PL151421B1

PL151421B1 - Pumping system for pumping water from deep wells

Info

Publication number: PL151421B1
Application number: PL26055186A
Authority: PL
Priority date: 1986-07-10
Filing date: 1986-07-10
Publication date: 1990-09-28
Also published as: PL260551A1

Description

RZECZPOSPOLITA OPIS PATENTOWY 151 421RZECZPOSPOLITA PATENT DESCRIPTION 151 421

POLSKAPOLAND

Patent dodatkowy do patentu nr--Zgłoszono: 86 07 10 (P. 260551)Additional patent to patent no. - Filed: 86 07 10 (P. 260 551)

Pierwszeństwo--Zgłoszenie ogłoszono: 87 04 06Priority - Application announced: 87 04 06

Opis patentowy opublikowano: 1991 02 28Patent description published: 1991 02 28

Int. Cl.⁵ F04B 47/00Int. Cl. ⁵ F04B 47/00

Twórcy wynalazku: Romuald Hoffman, Jerzy Kołodziejczyk, Irena Kalbarczyk, Józef WowkCreators of the invention: Romuald Hoffman, Jerzy Kołodziejczyk, Irena Kalbarczyk, Józef Wowk

Uprawniony z patentu: Centralny Ośrodek Badawczo-RozwojowyAuthorized by the patent: Central Research and Development Center

Budownictwa Inżynieryjnego „Hydrobudowa, Warszawa (Polska)Construction of Engineering "Hydrobudowa, Warsaw (Poland)

Układ pompowy do czerpania wody ze studni głębinowychA pump system for drawing water from deep wells

Przedmiotem wynalazku jest układ pompowy do czerpania wody ze studni głębinowych.The subject of the invention is a pump system for drawing water from deep wells.

W przypadku, gdy poziom dynamicznego zwierciadła wody w studni głębinowej nie zezwala na czerpanie wody pompami powierzchniowymi, stosuje się głębinowe agregaty pompowe. Wysokość podnoszenia pomp głębinowych dobiera się tak, by pompa, czerpiąc wodę z poziomu dynamicznego zwierciadła wody, dostarczyła ją, przy zachowaniu odpowiednich parametrów, do miejsca przeznaczenia. Przy doborze pompy głębinowej przyjmuje się najczęściej dość znaczną nadwyżkę wysokości podnoszenia na spadek parametrów spowodowany zużyciem pompy. Taki układ może być stosowany z powodzeniem, gdy studnia ma dostateczną wydajność w stosunku do zapotrzebowania wody lub do dysponowanej wydajności pompy.In the event that the level of the dynamic water table in a deep well does not allow water to be drawn with surface pumps, submersible pump units are used. The lifting height of the submersible pumps is selected so that the pump, drawing water from the dynamic water table, delivers it, while maintaining the appropriate parameters, to the destination. When selecting a submersible pump, a fairly significant surplus of head is usually assumed for a drop in parameters caused by pump wear. Such an arrangement can be used successfully when the well has a sufficient capacity in relation to the water requirement or the available pump capacity.

W przypadku, gdy wydajność studni jest mniejsza od chwilowego zapotrzebowania wody i od dysponowanej wydajności pompy następuje nadmierne obniżenie poziomu dynamicznego zwierciadła wody w studni grożące odkryciem pompy, ponieważ pompa głębinowa ma znacznie większą wysokość podnoszenia w stosunku do różnicy poziomów pomiędzy położeniem pompy w studni a poziomem dostarczania wody. Ma to miejsce w większości eksploatowanych ujęć głębinowych, zwłaszcza po pewnym czasie eksploatacji, gdy filtr traci przepustowość na skutek zamulenia cząstkami stałymi z warstwy wodonośnej i zarastania związkami chemicznymi wytrącanymi z wody. Obniżenie poziomu zwierciadła wody w studni do poziomu wlotu do pompy jest niedopuszczalne, ponieważ wówczas pompa chwytając powietrze ulega chwilowemu zapowietrzeniu i pracuje częściowo na sucho. Prowadzi to do uszkodzenia lub szybkiego zużycia pompy. Zjawisko to jest szczególnie niebezpieczne w układach wodociągowych o jednostopniowym pompowaniu, gdzie pompa głębinowa zasila bezpośrednio sieć wodociągową. W tym przypadku pompa ma dużą nadwyżkę wysokości podnoszenia w stosunku do różnicy poziomów pomiędzy pompą a poziomem odbioru wody, a rozbiór wody jest bardzo nierównomierny. Utrudnia to eksploatację wodociągów.If the well capacity is lower than the instantaneous water demand and the available pump capacity, the level of the dynamic water level in the well is excessively reduced, threatening to discover the pump, because the submersible pump has a much higher head compared to the level difference between the pump's position in the well and the water level. water supply. This is the case in most exploited deep water intakes, especially after some time of operation, when the filter loses its capacity due to silting with solid particles from the aquifer and overgrowing with chemical compounds precipitated from the water. Lowering the water table in the well to the level of the pump inlet is unacceptable, because then the pump, catching the air, is temporarily air-entrained and runs partially dry. This leads to damage or rapid wear of the pump. This phenomenon is particularly dangerous in single-stage pumping water systems, where the submersible pump directly supplies the water supply network. In this case, the pump has a large head surplus in relation to the level difference between the pump and the water receiving level, and the water consumption is very uneven. This makes the operation of the water supply difficult.

