Основные причины и факторы влияющие на правильную работу электронасосного агрегата во время эксплуатации

Основные причины и факторы влияющие на правильную работу электронасосного агрегата во время эксплуатации

Основные причины и факторы влияющие на правильную работу электронасосного агрегата во время эксплуатации

1. Показатели электронасосного агрегата

Скважинный электронасосный агрегат представляет собой насосная часть, соединённая с электродвигателем, предназначенный для эксплуатации в скважине, в котором приводом является электродвигатель.

Основными эксплуатационными показателями электронасосного агрегата являются параметры насоса - подача, напор, мощность, коэффициент полезного действия (КПД, %), габариты и масса агрегата.

Подача (Q). Объемная подача представляет собой объемное количество жидкости, подаваемое в единицу времени через выходное сечение, например напорный патрубок ( измеряется в м³/ч, м³/с, л/с, и т.п.).

Для определения объёмной подачи необходимо использовать такое понятие как массовая подача q. Что собой представляет массовая подача q, это масса жидкости, которая проходит через выходное сечение насоса в единицу времени, измеряемая в кг/с.

Объёмную подачу Q определяют по зависимости:

, м³/с

где: ρ - плотность перекачиваемой жидкости, кг/м³.

Таким образом, в зависимости от плотности перекачиваемой жидкости, можно определить объёмную подачу электронасосного агрегата.

Рабочая область подач, представленная в графических зависимостях насоса характеризуется рабочей областью с наивысшим КПД насоса, ограничивается минимальной (левая крайняя точка) и максимальной (правая крайняя точка) подачей.

Диапазон между максимальной и минимальной подачей, является рабочей областью подач, при которой возможна длительная работа насоса. Номинальная подача электронасосного агрегата, это его подача при номинальной частоте вращения рабочего колеса и нагрузке, обычно при этой подаче агрегат работает с наивысшим значением КПД.

Напор (Н). Напор, развиваемый насосом, характеризует удельную энергию, которая сообщается жидкости, протекающей через насос, или энергию, передаваемую каждому килограмму жидкости. Измеряется в метрах (м) столба жидкости. Напор различают - номинальный, максимальный, минимальный, в зависимости от подачи электронасосного агрегата.

Мощность (Р_на) - Мощность передаваемая жидкости в единицу времени насосным агрегатом. Насосный агрегат перекачивает объем жидкости и поднимает ее на высоту, соответствующую напору.

где: g - ускорение свободного падения, м/с²;

102 - переводной коэффициент;

η_на - коэффициент полезного действия насосного агрегата.

При этом мощность насоса или мощность на валу насоса, определяется по зависимости:

где: η_н - коэффициент полезного действия насоса.

КПД (η_на) - Коэффициент полезного действия насосного агрегата определяется по формуле:

где: η_э - коэффициент полезного действия электродвигателя.

Скважинные электронасосные агрегаты для получения требуемых напоров изготавливают многоступенчатыми. Размеры электронасоных агрегатов ограничены в основном в поперечном сечении, их размер должен соответствовать размеру буровых скважин 4ʺ, 6ʺ, 8ʺ, 10ʺ, 12ʺ, измеряемых в дюймах. При этом необходимо помнить, что наибольший диаметр приходится на электродвигатель и его диаметр должен быть меньше диаметра скважины, на ту величину, которая бы обеспечивала скорость движения жидкости вдоль электродвигателя, равной 0,2 м/сек. Эта скорость обеспечивает охлаждение электродвигателя электронасосного агрегата в процессе работы.

Обычно частота вращения ротора электродвигателей для погружных насосов работающих от сети 50 Гц равна n ═ 2900 мин^-1 (об/мин).

. Эксплуатация насосного оборудования

Чтобы электронасосный агрегат обеспечил надежную и долгую службу, важно правильно подобрать модель и четко следовать инструкциям по эксплуатации. Ведь подавляющее большинство поломок, с которыми клиенты обращаются в сервисные центры, связано с использованием неподходящего для конкретных условий насосного агрегата. Поэтому для выбора модели, четко отвечающей вашим требованиям, мы рекомендуем вам проконсультироваться с профессионалом.

