Сондажни помпи

В и КСтатииСп. Инженеринг ревю - брой 4, 2010

Сондажните помпи са много по-ефективни в сравнение
с валовите помпи


       Наричат се сондажни, защото външният диаметър на този вид помпи позволява тяхното монтиране както в шахтови, така и в сондажни кладенци. Някои производители предлагат дори потопяеми сондажни помпи с външен диаметър три инча (76 мм), което дава възможност за инсталирането им в широко разпространения размер сондажи за битово приложение с диаметър 100 мм.
В близкото минало експлоатирането на шахтовите кладенци се е реализирало чрез т.нар. валови помпи (shaft pumps), които представляват хидравлични машини с относително сложна конструкция. Характерно за тях е, че двигателят е сухо изпълнение, монтиран на повърхността, който чрез дълъг вал задвижва помпената част, спусната под водата.
Защо валовите помпи са изместени от сондажните?
Предимства на валовите помпи са лесната поддръжка на електродвигателя и отсъствието на необходимост той да бъде специално подводно изпълнение, което би го оскъпило. Най-големият минус на валовите помпи е наличието на дълъг и тежък вал, свързващ двигателя и хидравличната част на машината. Поради голямата си дължина, валът трябва да бъде лагеруван на няколко места, което заедно с високото му тегло води до значителни загуби и съответно нисък коефициент на полезно действие. Също така поддръжката на валовата система е затруднена от факта, че част от него се намира под водата. Изброените причини са сред основните валовите помпи с течение на времето да бъдат изместени от много по-ефективните потопяеми сондажни помпи.
Избор на помпен агрегат
Както във всяка друга система, в която се транспортира флуид, така и при водоснабдяването с подпочвени води, помпата е сърцето на системата. Съществуват основания дори да се твърди, че при сондажите значението на помпения агрегат е дори още по-важно, защото няма пряк достъп до помпата. По тази причина няма място за грешка нито при нейния избор, нито при монтажа й.
Логично, изборът на помпа започва с определяне на необходимия дебит и напор. Необходимо е да се обърне внимание на факта, че от значение е разликата между статично и динамично водно ниво. Затова е важно да се вземе под внимание при избора на помпата. Много често при изчисление на необходимия напор се обърква компонентата геодезична височина, която е част от общия напор. Грешката се получава, като се отчита разликата между кота 0 (земната повърхност) и дълбочината, на която е спусната помпата. Единствената вярна геодезична височина е между кота 0 и нивото на водното огледало, което варира между статичното и динамичното ниво. От това ниво до нивото на потапяне на помпата геодезичната височина се уравновесява на принципа на скачените съдове.
Много важен момент при избора на помпа по дебит и напор е местоположението на избраната работна точка върху кривата на КПД, особено в случаите, когато се изпомпва вода от дълбоки сондажи. Тогава необходимият напор е много голям, а оттам и мощността на двигателя. Разлика от 5% в ефективността на помпения агрегат може да доведе до по-голяма консумация на електроенергия, която в рамките на едногодишен период би могла да бъде съизмерима с цената на самия помпен агрегат.

Условия за оптимално охлаждане на помпата
След избора на помпа по дебит и напор е необходимо да се проверят габаритните й размери. Знаейки габаритите, диаметъра на сондажа и работния дебит е възможно да бъде направена проверка на скоростта на обтичане на двигателя. Потопяемите помпи са с по-сложна конструкция от тези, предвидени за сух монтаж. Охлаждането на двигателите на потопяемите помпи се реализира чрез течността, обтичаща двигателя преди да влезе в помпената част. По тази причина скоростта на обтичане е много важна. За да има оптимално обтичане и охлаждане на двигателя, всеки помпен производител препоръчва минимална скорост, която е резултат на дълги изчисления и практически изпитания. Ако разликата в диаметрите на помпата и сондажа е толкова голяма, че изпомпваният дебит не осигурява препоръчителната скорост е важно като аксесоар да бъде осигурен охладителен кожух. Той представлява тръба, която се монтира върху двигателя и намалявайки свободното сечение между него и помпата осигурява необходимата скорост на обтичане. При изпомпване на води с по-високи температури, охладителният кожух не е правилното средство за постигане на добро охлаждане. В тези случаи трябва да се предвиди монтирането на двигател, издържащ на висока температура.
Също така следва да се вземе под внимание съставът на водата – има води, които са доста агресивни и корозионни по отношение на помпения агрегат. В тези случаи трябва да бъде избран подходящ материал за изработване на важните елементи на помпата. На пазара има помпени производители, които предлагат своите продукти в изпълнение от различни класове неръждаема стомана – от AISI 304 до AISI 904, като последната е високо корозионноустойчива. Също така е възможно да бъде монтирана анодна защита, която е химически по-активна с агресивната среда и поема върху себе си корозионния процес.

