Pompy głębinowe

Zastosowanie i wykonania pomp głębinowych

Najczęstsze zastosowanie to studnie głębinowe, z których ujmuje się wodę czystą do zasilania wodociągów lub indywidualnych gospodarstw domowych, do nawadniania w rolnictwie i ujmowania wody czystej na cele przemysłowe. Stosuje się je także do odwadniania kopalni. W wykonaniach specjalnych służą też m.in. do tłoczenia i podwyższania ciśnienia cieczy w procesach technologicznych. Pompy głębinowe to pompy zatapialne z silnikami mokrymi. Są to silniki chłodzone wodą lub inną cieczą, a ich budowa sprawia, że woda nie powoduje zwarć w uzwojeniu i w instalacji. Pompy te są masowo używane w ujęciach wód o małych średnicach. Małe średnice rur w ujęciach wpływają na to, że pompy te są wielostopniowe (kilka wirników, przez które kolejno przepływa woda), aby mogły uzyskać odpowiednią wysokość podnoszenia.

Urządzenia te na tle innych pomp do wody wyróżniają się niezawodnością i trwałością w trudnych warunkach oraz praktycznie bezobsługową pracą, a ma to znacznie, gdyż ich wyjmowanie i przeglądy nie są łatwe technicznie i tanie, jak w przypadku pomp znajdujących się w dostępnych miejscach w hydroforniach. 

Mają i słabsze strony – to wrażliwość na zanieczyszczenia stałe w wodzie, głównie piach, który skraca żywotność łożysk ślizgowych. Pompy głębinowe z wirnikami i kierownicami z tworzyw zalecane są do wody, w której nie powinno być więcej piasku niż 50 mg/dm³. Dla niektórych wykonań elementów z metali dopuszcza się nie więcej niż 100 mg/dm³. Do pomp nie powinny przedostawać się zanieczyszczenia, które mogą powodować w nich osady. Bezwzględnie należy unikać pompowania cieczy korozyjnych dla metalu i tworzyw, z których są wykonane. Najlepiej pompowanie innych cieczy niż woda uzgadniać za każdym razem z producentem. Ich specyficzna konstrukcja okupiona jest też mniejszą sprawnością od innych pomp, ale są już pompy głębinowe o sprawności ponad 90%.

Pompy głębinowe mogą pompować wodę w studniach o głębokości od kilku do nawet kilkuset metrów. Wymaga to nie tylko wielu stopni wirników, ale i wysokich obrotów silnika – sięgających 2950 na minutę. Dostępne są głębinowe agregaty podnoszące wodę nawet powyżej 1 km. Wirniki pomp o małych średnicach wykonuje się przeważnie z tworzyw, a te o większych średnicach z mosiądzu i staliwa, a kierownice pomp z tworzyw, żeliwa i brązu. 

Główny podział pomp głębinowych opiera się na ich zewnętrznych średnicach wyrażonych w calach. Mamy np. pompy 3” (75 mm), 3,5” (90 mm), 4” (100 mm) itd. Z uwagi na rodzaj hydrauliki i umiejscowienie łożysk wyróżnia się pompy odśrodkowe i diagonalne. Te pierwsze mają łożyska dolne i górne oraz pośrednie, gdy pompa ma dużo stopni. W drugich łożyska są po każdym stopniu pompy. Panewki łożysk mają różne kształty i są wykonywane z różnych materiałów, przeważnie z tworzyw, ale też z kompozytów i metali. Dla zapewniania im „smarowania” wodą mają specjalne rowki, które pozwalają też na wypłukiwanie ziaren piasku mogących zatrzeć panewki i łożyska. Dostępne są też wykonania pomp głębinowych z łożyskowaniem promieniowym – tj. wzdłuż osi wału. Pompy takie mają m.in. większe wydajności dla tych samych średnic. Są także pompy o konstrukcji modułowej – z wałem podzielonym na segmenty, z których każdy ma osobne łożyskowanie. W tych pompach można ujmować i dodawać moduły, ale trzeba zapewnić im odpowiednio mocny silnik.

