9.2.2.Насосы

Для осуществления опытных откачек, водоснабжения и водопонижения используют разнообразные водоподъемные устройства: а) поверхностные – горизонтальные поршневые и центробежные насосы; б) погружные – штанговые поршневые насосы; в) вибрационные насосы; г) глубинные артезианские центробежные насосы с вертикальным валом и двигателем на поверхности, а также с погружным электродвигателем; д) эрлифты и водоструйные насосы.

Выбор типа водоподъемника определяется размерами эксплуатационной колонны, потребным дебитом и положением динамического уровня воды в скважине.

Горизонтальные поршневые и центробежные насосы применяются для откачек при глубине динамического уровня не ниже 6–7 м.

Наиболее удобны самовсасывающие центробежные насосы, смонтированные на тележках. Насосы могут быть использованы для откачки загрязненных вод. Кроме них применяются вихревые центробежные насосы, секционные центробежные, консольные заливные центробежные насосы и др.

Штанговые насосы простого и двойного действия применяются для откачки подземных вод при глубине динамического уровня ниже 6–8 м (до 100 м и более) при сравнительно небольших дебитах.

Штанговый насос простого действия состоит из приемного фильтра, укрепленного на насосном цилиндре, клапана, поршня с клапаном и манжетами. Насос монтируется в скважине на водоподъемных трубах, подвешиваемых с помощью хомутов в колонне обсадных труб. Поршень спускается в водоподъемные трубы на штангах, на шарнирных хомутах так, чтобы поршень не доходил на 20–30 мм до приемного клапана насосного цилиндра.

Для производства опытных откачек воды из скважин штанговыми насосами простого и двойного действия применяются различные агрегаты-качалки.

При гидрогеологических откачках воды из скважин с динамическим уровнем больше 100 м и при небольших дебитах применяют глубинные поршневые и скальчатые насосы с качалками, используемые в нефтяной промышленности.

В винтовых артезианских насосах (ВАН) подача воды достигается вытеснением определенных объемов воды, заключенных в полостях между винтом и резиновой обоймой. Артезианские насосы ВАН используются для откачек воды из скважин при динамических уровнях до 100 м.

Артезианские центробежные погружные насосы с вертикальным валом и двигателем на поверхности применяются в практике водоснабжения и водопонижения. Наибольшее распространение имеют насосы типа АТН, используемые в скважинах диаметром 200–400 мм при подаче 30–400 м³/ч с напором до 100 м. В насосном аппарате применяются рабочие колеса открытого и закрытого типов. Кроме них используются глубинные насосы типа НА и А для скважин большого диаметра с подачей воды до 1200 м³/ч. Проточная полость у них аналогична насосному аппарату АТН. Однако весьма существенные недостатки глубинных насосов – наличие длинного приводного вала от электродвигателя на поверхности к насосу в скважине; сложность монтажа, значительная металло- и энергоемкость, быстрый износ – все это послужило причиной замены их, там где это рационально, более совершенными погружными насосами.

Артезианские насосы с погружным электродвигателем получают все большее распространение при гидрогеологических исследованиях, для водоснабжения, при осушительных и водопонизительных работах.

Привод погружных насосов обеспечивается в основном водозаполненным асинхронным трехфазным электродвигателем с короткозамкнутым ротором, статорная обмотка которого выполняется из провода с изоляцией на полиэтиленовой или полихлорвиниловой основе. Такие электродвигатели просты по конструкции и надежны в работе.

Артезианские насосы с погружным электродвигателем выпускаются различных серий: 1) АП и АПВ; 2) ЭЦВ; 3) ЭПЛ; 4) ЭПНЛ и ЭПН.

В насосе ЭПН рабочий аппарат, выполненный в виде вертикального многоступенчатого центробежного насоса с неразгруженными рабочими колесами, соединен с водонаполненным электродвигателем с принудительным проточным охлаждением.

Эрлифты или воздушные подъемники находят широкое применение для откачки воды с песком и в тех случаях, когда необходимо получить большое количество воды при сравнительно небольших размерах скважин. В практике работ применяются схемы установки эрлифтов, отличающиеся расположением в скважине воздухоподводных и водоподъемных труб.

Действие эрлифта основано на принципе двух сообщающихся сосудов, заполненных жидкостями разного удельного веса. В эрлифтную установку входят: а) компрессор с двигателем и воздухосборником; б) водоподъемные трубы со смесителем и приемным баком; в) компрессорные трубы от компрессора к скважине.

Водоструйные насосы или гидроэлеваторы находят применение при производстве строительных работ, при водопонижении в виде гидроэжекторных установок и при гидрогеологических исследованиях скважин. Водоструйные насосы в виде специальных устройств – испытателей пластов – находят применение при ускоренном опробовании водоносных горизонтов. В испытателях пластов водоструйный насос конструктивно связан с временным тампонажным устройством – пакером. В основу действия водоструйного насоса положен принцип непосредственной передачи кинетической энергии одного потока (подаваемого с поверхности) к другому с меньшим запасом энергии (жидкости, поднимаемой погружным насосом на поверхность). Рабочая вода под некоторым давлением подводится к насадке, через которую с большой скоростью попадает в камеру смешения и далее через напорный трубопровод на поверхность. Вода из скважины поступает (в связи с образуемым разрежением в эжекционном аппарате) в камеру смешения, увлекается рабочей струей жидкости и также выносится на поверхность.

Достоинством этих насосов является возможность перекачивать мутную воду, недостатком – низкий к. п. д. (не выше 40 %).

Для откачки мутной воды, содержащей частички глины, песка и даже шлама и гравия могут быть также применены вибрационные насосы. Насосная установка состоит из вибратора, установленного на поверхности, и водоподъемных труб, спущенных в скважину, с клапанным устройством для забора воды. На водоподъемных трубах устанавливаются направляющие фонари.

Вибрационная установка может обеспечивать подъем воды из скважины с динамическим уровнем до 30 м ниже поверхности земли.