Погружной насос
Погружной насос применяют для откачки жидкостей из скважин. Установки состоят из: погружного электронасосного агрегата, опущенного в скважину на напорной трубе, специального электрокабеля для питания электродвигателя и автомата управления (рис. 46).
Рис. 46. Общий вид установки с погружаемым электродвигателем: 1- насос; 2- электродвигатель; 3- входное отверстие; 4- напорная трубка; 5- узел укрепления напорной трубы; 6- электрокабель; 7- автомат управления.
Для добычи воды и нефти, для осушения месторождений полезных ископаемых были разработаны различные конструкции погружных насосов, которые отличались главным образом устройством погружного электродвигателя. Первые конструкции погружных электродвигателей, работающих в воде или нефти, из-за отсутствия в то время изоляционных материалов, пригодных для изготовления надежной обмотки, выполнялись сухими, защищенными от проникновения жидкости в пространство между статором и ротором.
В погружном насосе электродвигатель расположен ниже насоса. У устья скважины установлен небольшой компрессор, который периодически, по мере необходимости, автоматически подкачивает воздух по специальному воздухопроводу, введенному в кожух электродвигателя. Погружные насосы с сухим электродвигателем широкого применения не получили из-за громоздкости установки и трудностей при обслуживании, а также из-за аварии при перебоях в подаче электроэнергии.
В целях устранения указанных недостатков и в связи с появлением новых изоляционных материалов в последние годы были разработаны погружные насосы с полусухими и мокрыми электродвигателями. Полусухими погружными электродвигателями называются такие, у которых ротор вращается в воде, а статорная обмотка защищена от попадания в нее воды из скважины, (рис. 47).
Рис. 47. Пружинный насос с электродвигателем полусухого типа: 1- всасывающее отверстие; 2- электрокабель.
Между статором и ротором полусухого электродвигателя вставлена гильза, спрессованная под большим давлением из колец динамной стали. Верхний и нижний края этой гильзы герметично закреплены в корпусе статора, благодаря чему обмотка статора заключена в камере, в которую не должна попадать вода.
Между кольцами гильзы находятся прокладки для устранения паразитных токов. Однако наличие защитной гильзы увеличивает воздушное пространство в электродвигателе по сравнению с электродвигателями, у которых отсутствует подобная гильза, и отрицательно сказывается на величине к. п. д. установки. Перед спуском в скважину в электродвигатель заливают чистую воду, которая циркулирует в его корпусе под воздействием вспомогательного насоса, находящегося на нижнем конце вала.
Эта вода служит для смазки и охлаждения подшипников скольжения. Во время работы электродвигателя вода нагревается, и некоторое ее количество вытесняется. При остывании электродвигателя вода из скважины проникает в него, поэтому крупные электродвигатели полусухого типа оборудованы фильтрами для осветления воды.
Основной насос агрегата трехступенчатый, диагонального типа. Осевое усилие в рассматриваемом электронасосном агрегате уравновешивается гидравлической разгрузочной пятой, установленной на нижнем конце вала двигателя; вода для гидравлической пяты поступает под давлением от вспомогательного насоса.
Коэффициент полезного действия крупных погружных насосных агрегатов с электродвигателями полусухого типа и диагональным насосом достигает 60%. Из всех конструкций погружных насосных агрегатов наибольшее распространение получили насосные агрегаты с мокрым электродвигателем.
Погружные насосы с мокрыми электродвигателями наиболее просты и экономичны, но для их обмотки должны быть применены изоляционные материалы повышенного качества для работы в условиях водяной среды. Корпус мокрого электродвигателя заполнен чистой водой, которая в период его работы обеспечивает охлаждение обмотки и смазку подшипников.
В качестве изоляционного материала обмоток и кабеля применяются специальные сорта резины и пластмассы типа полихлорвиниловых. Мокрые электродвигатели не имеют деталей, герметизирующих обмотку статора и отличаются простотой конструкции. Срок службы погружных насосов определяется сроком службы электродвигателя.
В настоящее время мокрые электродвигатели работают до 5000 часов без ремонта, а отдельные установки проработали 10 000 часов без подъема из скважины.
В настоящее время для водоснабжения выпускаются погружные насосы с мокрыми и полусухими асинхронными короткозамкнутыми электродвигателями промышленного напряжения 380 и 220 в с числом оборотов 2950 и 2900 об/мин. Ниже приводятся таблицы технических данных, выпускаемых в СССР, погружных насосных агрегатов для подъема воды из глубоких скважин.
Замечания по установке и эксплуатации погружных насосов:
1) Поскольку смазка подшипников и охлаждение агрегата осуществляется водой, то запуск агрегата в непогруженном в воду состоянии недопустим.
2) При монтаже следует погружать насос под динамический уровень воды не менее чем на 10 м и не более чем на 35 м от статического уровня воды в скважине. При погружении насоса на глубину более 35 м возможно повреждение гильзы статора, так как последняя у полусухих электродвигателей испытывается на давление 5,5 атм.
3) Погружные насосы чувствительны к механическим примесям в воде и быстро выходят из строя при наличии последних, поэтому перед установкой погружного насоса следует откачать скважину до полного осветления воды с производительностью больше расчетной.
4) Перед спуском агрегата в скважину электродвигатель последнего заливается чистой водой.
5) Погружные насосы выполняются многоступенчатыми, секционными, поэтому при необходимости уменьшения напора можно уменьшите количество секций.
Практикой установлены следующие причины преждевременного выхода из строя погружных насосных агрегатов с мокрыми электродвигателями:
1 - износ радиальных подшипников электродвигателя;
2 - износ сегментов упорной пяты;
3 - износ и поломка рабочих колес вследствие износа сегментов упорной пяты, так как при этом рабочие колеса истираются о направляющие аппараты.
Для предупреждения поломки необходимо внимательно наблюдать за работой насосного агрегата в скважине по показаниям электрических приборов, фиксирующих напряжение, ток и потребную мощность.
Преимущества погружных электронасосных агрегатов в сравнении со всеми другими способами подъема воды из глубоких скважин несомненны и заключаются в следующем:
1 - простота монтажа и демонтажа;
2 - отсутствие надобности в здании над скважиной;
3 - меньший вес всей насосной установки, вследствие чего уменьшается расход металла на 40—50% и снижается трудоемкость изготовления насосов;
4 - удобство эксплуатации;
5 - коэффициент полезного действия погружных насосов колеблется в пределах 0,35—0,6; имеются возможности его повышения путем совершенствования конструкции и увеличения мощности.