151 421151 421

Dla uniknięcia tej niedogodności buduje się znacznie kosztowniejsze wodociągi o dwustopniowym systemie pompowania ze zbiornikiem retencyjnym.To avoid this inconvenience, much more expensive waterworks are built with a two-stage pumping system with a retention reservoir.

Dla zabezpieczenia pomp głębinowych przed pracą przy zbyt małym zalaniu stosuje się zwykle wyłączniki, które wyłączają pompę, gdy poziom zwierciadła wody opadnie poniżej poziomu dopuszczalnego. Dla uniknięcia pulsacyjnej pracy takiej pompy stosuje się dwa rozwiązania: opuszcza się pompę głęboko, poniżej przewidzianego dla danej studni poziomu zwierciadła wody lub też dławi się przepływ w celu ograniczenia wydajności pompy. Pierwsze rozwiązanie jest kosztowne, a drugie powoduje znaczne straty energii elektrycznej, ponieważ zwiększa się zużycie energii na 1 m³ dostarczanej przez ujęcie wody.To protect submersible pumps against operation with too little flooding, switches are usually used, which turn off the pump when the water level drops below the permissible level. In order to avoid pulsating operation of such a pump, two solutions are used: the pump is lowered deep, below the water level provided for a given well, or the flow is throttled in order to limit the pump efficiency. The first solution is expensive, and secondly causes a substantial loss of energy, since it increases energy consumption per 1 m ³ supplied by a water intake.

Celem wynalazku było opracowanie samoregulacyjnego układu pompowego do czerpania wody ze studni głębinowych, który dostosowując się do wydajności studni, nie dopuszczałby do obniżenia poziomu zwierciadła wody w studni poniżej poziomu dopuszczalnego. Dla osiągnięcia celu zastosowano szeregowe połączenie pompy głębinowej o małej wysokości podnoszenia i pompy powierzchniowej zdolnej do pracy w warunkach rozwiniętej kawitacji. Zjawisko kawitacji pompy powierzchniowej wykorzystano do regulacji jej wydajności w zależności od poziomu zwierciadła wody w studni.The aim of the invention was to develop a self-regulating pump system for drawing water from deep wells, which, adapting to the well efficiency, would not allow the water level in the well to fall below the permissible level. To achieve the goal, a series combination of a submersible pump with a low head and a surface pump capable of operating in conditions of developed cavitation was used. The phenomenon of surface pump cavitation was used to regulate its efficiency depending on the water level in the well.

Istota wynalazku polega na tym, że w układzie pompowym złożonym z pompy głębinowej, pompy powierzchniowej i łączącego je przewodu pośredniego, przewód pośredni jest dłuższy od sumy wysokości podnoszenia pompy głębinowej przy jej maksymalnej wydajności i ciśnienia barometrycznego, pomniejszonej o nadwyżkę antykawitacyjną pompy powierzchniowej przy maksymalnej wydajności tej pompy. Pompa głębinowa umieszczona jest na takiej głębokości, że obniżenie poziomu dynamicznego zwierciadła wody powoduje przekroczenie nadwyżki antykawitacyjnej pompy powierzchniowej.The essence of the invention is that in a pumping system consisting of a submersible pump, a surface pump and an intermediate conduit connecting them, the intermediate conduit is longer than the sum of the head of the submersible pump at its maximum efficiency and barometric pressure, less the anti-cavitation surplus of the surface pump at the maximum capacity this pump. The submersible pump is placed at such a depth that lowering the dynamic level of the water table causes the surplus of the anti-cavitation surface pump to be exceeded.

