mosuireПередо мной буровая колонна, паспорт скважины и лист измерений. На столе лежат кривые Q-H разных производителей. Я начинаю с простого вопроса: сколько воды требуется потребителю в пиковую минуту. От этого зависит не только производительность, но и диаметр, энергопотребление, срок службы торцевого уплотнения.
Гидрогеологический расчёт
Определяю статический уровень — высоту водяного столба в спокойном состоянии. Затем принудительно откачивают двадцать минут и фиксирую динамический уровень. Разница даёт чистый напор, который насос обязан преодолеть вместе с потерями на трение. Добавляю высоту до самой высокой точки системы: чаще всего это расширительный бак в мансарде. Умножаю суммарный напор на коэффициент 1,15 — запас против кавитации. Кавитация — выход жидкости из фазового равновесия с образованием паровых полостей, пузырьки схлопываются у кромки рабочего колеса и вырывают микрочастицы металла. Сталь AISI 304 справляется с нагрузкой лучше латунных сплавов, но без расчётного запаса любая крыльчатка проработает недолго.
Лабораторный анализ показывает дозу абразива. При содержании песка выше 50 г/м³ использую насос с плавающими рабочими колёсами из норила. Традиционные монолитные крыльчатки дают искру из-за контакта с кварцевой взвесью и быстро теряют геометрию лопаток. Для агрессивной воды выбираю аустенитную сталь AISI 316 L или бронзу CB491K: молибден в составе повышает стойкость к точечной коррозии.
Энергетический баланс
Следующий параметр — удельная мощность. Беру график КПД: оптимальный режим находится в узком коридоре 0,7–0,8 от расчётного расхода. При работе «в холостую» насос перегревается, при чрезмерном напоре ротор выходит на срыв, что приводит к вихревым кавернам и вибрации. Двигатель маслонаполненный или водонаполненный. Масло гасит гидродинамический удар, однако плохо отдаёт тепло. В водонаполненном моторе тепло уходит через ламинаризации потока вокруг корпуса, но такой агрегат требователен к чистоте перекачиваемой среды.
Пусковой ток асинхронного мотора достигает шести номиналов. Поэтому закладываю частотный преобразователь с режимом мягкого старта: пусковой коэффициент снижается до двух, что экономит медь в кабеле и увеличивает ресурс контакторов. Частотник позволяет ступенчато поднять обороты при падении уровня воды, избегая пересечения зоны кавитационного резерва.
Длина кабеля подбирается по таблице напряжений. На сорока метрах и более диаметр жилы увеличиваю на шаг, иначе конец обмотки греется сильнее коллектора. В паспортной колонке «потери на линии» жестко ограничиваю просадку до 3 %.
Защита и контроль
Сухой ход — враг погружных насосов. На блоке автоматики ставлю реле тока, которое фиксирует провал потребляемого ампеража ниже 60 % номинала. Датчик уровня с мембраной из витона реагирует на столб воды быстрее поплавковых конструкций. В пару к нему монтирую термозащиту с биметаллической пластиной: при перегреве обмотки размыкают цепь питания.
Сетчатый фильтр на входе держит фракцию до 0,5 мм. Для более крупного абразива ставлю гравитационную песколовку. Конфузор создает участок с замедленным потоком, и частицы оседают, не доходя до рабочего колеса.
Клапан обратный ставлю непосредственно на напорном патрубке. Обратный удар воды со скоростью 7 м/с способен сместить ротор на полмиллиметра — величина критическая для прецизионных подшипников из карбида кремния.
Материал корпуса влияeт на теплопередачу. Нержавейка отдаёт тепло в водяной столб почти без теплового барьера, полимер снижает нагрузку на кабель при аварийном перегреве, но повышает диаметр. Цинк-алюминиевое покрытие встречается реже, оно уводит электрохимический потенциал и тем самым уменьшает гальваническую коррозию в водах с высоким сухим остатком.
Завершаю подбор подбором гидроаккумулятора. Размер бака задаю так, чтобы число пусков не превышало двадцати в час — порог для типового реле давления. Использую формулу N = (Qmax • t) / Vгд, где Qmax — максимальный расход, t — желаемый интервал между пусками, Vгд — полезный объём бака с учётом подушек воздуха и воды.
Перед пуском ещё раз проверяю сопротивление изоляции мегомметром: сопротивление не ниже 20 МΩ при 500 В указывает на сухие обмотки. Плавный разгон выводит рабочую точку на середину характеристической кривой, и напор держится без колебаний. Только после стабилизации напора фиксирую температуру корпуса: разница с окружающей водой не превышает 5 °C, что подтверждает правильность расчёта.
В результате насос и скважина образуют единый контур, где каждый параметр опирается на замеры, а не на предположения. Симбиоз расчёта и контроля продлевает срок службы оборудования и гарантирует необходимый дебит независимо от смены сезона или колебаний напряжения.