Большое воздействие на длительность эксплуатации электронасосных агрегатов оказывает перекачиваемая жидкость. Например при перекачивании скважинными электронасосными агрегатами водной жидкости, то она должна обладать определенными свойствами - допустимые значения водородного показателя - от 6,5 до 9,5. Эта характеристика показывает (активность) ионов водорода в растворах. Чистая вода, к примеру, имеющая рН = 7, считается нейтральной, рН < 7 - кислотной, показатель рН > 7 - щелочной (данные значения приведены при температуре в 25⁰ С). При наличие в водной среде кислот, сероводорода и пр. приводит к быстрой коррозии, образованию свищей и выходу из строя отдельных деталей электронасосного агрегата. Аналогичное воздействие оказывает водяная жидкость, насыщенная газами. Коррозии более подвергается насосная часть агрегата, который работает в режиме "сухого хода", когда электронасосный агрегат перекачивает водяную жидкость, не только поступающую снизу, но и обогащенную кислородом в верхних слоях скважины. Кроме всего прочего, в таком режиме электронасосный агрегат подвергается нагреву, создавая тем самым благоприятные условия для коррозии. Работа без необходимого подпора жидкости сверху (как правило, не менее 1-го метра, за исключением крупных насосов, для которых он должен быть не менее 2-х метров), может привести к разрушению от кавитации рабочих колес и направляющих аппаратов.

В комплекте с каждым агрегатом поставляется инструкция эксплуатации, следование которой - это залог качественной работы насоса. Именно несоблюдение правил пользования и человеческий фактор чаще всего приводят к необходимости проведения ремонта. Дефекты в самих изделиях встречаются крайне редко, так как за процессом производства ведется тщательный контроль, а в продажу выходят модели, прошедшие строгие тестирования.

Основным условием эффективной и надежной эксплуатации насосного оборудования является согласованная работа насоса в системе. Это условие выполняется в том случае, если рабочая точка, определяемая пересечением характеристики системы и насоса, находится в пределах рабочего диапазона насоса.

3. Характеристика насосов, скважин и сети

В электронасосных агрегатах работающих с постоянной частотой вращения вала, подача и соответствующий ей напор изменяются по определенной зависимости. Эта зависимость называется напорной характеристикой агрегата. Характеристики электронасосного агрегата включает также кривые зависимости потребляемой мощности и полного КПД от подачи агрегата. Основные параметры, характеризующие скважину: статический и динамический уровень жидкости, понижения уровня жидкости, дебит и удельный дебит скважины. График построенный по этому уравнению , называют характеристикой сети

где: Н_г - высота поднятия жидкости, м;

h_mp - потери напора в напорном трубопроводе, м;

P_н/γ - напор расходуемый на преодоление манометрического давления в напорном резервуаре, м. На рис. 1 представлена схема установки скважинного электронасосного агрегата и совместной характеристики агрегата и системы.

Рис.1. схема установки скважинного электронасосного агрегата и совместной характеристики агрегата и системы.

Применительно к скважинным электронасосным агрегатам потребители довольно часто выбирают агрегат с запасом по напору, полагая, что это гарантирует его работу при любых условиях. В этом случае рабочая точка смещается в правую зону и выходит за пределы рабочего диапазона, что приводит к увеличению подачи, потребляемой мощности, падению КПД, перегрузке электродвигателя, а также ряду проблем механического характера, что значительно повышает риск поломки электронасосного агрегата (рис. 2):

Рис. 2. Характеристики электронасосного агрегата с требуемым и избыточным напором.

Для изменения режима работы насоса потребители нередко прибегают к регулировке режима при помощи задвижки, установленной на напорном трубопроводе. Это, с одной стороны, позволяет получить требуемое значение подачи и напора или обеспечить режим работы насоса в пределах рабочего диапазона, но, с другой стороны, такой способ регулирования приводит к потерям мощности за счет дросселирования. Потери мощности на задвижке можно оценить из следующего выражения:

, кВт

где Н₂, Н₁ - разность напоров (давлений) до и после задвижки, м.

Часто потребители ошибочно относят низкую энергетическую эффективность системы "электронасосный агрегат - сеть" на счёт низкого КПД агрегата. Следствием этого является формирования у потребителя мнения о некачественных и неэффективных насосных агрегатах.

4. Подготовка электронасоса к использованию

Монтаж электронасосного агрегата необходимо производить при температуре не ниже 0°С. В зимних условиях агрегат и токоподводящий кабель необходимо выдержать в отапливаемом помещении не менее двух суток с температурой не выше 25 °С.

Монтаж и демонтаж агрегата производить под руководством лица, ответственного за исправность всего монтажного оборудования.

Прежде, чем приступить к монтажу необходимо:

ознакомиться с руководством по эксплуатации, паспортом скважины, получить данные о расположении фильтра скважины, об удельном дебете и диаметре скважины;

определить статический уровень;

проверить соответствие технической характеристики агрегата по напору и производительности, условиям его работы в данной скважине, определенной паспортом.

проверить шаблоном прямолинейность и проходимость скважины см. приложение А.