Zaletą tego rozwiązania jest samoregulacyjność układu, która nie dopuszcza do obniżenia poziomu zwierciadła wody w studni poniżej minimalnego poziomu zalania pompy głębinowej.The advantage of this solution is the self-regulation of the system, which does not allow the water level in the well to fall below the minimum flooding level of the submersible pump.

Przedmiot wynalazku uwidoczniono w przykładzie wykonania na rysunku, który przedstawia układ pompowy według wynalazku, w przekroju osiowym, zainstalowany pionowo w studni.The subject matter of the invention is shown in an embodiment in the drawing which shows the pump system according to the invention in an axial section installed vertically in a well.

Pompa głębinowa 1 połączona jest przewodem pośrednim 3 z pompą powierzchniową 2. Wszystkie poziomy wody w studni: poziom 5 statycznego zwierciadła wody, poziom 6 dynamicznego zwierciadła wody i poziom 7 minimalnego zwierciadła wody, zapewniającego konieczne zalanie pompy głębinowej 1, mierzone są w metrach od poziomu 4 pompy powierzchniowej 2.The submersible pump 1 is connected by an intermediate pipe 3 with the surface pump 2. All water levels in the well: level 5 of the static water table, level 6 of the dynamic water table and level 7 of the minimum water table, ensuring the necessary flooding of the submersible pump 1, are measured in meters from the level 4 surface pump 2.

Dla wyjaśnienia zjawisk zachodzących w układzie pompowym podczas pompowania wprowadzono następujące oznaczenia:To explain the phenomena occurring in the pumping system during pumping, the following symbols have been introduced:

O_max — maksymalna wydajność przewidziana dla danego układuO _m ax - maximum capacity for a given system

Het — głębokość statycznego zwierciadła wody czyli różnica pomiędzy poziomem 5 statycznego zwierciadła wody W studni, a poziomem 4 pompy powierzchniowej 2.Het - the depth of the static water table, i.e. the difference between the level 5 of the static water table in the well and the level 4 of the surface pump 2.

Hdyn — głębokość dynamicznego zwierciadła wody, czyli różnica pomiędzy poziomem 6 dynamicznego zwierciadła wody w studni, odpowiadającym przyjętej wydajności O_m«, a poziomem 4 pompy powierzchniowej 2Hdyn - the depth of the dynamic water table, i.e. the difference between the 6th level of the dynamic water table in the well, corresponding to the assumed capacity O _m «, and the level 4 of the surface pump 2

Hdysp — wymagana dla układu wysokość tłoczenia przy wydajności O_max odniesiona do poziomu 4 pompy powierzchniowej 2Hdysp - the delivery height required for the system with the capacity O _m ax compared to the level 4 of the surface pump 2

H_gi — wysokość podnoszenia pompy głębinowej 1 przy wydajności 0=0H _g i - head of submersible pump 1 with a capacity of 0 = 0

Hg2 — wysokość podnoszenia pompy głębinowej 1 przy wydajności O_maxHg2 - head of submersible pump 1 with capacity O _m ax

Hp — wysokość podnoszenia pompy powierzchniowej 2 przy wydajności O_maxHp - head of the surface pump 2 with the capacity of O _ma x

NPSH — wymagana nadwyżka antykawitacyjna pompy powierzchniowej 2 wyrażana w m sł.wody przy wydajności O maxNPSH - required anti-cavitation surplus of the surface pump 2 expressed in m3 of water at the capacity of O max

L — różnica pomiędzy poziomem 7 minimalnego zwierciadła wody, zapewniającym wymagane zalanie pompy głębinowej 1, a poziomem 4 pompy powierzchniowej 2L - difference between the level 7 of the minimum water table, ensuring the required priming of the submersible pump 1, and the level 4 of the surface pump 2

Hb — ciśnienie barometryczne wyrażone w m sł.wody.Hb - barometric pressure expressed in meters of water.