Konstrukcję nośną dla pomp głębinowych stanowią rury tłoczne. Pompa jest zabudowywana na silniku i tym samym wlot wody do pompy znajduje się w połowie jej wysokości poprzez odporne na korozję sito wlotowe, które osłania króciec ssawny. Sito zatrzymuje m.in. żwir i kamyki i dobierane jest do danych warunków. Woda po przejściu przez wirniki w kolejnych stopniach pompy trafia do króćca wylotowego zabezpieczanego zaworem zwrotnym. Zawór ten jest m.in. zabezpieczeniem przed możliwością cofania się wody i powstania ryzyka uderzenia hydraulicznego, co może spowodować zniszczenie pompy po zmianie kierunku przepływu wody. Temu niebezpiecznemu zjawisku zapobiega się też, stosując łagodny start silników.

W przypadku instalacji na dużych głębokościach lub tłoczenia wody do systemu pod ciśnieniem zaleca się zastosowanie dodatkowego zaworu zwrotnego umieszczonego w odległości kilkudziesięciu metrów od pompy. Pompy mogą być zabudowane w płaszczach kierująco-ssących, jak też bez nich. Mogą też być wbudowanie bezpośrednio w linię rurociągu zespołu pompowego w płaszczu hermetycznym w pozycji pionowej i poziomej. Stosuje się też zabudowy z obejściem zespołu pompowego równolegle do linii rurociągu w płaszczu hermetycznym w pozycji pionowej i poziomej. 

Dobór pomp 

Przed doborem pompy należy dokładnie poznać wydajność ujęcia. Dobór pomp głębinowych uzależniony jest też od średnicy ujęcia. Kolejny aspekt to maksymalne zapotrzebowanie na wodę oraz wysokość podnoszenia i wydajność pompy – a te zależą m.in. od liczby stopni urządzenia. Dla każdej z pomp producent podaje jej charakterystykę – czyli wykres wskazujący na zależności wysokości podnoszenia, mocy i sprawności od wydajności pompy. Niektóre charakterystyki zawierają też informację o koniecznej nadwyżce antykawitacyjnej, czyli wysokości wymaganego lustra wody (jej napływu) nad sitem wlotowym pompy. Wprawdzie pompa głębinowa jest zanurzona w wodzie, ale powinna mieć zapas słupa wody nad sitem, aby zapobiegać kawitacji. Zaleca się, żeby lustro wody znajdowało się nawet 4 m nad zaworem zwrotnym pompy. 

Przy doborze pompy nie można się kierować maksymalnymi parametrami pracy, gdyż dla różnych wydajności to samo urządzenie (o tej samej średnicy i liczbie stopni) będzie mieć różne wysokości podnoszenia i wydajności. Na przykład dla danej czterostopniowej pompy przy wysokości 23 m wydajność wyniesie 1,8 m³/h, a dla wysokości 10 m aż 6 m³/h. Z kolei przy tej samej średnicy pompy, ale dla 12 stopni (i tym samym większej mocy), z wydajnością 1,8 m³/h podniesie ona wodę na 68 m, a z wydajnością 6 m³/h – na 37 m. Łatwo te informacje odczytać w kartach doboru produktu. 

Może Cię zainteresuje: Wykorzystanie własnych surowców i możliwości może zapewnić Polsce bezpieczeństwo

Montaż i eksploatacja

W przypadku odwiertów w warstwie wodonośnej zawierającej piasek lub żwir istotne jest odpowiednie zabezpieczenie przed ich przedostawaniem się do pompowanej cieczy. Ważne jest również, aby odwiert został wyczyszczony przed zamontowaniem. Pompa nie może być także używana do pogłębiania otworu. W przypadku instalacji pompy w otworze o dużej średnicy, w rzece lub w innych otwartych zbiornikach wodnych może być wymagane zastosowanie płaszcza chłodzącego, aby zapewnić wymagany przepływ pompowanej cieczy wzdłuż całej powierzchni silnika. Producenci podają minimalne prędkości wody opływającej silnik pompy w celu zapewnienia odpowiedniego chłodzenia.

