Глибинний насос для свердловин – спеціалізований електромеханічний пристрій для вилучення підземних вод з глибоких колодязів. Його принципи проектування об’єднують знання з багатьох дисциплін, включаючи механіку рідини, механічну трансмісію та матеріалознавство, з метою досягнення ефективного, надійного та стабільного свердловинного гідравлічного транспорту. Порівняно зі звичайними відцентровими насосами, насоси для глибоких свердловин працюють у довгих вузьких свердловинах, долаючи значний гідростатичний тиск і опір транспортуванню на великі -відстані, а також адаптуються до обмежень діаметра свердловин і конкретних вимог до встановлення та обслуговування. Тому вони володіють відмінними характеристиками в своїй структурі і принципах роботи.
Основний принцип роботи глибоководних насосів заснований на механізмі перетворення енергії відцентрових насосів. Двигун передає крутний момент на багато-ступеневе робоче колесо в свердловині через муфту або довгий вал. Висока-швидкість обертання робочих коліс передає відцентрову силу ґрунтовій воді, що надходить у камеру насоса, створюючи зону високого-тиску на зовнішньому краю робочого колеса та зону низького-тиску в центрі, досягаючи безперервного забору та скидання води. Багато{7}}ступенева, послідовно-з’єднана структура робочого колеса може поступово збільшувати тиск води в обмеженому осьовому просторі, задовольняючи вимоги до високого напору глибоких свердловин. Вода протікає через низку робочих коліс і направляючих лопаток, піддається тиску та ректифікації, перш ніж, нарешті, подається до наземної системи трубопроводів із верхнього вихідного отвору насоса.
Для адаптації до вузького простору глибоких свердловин глибоководні насоси конструктивно розташовуються вертикально. Двигун може бути розміщений на поверхні (суха установка) або безпосередньо підключений до колодязя через довгий вал (мокра установка). При сухій установці двигун відокремлений від корпусу насоса, і потужність передається на робоче колесо в свердловині через довгий вал. Це дозволяє уникнути корозії двигуна вологою та колодязною водою, але вимагає вирішення проблем із вібрацією, спричиненою концентричністю та відхиленням довгого вала. Мокра установка, навпаки, повністю занурює двигун і корпус насоса у воду. Двигун має водонепроникну конструкцію ущільнення, що забезпечує компактну конструкцію та легку установку, але висуває вищі вимоги до ущільнення та охолодження двигуна. Обидві структурні форми вимагають всебічного врахування глибини свердловини, діаметра свердловини, коливань рівня води та простоти обслуговування під час проектування.
Гідравлічна конструкція має вирішальне значення для продуктивності глибинних насосів. Профіль робочого колеса, кількість лопатей, вихідний кут і ширину каналу потоку необхідно оптимізувати на основі номінальної швидкості потоку та напору, щоб зменшити гідравлічні втрати, підвищити ефективність і придушити завихрення та кавітацію під час роботи. Направляючі лопатки перетворюють високошвидкісний потік рідини від робочого колеса в потік стабільного тиску, зменшуючи градієнт швидкості та інтенсивність турбулентності, тим самим зменшуючи втрати енергії та шум. Відстань і загальну осьову довжину багато-ступеневих робочих коліс слід звести до мінімуму, але все ще відповідати вимогам до головки, щоб відповідати загальним діаметрам колодязів і зменшити труднощі встановлення.
Вибір матеріалів також відповідає обмеженням принципів дизайну. Середовище свердловини включає тиск води, ерозію осаду, потенційну хімічну корозію та коливання температури. Корпус насоса, робоче колесо та вал мають бути виготовлені з високо-міцних, корозійно-і зносостійких-матеріалів, таких як нержавіюча сталь, бронза або поверхнево-зміцнена вуглецева сталь, щоб забезпечити довгострокову-експлуатаційну надійність. Конструкція механічного ущільнення повинна збалансувати водонепроникність і зносостійкість, щоб запобігти проникненню колодязної води в двигун або підшипники.
Крім того, конструкція насоса для глибокої свердловини повинна повністю враховувати пускові характеристики та стабільність роботи. Оскільки коливання статичного рівня води в свердловині можуть впливати на умови всмоктування, конструкції часто використовують більший діаметр всмоктувального отвору та відповідну глибину занурення, щоб зменшити ризик кавітації. Узгодження інерції обертання двигуна та корпусу насоса, а також жорсткість опори підшипника та конструкція демпфування використовуються для контролю амплітуди вібрації та забезпечення стабільної роботи за змінних навантажень та умов рівня води.
Загалом, принцип конструкції глибинних свердловинних насосів полягає в тому, щоб відповідати вимогам високого напору та високої ефективності видобутку глибокої свердловини. Це досягається за рахунок енергетичної суперпозиції вертикальних багато-ступеневих робочих коліс, компактної конструкції, адаптованої до діаметра свердловини, оптимізованої гідравлічної моделі та надійних матеріалів і ущільнювальних рішень, які забезпечують безпечне вилучення та стабільний транспорт ґрунтових вод. Глибоке-застосування цього принципу зробило глибинні насоси незамінними в сільськогосподарському зрошенні, міському та сільському водопостачанні та промисловому водозаборі.