Не бива да се пести от инвестицията в захранващ кабел
След помпения агрегат се пристъпва към избор на захранващ кабел. Той се базира на мощността и номиналния ток на двигателя, дълбочината на спускане на помпата, както и от други фактори. След всички необходими изчисления е възможно да се окаже, че инвестицията в захранващ кабел е съизмерима или дори надвишава инвестицията в помпен агрегат, особено когато се говори за мощни помпи, спускани на големи дълбочини. В такива случаи най-голямата грешка, която може да се допусне е да се правят икономии, закупувайки „малко” по-малък размер кабел. Това ще доведе както до повишен риск от повреда на двигателя, така и до систематично повишаване на температурата и големи загуби на електроенергия. Препоръката на специалистите е да се правят изчисления за оразмеряване на захранващия кабел с 1 до 3% пад на напрежението, като се инвестира в кабел с най-близкото стандартно до изчисленото сечение в посока плюс. По-голямата инвестиция в началото впоследствие ще се изплати в безаварийна работа и спестена електроенергия.
В комплекс със захранващия кабел, изборът на защитно устройство на двигателя на помпата е от съществено значение. На българския пазар се предлагат всякакви защитни устройства – от най-обикновени дефектнотокови защити до комплексни защити, следящи всички електрически параметри. Сред тях са: съпротивлението на изолацията на кабела и намотките на двигателя, посоката на въртене на двигателя и температурата на намотките. Коректният избор на правилната защита на двигателя спомага за безаварийната работа на агрегата и рядкото му вадене и спускане за ремонт – услуга, която в зависимост от дълбочината на потапяне на помпата може да бъде равностойна на цената на съоръжението.

Монтаж, експлоатация, обслужване на помпите
Задължително е монтажът да бъде извършен от квалифициран персонал. В съответствие с българското законодателство, всеки производител на помпи доставя заедно с оборудването и подробни инструкции за неговите монтаж и експлоатация. Те трябва да бъдат безусловно следвани при монтажа, тъй като има много особености при различните модели помпени агрегати, които е възможно да не са познати дори на опитни и квалифицирани инсталатори. В тези инструкции обикновено се съдържат ценни съвети, свързани и със съхранението, експлоатацията и обслужването на помпата. Тяхното следване гарантира дългогодишна безпроблемна работа и оптимално използване на вече изградената водоснабдителна система.
Какви са основните стъпки при разработване на сондажи?
За да се осигури продължителната и безпроблемна работа на един сондаж е необходимо да се спазват няколко последователни стъпки, които са от изключителна важност. Неспазването дори на една от тях би могло да доведе както до проблеми със самия сондаж и неговия капацитет, така и до инсталиране на неподходящо помпено оборудване. Резултатът е очевиден - значителни икономически загуби както от първоначалната инвестиция, така и от големите разходи за експлоатирането и обслужването на сондажа.
Най-общо етапите, които следват да се изпълняват при изграждането на сондаж са:
- Предварително проучване;
- Сондиране, довършителни работи и тестване на сондажа;
- Разработване на сондажа;
- Избор на помпен агрегат;
- Избор на захранващ кабел, защита и аксесоари на помпата;
- Монтаж, експлоатация и обслужване на помпения агрегат.

За важността на предварителното проучване
Етапът на предварителното проучване е изключително важен. Той стартира с определяне на заданието, а именно: необходимо количество вода и тип на системата (директно водоснабдяване или чрез междинен резервоар). Следващата стъпка включва извършване на геоложко проучване на района, в който ще бъде изграден сондажът. Целта й е да се избере най-подходящото място за изграждане на сондажа, както и да се получи представа за неговите параметри. Именно на базата на зададените от една страна нужди, а от друга - на очакваните параметри от геоложките проучвания, се определя предварително размерът на сондажния кладенец. Той следва да бъде подходящ за модела помпа, удовлетворяваща необходимия дебит. Често се прави сравнение между необходимо количество вода и теоретичния дебит на сондажа. Анализът би могъл да наложи промяна на избраната системата. Например, нека разгледаме следния случай. Зададеното количество вода е необходимо в определен момент от денонощието. То неколкократно надвишава дебита на сондажа. Първоначалните планове са включвали директно подаване на водата. След направеното проучване се налага промяна на системата в посока изграждане на междинен резервоар, който да се пълни по-продължително време с цел да се използва в моментите, в които е необходимо.

Сондажната компания следва да издаде паспорт
Следващият етап от изграждането на сондаж включва самото сондиране. Обикновено се изпълнява от специализирани фирми, занимаващи се с пробиване и изграждане на сондажи. След приключване на сондажните работи е от голяма важност да бъдат определени параметрите на сондажа. Тестването на сондажа обхваща измерване на:
- Дебита му;
- На статичното водно ниво (нивото на водното огледало, когато сондажът е в покой, т.е. при неработеща помпа);
- На динамичното водно ниво (нивото на водното огледало, когато сондажът дава тестов дебит, т.е. при работеща помпа). Това ниво характеризира пада на вода в сондажа, в зависимост от черпеното количество.
Има сондажи, при които статичното и динамичното ниво са почти еднакви. При други сондажи обаче разликата е огромна. Двете нива – статично и динамично са определящи за правилния избор на помпата, особено в случаи на голяма разлика между тях. Те трябва да бъдат взети под внимание, така че помпата да работи безпроблемно и при двете точки на напора.
Друг важен параметър е нивото на водоносния слой. Дефинира се като ниво, на което водата постъпва в сондажа. Характеристиката е сред факторите, определящи избора на местоположение на помпата.
Всички изброени параметри на сондажа плюс неговия диаметър, обща дълбочина, температура и състав на водата (в случай, че съществува някаква особеност), се записват в паспорт, който се издава от сондажната компания, изпълняваща сондажния кладенец. Документът следва да се предостави на собственика след приключване на всички дейности по изграждането, тестването и разработването на собственика.