5. Причины, которые влияют на поломку электронасосного агрегата

Гидравлическая часть электронасосного агрегата

Тип жидкости. При выборе насоса нужно четко определить, какую жидкость вы будете перекачивать: чистую, загрязненную воду, фекальные стоки и т.п. Если для перекачивания загрязненных жидкостей использовать насосы, контактирующие только с чистой водой, это приведет к засору и заклиниванию рабочего колеса. При выборе модели для перекачивания агрессивных жидкостей или грязной воды также нужно внимательно ознакомиться с техническими характеристиками, в них четко прописано, для каких агрессивных жидкостей предназначен насос, из какого материала изготовлены его рабочие органы, контактирующие с перекачиваемой жидкостью, какого размера твердые частицы (или волокнистые включения) могут присутствовать при перекачивании воды.

Температура жидкости. В технических характеристиках к каждому насосному агрегату прописан допустимый температурный диапазон перекачиваемой жидкости. Несоблюдение этого параметра приводит к раннему износу, перегреву торцевого уплотнения, сгоранию двигателя и др.

Работа электронасосного агрегата "всухую". Частой причиной выхода агрегата из строя, является его эксплуатация "всухую", такой режим вызывает перегрев, сгорание электродвигателя, возникают проблемы с уплотнениями между электродвигателем и насосной частью. Отметим, что замена электродвигателя - довольно дорогостоящая процедура, ведь его цена обычно составляет больше половины от общей стоимости электронасосного агрегата.

Мощность и частота включения. Мощность - одна из основных характеристик электронасосного агрегата. Для безопасной и эффективной работы насосно-силового оборудования необходимо придерживаться допустимого диапазона мощности, прописанного в технических характеристиках насосного агрегата. Неправильно рассчитанная нагрузка (завышенное или заниженное потребление) приводит к частым пускам и остановкам насоса. В технических характеристиках к каждой модели электронасосного агрегата указан показатель максимальной частоты и интервал включений. Несоблюдение инструкции, опять же, приводит к перегреву электродвигателя и выходу всего изделия из строя.

Температура окружающей среды. Качественная работа оборудования также зависит и от температуры окружающей среды, в которой эксплуатируется изделие. Слишком высокая температура вызывает перегрев электродвигателя, слишком низкая - замерзание жидкости в корпусе модели.

Монтаж оборудования. Работа электронасосного агрегата напрямую зависит от того, как качественно он будет установлен. Монтаж насосного оборудования следует доверять только квалифицированному персоналу. Неправильная установка оборудования и подключение трубопровода также приводят к выходу агрегата из строя.

Электрическая часть электронасосоного агрегата (электродвигатель)

Недостаточное охлаждение электродвигателя. Погружной электронасосный агрегат должен перекачивать определенный объем, чтобы обеспечить необходимую скорость движения воды вдоль электродвигателя, тем самым обеспечивается охлаждение. Если электронасосный агрегат устанавливают в скважинах большего диаметра достаточно просто произвести перерасчет скорости воды. Если возникает необходимость, на электродвигатель ставят кожух, обеспечивающий нужное охлаждение. Для электронасосов она должна составлять не менее 0,2 м/сек.

Для расчёта скорости воды используют следующие формулы:

а) , м/с (формула советская)

где: Q - подача электронасоса м³/час;  D_скв - внутренний диаметр скважины, м;  D_э.дв - диаметр электродвигателя, м.

б) , м/с (Франклин электрик)

Повышенный ток может возникнуть в результате блокирования насосной части электронасосного агрегата песком и т.п.

Слишком частые пуски электронасосного агрегата. В процессе эксплуатации необходимо избегать частые пуски электронасосного агрегата, в связи с чем должен быть выбран соответствующий режим работы агрегата, т.е. подача насосного агрегата должна соответствовать дебету скважины.

Неправильный подбор диаметра сечения питающего кабеля (должен подбираться в зависимости от мощности двигателя и длины).

Сечение токопроводящего провода в мм²

1,5

2,5

4,0

6,0

10,0

16,0

25,0

35,0

50,0

70,0

95,0

120

Длина токопрводящего провода при условии падения напряжения на 2 %

4,5

44

74

117

175

289

-

-

-

-

-

-

-

11,0

-

-

44

66

109

172

263

360

-

-

-

-

16,0

-

-

-

40

66

104

159

216

297

-

-

-

22,0

-

-

-

-

56

88

135

184

254

341

-

-

32,0

-

-

-

-

64

98

134

185

247

318

-

45,0

-

-

-

-

-

-

72

99

136

183

236

284

Понижения напряжения в электросети (понижается скорость вращения электродвигателя, уменьшается напор и подача насоса, ухудшается его охлаждение) - допустимое отклонение напряжения в электрической сети от номинала составляет от +6 до -10 %.

Наличие перекоса фазных напряжений (при этом происходит нагрев электродвигателя, так как ассиметрия токов порождает обратное магнитное поле, которое обладает тормозящим свойством по отношению к электродвигателю, вызывая этим дополнительные потери в роторе и соответствующий нагрев его частей. Одновременно уменьшается напор и подача электронасоса.)

