истирания, эрозии и коррозии, необходимо учитывать следующие соображения. 

При использовании насосов из бронзы потери наружных поверхностей материалов насосов в два раза меньше, чем при использовании насосов из серого чугуна. Соответственно и срок службы насоса из бронзы вдвое выше, чем насоса из серого чугуна. Однако применять насосы из бронзы можно лишь в особых случаях, поскольку из этого материала в перекачиваемую жидкость нередко попадает свинец. 

Износ наружной поверхности материала у насосов из  нержавеющей стали составляет лишь десятую часть потерь материала насоса из серого чугуна, поэтому выбор таких насосов будет оптимальным. Износоустойчивость  некоторых  видов  композиционных материалов примерно такая же, как у легированной стали. У насосов из обычного серого чугуна или стали высвобождаются окиси железа(ржавчина).  

К числу отрицательных воздействий этого явления относятся ухудшение вкуса воды, появление отложений в системах трубопроводов или коричневых хлопьев в умывальниках, в туалетах, а также на нагревательных элементах бойлерных баков, посудомоечных и стиральных машин и т.д. Наличие в воде окиси железа вынуждает потребителя применять агрессивно действующие очищающие химикаты. 

Легированная сталь является нейтральным материалом, поэтому насос из этой стали не загрязняет воду. Такая сталь полностью перерабатывается, и поэтому она представляет наилучший выбор и с точки зрения защиты окружающей среды.Наружная  поверхность  насосов  из легированной стали имеет в 5 – 10 раз лучшее качество обработки, чем поверхность чугунных насосов. Малая масса и гладкая наружная поверхность насосов из легированной стали позволяет им достигать более высокого КПД, имея при этом возможность самоочистки.

Температура воды

Наряду с другими факторами, значительное воздействие на коррозионную активность воды оказывает ее температура, которая является важным критерием выбора электродвигателя и размеров кабеля. При коррозионной  активности  грунтовых  вод  следует очень тщательно измерять температуру воды в скважине. Уже при повышении температуры воды на 10 °С скорость коррозии удваивается. 

Источники загрязнений

Подшипники с масляной смазкой

Применение  подшипников  такого  типа  несет  значительный риск загрязнения воды, поскольку коррозия  корпуса  подшипника,  поврежденный  или изношенный подшипник вала могут привести к попаданию масла в питьевую воду. Одним литром мас-ла можно загрязнить миллион литров воды так, что потребуется  замена  фильтрующего  материала,  а при необходимости очистка — как механически, так и химически — километров трубопроводов, чтобы возобновить качественное водоснабжение. 

Подшипники с водяной смазкой

Агрегаты,  оснащенные  подшипниками с водяной смазкой, не представляют никакого риска для качества воды в том случае, если втулка подшипника качения и вал изготовлены из материалов, не подверженных коррозии.

Пробный пуск насоса

В протоколе скважины должны содержаться результаты пробного пуска насоса, проведенного в течение по меньшей мере 48 – 72 ч в зависимости от стабильности рабочего уровня воды в скважине. 

В течение 24 ч рабочий уровень воды в скважине не должен изменяться при ее откачивании. В таком случае пробный пуск продолжается еще 24 ч, при-чем подключают и другие насосы, качающие воду из того же источника подземных вод. При таком режиме пробного пуска динамический уровень воды также  должен  оставаться стабильным.  Если  эти требования выполнены, риск истощения скважины исключен(при условии, что и все другие факторы не изменились). Истощение скважины означает, что из нее выкачивают больше воды, чем дает источник подземных вод. 

Истощения скважины нужно избегать по следующимпричинам:

• повышенный риск«сухого» хода насоса;
• вымывание песка и его выкачивание;
• понижение  динамического  уровня  воды,  следствием чего являются больший напор и повышен-ные затраты на электричество;
• слишком  высокая  нагрузка  на  скважину  ведет к значительному снижению уровня воды в ней. Это приводит к активным процессам окисления с образованием охры, которая может засорить скважинный фильтр и насос, что приведет к необходимости  увеличения  расходов  на  техническое обслуживание для регенерации скважины и, вполне возможно, станет причиной сокращения срока ее службы;
• слишком высокая нагрузка на скважину вызывает понижение уровня грунтовых вод, что может статьпричиной химических изменений и появления отложений тяжелых металлов. Кроме того, это мо-жет привести к просачиванию в воду нитратов и пестицидов и, как следствие, к повышенным расходам на очистку воды. 

Наиболее часто встречающейся причиной слишком высокой нагрузки на скважину или источник подземных вод является повышенное потребление воды, обусловленное  завышенной  производительностью насоса либо слишком длительным периодом работы насосов для откачивания подземных вод без увеличения площади водонасосного бассейна или числа скважин. 

Нагрузка на источник подземных вод
При многочасовом выкачивании с постоянной производительностью динамический уровень воды в скважине должен оставаться постоянным. Если же этот уровень понизится значительно, это означает, что объем откачиваемой воды превышает ее приток.  

Если уровень воды падает все ниже, то объем откачиваемой воды следует сократить и пользоваться водой из других источников подземных вод.  

Нагрузка на скважину

При  пробном  пуске  насоса  объем  откачиваемой воды через установленные интервалы времени повышается,  что  ведет  к  снижению  динамического уровня воды. Если это снижение при растущей подаче насоса графически изобразить в виде математической функции, то приблизительно получим параболу второй степени. 

При постоянно возрастающем расходе растущее гидравлическое сопротивление фильтра скважины и водоносного пласта приводит к снижению уровня воды по параболе второй степени. При возрастающем расходе откачивания это означает параболически снижающийся уровень воды в скважине. 

В результате возникает пропорциональное снижение уровня, как и при незначительных расходах. Наибольшую  экономическую  эффективность  при эксплуатации скважины получают в том случае, когда задают подачу, при которой характеристика снижения уровня переходит от линейной в параболическую область. 

Если  для  покрытия  потребностей  в  воде  дебита скважины недостаточно даже при большом времени добычи из нее воды, нужно посоветоваться со специалистом  по  монтажу  скважины  либо  пробурить дополнительную скважину. 

Обслуживание скважины

 Перед  извлечением  из  скважины  насоса  для  его очистки и технического обслуживания нужно провести пробный  пуск  этого  насоса.  При  снижении в результате нескольких лет эксплуатации дебита скважины ее нужно полностью выкачать(очистить от песка), чтобы довести до первоначального дебита. Если это оказывается невозможным, нужно проверить, не будет ли более эффективным для этих целей использование другого типа насоса. Затраты на электроэнергию, необходимую для работы насоса, могут (при пересчете на весь срок его службы) составить 80 – 90% всех расходов на эксплуатацию насоса. Следовательно, КПД насоса является одним из важнейших аспектов при его выборе. 

Правильно  определить  момент,  когда  необходима очистка и техническое обслуживание насоса, можно, если  непрерывно  контролировать  насосы  отдельных скважин, протоколируя при этом такие важные эксплуатационные характеристики, как подача, давление и уровень воды. При непрерывной индикации указанных характеристик(включая расход электроэнергии на 1 м3 выкачиваемой воды, кВт-ч/м3) отпадает необходимость в пробном пуске насоса, поскольку эти характеристики позволяют сделать важные выводы для возможной смены типоразмера насоса.