Pompy głębinowe pracują w sposób automatyczny – włączają się i wyłączają w zależności od poboru wody. Pompy głębinowe mogą być stosowane w instalacjach ciśnieniowych w połączeniu z odpowiednio dobranym zbiornikiem hydroforowym. Gromadzi on zapas wody i akumuluje ciśnienie. Pozwala to na rzadsze załączanie pomp i zapobiega ich nadmiernemu zużyciu. W rozwiązaniu problemu zbyt częstych uruchomień pomp pomaga też zawór zwrotny przy zbiorniku ciśnieniowym. Ciśnienie tego zbiornika powinno być o minimum 10% wyższe niż maksymalne ciśnienie pompy i powinien on mieć pojemność wyrównawczą pozwalającą ograniczyć liczbę uruchomień pomp.

Pompy głębinowe są tak konstruowane, aby nie wymagały wykonywania przeglądów okresowych. Zaleca się jednak sprawdzanie warunków i wydajności pracy pompy i silnika. Diagnostyka może być prowadzona poprzez pomiar ciśnienia maksymalnego pompy (w tym celu należy zamknąć zawór odcinający na kilka sekund) oraz sprawdzenie charakterystyki prądowo-napięciowej silnika podczas pracy pompy przy standardowym obciążeniu. Mierzone wartości powinny być porównywane do tych odnotowanych podczas pierwszych uruchomień układu. Zmniejszenie ciśnienia może wskazywać na zużycie pompy, podczas gdy podwyższone natężenie sugeruje przeciążenie silnika. Warto te wyniki konsultować z doradcami technicznymi producentów pomp, zwłaszcza większych urządzeń pracujących z dużymi przebiegami dobowymi, gdyż oszczędności zużywanej energii mogą skłaniać do wymiany pomp na inne, nowe wykonania. Ponadto do pomp oferowane są coraz nowsze wykonania sterowników, w tym falowniki niewymagające programowania, w których wystarczy ustawić tylko ciśnienie, jakie ma utrzymywać pompa w instalacji. Sterowniki mają też pełne przemysłowe zabezpieczenie pomp przed zwarciem, suchobiegiem, przeciążeniem, blokadą wirnika, spadkiem napięcia, zanikiem fazy oraz przepięciem.

Literatura

1. Jędral Waldemar, Pompy wirowe, PWN, Warszawa 2001.
2. Jędral Waldemar, Efektywność energetyczna pomp i instalacji pompowych, Wydawnictwo Krajowej Agencji Poszanowania Energii, Warszawa 2007.
3. Strączyński Marian i in., Podręcznik eksploatacji pomp w wodociągach i kanalizacji, Wydawnictwo Siedel-Przywecki, Warszawa 2017.
4. Kalenik Marek, Ujęcia wód podziemnych dla wodociągów grupowych i indywidualnych gospodarstw domowych, „Rynek Instalacyjny” nr 1–2/2015, s. 80–85, rynekinstalacyjny.pl
5. Jędral Waldemar, Metody zwiększenia efektywności energetycznej pompowania wody sieciowej, „Rynek Instalacyjny” nr 4/2011, s. 30–33, rynekinstalacyjny.pl.
6. Jędral Waldemar, Dobór pomp wodociągowych, kanalizacyjnych i ciepłowniczych oraz sposobów ich regulacji, „Rynek Instalacyjny” nr 11/2009, s. 52–56, rynekinstalacyjny.pl.
7. Materiały techniczne firm: Franklin Electric, Hydro-Vacuum, Stairs Pumps, Wilo.

Tekst pochodzi z miesięcznika "Rynek Instalacyjny" 7-8/2019

Chcesz być na bieżąco? Zapisz się do naszego newslettera!