Пробой изоляции токоподводящего кабеля или обмотки электродвигателя. Важнейшим электрическим параметром электродвигателя является сопротивление изоляции обмотки статора, которое измеряется после заполнения двигателя жидкостью. По истечении 1 часа проверить сопротивление изоляции обмотки двигателя относительно корпуса. Сопротивление изоляции в практически холодном состоянии должно быть не менее 10 МОм.

Некачественное наращивание токоподводящего кабеля. Для наращивания кабеля необходимо использовать специальные термоусадочные муфты или другое профессиональное оборудование, позволяющее осуществить безопасное и водонепроницаемое соединение.

Эксплуатация электронасосного агрегата в недопустимых режимах.

Эксплуатация электронасосного агрегата "всухую". Сухой ход возникает в ситуации, когда уровень воды в скважине падает ниже критического и всасывающий патрубок погружного насоса оказывается выше этого уровня, такая эксплуатация вызывает перегрев и сгорание электродвигателя.

Эксплуатацию электронасосного агрегата производить только при наличии контрольно-измерительных приборов, средств автоматизации, защиты обеспечивающих полную безопасность и исключающие основные причины и факторы влияющие на поломку (шкаф управления системы и защиты электродвигателя).

Словарь терминов

Напор - избыточное давление, создаваемое насосом.

Подача - объем воды перекачивающим насосом в единицу времени.

Рабочая точка - точка пересечения кривой характеристик электронасосного агрегата Q - H с характеристикой сети (системы) Q - H_тр характеризующейся сопротивлением в трубопроводе k·Q², соответствующая действующим значениям напора и подачи агрегата, при работе на конкретную систему трубопровода.

Дросселирование - создание дополнительного сопротивления на напорном трубопроводе, при регулировании подачи электронасосного агрегата.

Рабочая характеристика - графическая зависимость рабочих параметров электронасосного агрегата - напора, потребляемой мощности и коэффициента полезного действия от его подачи.

Мощность на валу насоса - потребляемая насосом мощность.

Статический уровень - постоянный уровень воды в скважине  Динамический уровень - уровень воды в скважине, устанавливающийся при откачке удельного расхода.

Дебит скважины - стабильный расход воды, обеспечиваемый скважиной.

Диаметр обсадной колонны скважины измеряется в дюймах 1ʺ = 25 мм

(4ʺ, 6ʺ, 8ʺ, 10ʺ, 12ʺ) х 25 мм = 100;125;150;200;250;300 мм

Приложение А

Приложение Б

Плотность и удельный вес жидкостей

Жидкость - непрерывная среда, обладающая свойством текучести, т. е. способная неограниченно изменять свою форму под действием сколь угодно малых cил, но в отличие от газа мало изменяющая свою плотность при изменении давления.

В аэромеханике применяют термин "капельная жидкость" с целью подчеркнуть отличие жидкости от газа; газ в этих случаях называют "сжимаемой жидкостью".

Жидкости бывают идеальные и реальные. Идеальные - невязкие жидкости, обладающие абсолютной подвижностью, т.е. отсутствием сил трения и касательных напряжений и абсолютной неизменностью, а объёме под воздействием внешних сил. Реальные - вязкие жидкости, обладающие сжимаемостью, сопротивлением, растягивающим и сдвигающим усилиям и достаточной подвижностью, т.е. наличием сил трения и касательных напряжений.

Реальные жидкости могут быть ньютоновскими и неньютоновскими (бингамовскими). В ньютоновских жидкостях при движении одного слоя жидкости относительно другого величина касательного напряжения пропорциональна скорости сдвига. При относительном покое эти напряжения равны нулю. Такая закономерность была установлена Ньютоном в 1686 году, поэтому эти жидкости (вода, масло, бензин, керосин, глицерин и др.) называют ньютоновскими жидкостями. Неньютоновские жидкости не обладают большой подвижностью и отличаются от ньютоновских жидкостей наличием касательных напряжений (внутреннего трения) в состоянии покоя.

Основные свойства жидкостей: плотность, удельный вес, вязкость, сжимаемость и др.

Плотность ρ - масса жидкости в единице объема. Для однородной жидкости

эксплуатационный скважинный электронасосный агрегат

ρ=m/V

где m - масса жидкости в объеме V. Единицы измерения ρ в системе СГС - г/см³, в системе МКГСС - кгс·с²/м⁴, а в системе СИ - кг/м³.

Удельный вес γ - вес жидкости в единице объема:

γ=G/V

где G - вес жидкости. Единицы измерения γ в системе СГС - дин/см³, в системе МКГСС - кгс/м³, а в системе СИ - Н/м³.

Удельный вес и плотность связаны между собой зависимостью

γ=ρ·g,

где g - ускорение свободного падения.

Плотность и удельный вес некоторых технических жидкостей.

Плотность воды и ртути при разных температурах.