Dla prawidłowego działania układu muszą być spełnione następujące warunki:The following conditions must be met for the system to function properly:

Wysokość podnoszenia H_ei pompy głębionowej 1 zapewnia zalanie pompy powierzchniowej 2, H_ei>Het,The head H _e and submersible pump 1 ensure that the surface pump 2 is primed, H _e i> Het,

Suma wysokości ponoszenia H₀2 pompy głębionowej 1 i wysokości podnoszenia H_p pompy powierzchniowej 2 przy wydajności O_max jest nie mniejsza niż suma głębokości dynamicznego zwierciadła wody Ηφ_Π i wymaganej wysokości tłoczenia Hdysp, Hg2+Hp^Hdyn+Hdysp,The sum of the head H ₀ 2 of the submersible pump 1 and the head H _{p of} the surface pump 2 at the capacity of O _ma x is not less than the sum of the depth of the dynamic water table Ηφ _Π and the required discharge height Hdysp, Hg2 + Hp ^ Hdyn + Hdysp,

151 421151 421

Różnica pomiędzy wysokością podnoszenia Η_β2 pompy głębionowej 1 przy wydajności Omax, a głębokością dynamicznego zwierciadła wody Hdyn nie przekracza zdolności ssania pompy powierzchniowej 2 Hdyn-Hg^He-NPSH i stąd Hg^Hdyn-He + NPSHThe difference between the head Η _β 2 of the submersible pump 1 at the capacity of Omax and the depth of the dynamic water table Hdyn does not exceed the suction capacity of the surface pump 2 Hdyn-Hg ^ He-NPSH and hence Hg ^ Hdyn-He + NPSH

Ze względu na zachowanie się pompy powierzchniowej 2 w obszarze rozwiniętej kawitacji, a zwłaszcza na przebieg charakterystyki kawitacyjnej, warunkiem samoregulacyjności układu jest, aby różnica L pomiędzy poziomem 7 minimalnego zwierciadła wody, a poziomem 4 była większa od wysokości podnoszenia H₉2 pompy głębinowej 1 o maksymalną wysokość ssania Hb-NPSH pompy powierzchniowej 2, L>H₉2 + Hb-NPSH. Przy takim zainstalowaniu pompy głębinowej 1, w przypadku spadku poziomu 6 dynamicznego zwierciadła wody poniżej wartości Η_β2 + Hb nie zostaje zachowana dla pompy powierzchniowej 2 nadwyżka antykawitacyjna i pompa powierzchniowa 2 wchodzi w strefę rozwiniętej kawitacji, która charakteryzuje się gwałtownym spadkiem wysokości podnoszenia. Uniemożliwia to dalszy wzrost wydajności układu pompowego, a tym samym dalsze obniżenie zwierciadła wody w studni.Due to the behavior of the surface pump 2 in the area of developed cavitation, and especially to the course of the cavitation characteristic, the condition for the self-regulation of the system is that the difference L between level 7 of the minimum water table and level 4 is greater than the head H ₉ 2 of the submersible pump 1 by maximum suction lift Hb-NPSH of the surface pump 2, L> H ₉ 2 + Hb-NPSH. With such an installation of the submersible pump 1, when the dynamic water table level 6 drops below the value of Η _β 2 + Hb, the anti-cavitation surplus for the surface pump 2 is not maintained and the surface pump 2 enters the zone of developed cavitation, which is characterized by a sharp drop in head. This makes it impossible to further increase the efficiency of the pumping system, and thus further lower the water table in the well.

W rozwiązaniu według wynalazku pompa powierzchniowa 2 pracuje w większości przypadków w strefie rozwiniętej kawitacji, mogłaby więc zachodzić obawa kawitacyjnego zniszczenia elementów przepływowych. Jednak z zebranego materiału doświadczalnego wynika, że przy odpowiednim doborze pompy powierzchniowej nie zachodzi zjawisko kawitacyjnego niszczenia jej elementów przepływowych.In the solution according to the invention, the surface pump 2 works in most cases in the developed cavitation zone, so there would be a fear of cavitation damage to the flow elements. However, the collected experimental material shows that with the appropriate selection of the surface pump, the phenomenon of cavitation destruction of its flow elements does not occur.

Claims

Patent claims

1. A pump system for drawing water from deep wells, consisting of a submersible pump, a surface pump and an intermediate pipe, characterized in that the intermediate pipe (3) connecting the submersible pump (1) with the surface pump (2) is longer than the sum of the pump head submersible (1), with its maximum capacity and barometric pressure, less the anti-cavitation surplus of the surface pump (2) at its maximum capacity.

2. The system according to claim The method of claim 1, characterized in that the submersible pump (1) is placed at such a depth that lowering the level (6) of the dynamic water table below the minimum level (7) causes the surplus of the anti-cavitation surface pump (2) to be exceeded.

Department of Publishing of the UP RP. Circulation 100 copies

Price 3000 ^ PLN