Оптимално разработване на водоносните пластове
Разработването на един сондаж е процедура, която започва с тестването му. Представлява процес на изпомпване на вода от кладенеца, който стартира с минимален дебит, постепенно увеличаващ се във времето. По този начин водоносните пластове се разработват оптимално, осигурява се дългосрочна безпроблемна работа на сондажа с по-малко наличие на пясък във водата.
Много често се пристъпва към изграждане на водоснабдителна система на базата на изграден в миналото сондаж, за който няма никаква информация. Също така някои сондажни фирми ограничават своята дейност до сондиране и изграждане на обсадната тръба. В тези случаи задължително трябва да се проведат мероприятия по определяне на гореописаните параметри. В противен случай се рискува ефективният и дългосрочен живот както на сондажа, така и на помпения агрегат.

Три са основните видове водоизточници
Водоизточникът е базов и незаменим елемент на всяка водоснабдителна система, независимо от предназначението й - питейна, напоителна или друга. Проучването на характеристиките на един водоизточник и правилната му експлоатация са жизнено важни за безпроблемното и дълготрайно функциониране на цялата водоснабдителна система.
Три са основните видове водоизточници:
- Повърхностни води;
- Подпочвени води;
- Дъждовни води.
Третият тип води – дъждовните, могат да се разглеждат като средство за възстановяване на първите два. Също така са и основен вид водоизточник, когато наличието на повърхностни и подпочвени води е силно ограничено или изцяло липсва, особено в приложения, свързани с напояване.
Понятието повърхностни води обединява потоци, реки, езера и др. Тези водоизточници са сравнително лесни за разбиране и използване, защото могат да бъдат постоянно наблюдавани и лесно да бъдат измервани. Подпочвените води са изключително важен водоизточник и осигуряват огромна част от водния ресурс за водоснабдяване и напояване в световен мащаб.
При подпочвените водоизточници водните потоци са скрити, което прави многократно по-трудно тяхното наблюдение, измерване и експлоатация. И мониторирането, и използването им са свързани с необходимостта от инвестиране в по-скъпи помпени агрегати или системи,  по-сложен монтаж и пуск на помпата, както и по-енергоемко обслужване, сервизиране и експлоатиране.

Видове кладенци
Изпомпването на подпочвени води налага изграждането на кладенци. В зависимост от подхода, който се използва при строителството, както и според размера на отвора им, те се делят на:
Набивни кладенци. Изграждат се чрез набиване на тръба с много малък диаметър. Обикновено се разглеждат като евтин начин за използване на подпочвени води, чийто водоносен пласт се намира на относително високо ниво под земята. Набивните кладенци не позволяват използването на потопяеми помпи.
Шахтови кладенци. Представляват кладенци с диаметър по-голям от 800 мм, които се изграждат чрез изкоп. Укрепват се посредством монтаж на бетонни пръстени или иззиждане на стените. Шахтовите кладенци се използват за изпомпване на относително високи подпочвени води. Добиването на вода се реализира чрез електрическа помпа, ръчна помпа или по примитивния метод, използван в миналото - с кофа или ведро и скрипец, разположен на стойка над кладенеца.
Сондажни кладенци. Както личи от наименованието им, тези кладенци се изработват чрез пробиване със сонда, имаща диаметър, не по-голям от 400 – 600 мм. Сондажните кладенци се укрепват с обсадна тръба, която би могла да бъде стоманена, етернитова или пластмасова. Освен за укрепване, тръбата спомага дълготрайното експлоатиране на кладенеца. Сондажите се изграждат с различна дълбочина. Обикновено методът се използва за изграждане на кладенци със средни и големи дълбочини, които биха могли да достигнат и дори да прехвърлят 500 - 1000 метра.

Шахтовите кладенци се използват широко за добив на вода
Понастоящем се използват и трите вида кладенци. Приложението им се обуславя от конкретните географски и геоложки особености на района, в който се изгражда кладенецът. Шахтовите кладенци, например, са силно разпространени за добив на вода в районите на речните корита. Този тип кладенци са известни още като филтрация или инжекция на речния бряг. Изградени на определено разстояние от речното корито, те използват воден ресурс с голям дебит и високо подпочвено ниво. В действителност тези води са се просмукали под земята от речното корито. Следователно, се получава естествена филтрация при преминаването на водата през различните земни слоеве, пясъци и глина.




ЕКСКЛУЗИВНО

Top