Спосіб оптимізації вибору свердловинного насоса для системи водопостачання

1. Спосіб оптимізації вибору свердловинного насоса для системи водопостачання, що включає вибір за максимальним дебітом свердловини та характеристику тр убопроводу, на який він працює, який відрізняється тим, що одночасно з визначенням максимальної продуктивності насоса за фактичним максимальним дебітом свердловини на час вибору, який у свою чергу визначають за її фактичною характеристикою динамічного рівня, одержаною шляхом прокачки цієї свердловини будь-яким подібним вибираним насосом з максимальною продуктивністю і напором, що не менші максимальної продуктивності та динамічного рівня свердловини, визначених за її паспортною характеристикою, за фактично заміряним відповідними приладами окремим параметром визначають фактичні загальні характеристики водопідйомного та мережного трубопроводів, на які працює насос, для граничних режимів роботи насоса при мінімальному та максимальному водовідборах із мережі споживачами за формулами: 3 29320 4 робочу зону сумісної роботи усіх насосів і по ній остаточно уточняють робочі зони кожного із вибраних насосів та їх типорозміри. 3. Спосіб за пп. 1, 2, який відрізняється тим, що за величиною робочої зони роботи насосів в мережі безпосередньо визначають її стан. Корисна модель відноситься до гідромашинобудування, більш конкретніше до свердловинних насосних установок і може бути використана для оптимізації їх експлуатації переважно при технічному переобладнанні та модернізації систем водопостачання, в яких насоси подають воду із свердловини безпосередньо в мережний трубопровід. Відомий спосіб оптимізації (контролю відповідності насоса і свердловини) вибору свердловинного насоса для свердловини, що полягає у зіставленні характеристик насоса і свердловини з метою визначення його максимальної продуктивності, яка б не призводила до зниження динамічного рівня води у свердловині нижче допустимого і відповідно до зниження надійності роботи свердловинного насоса [1]. Недоліком цього відомого способу є те, що він, гарантуючи надійність роботи насоса, не визначає його оптимальність вибору для мережі трубопроводів з точки зору мінімального енергоспоживання ним через те, що не ураховує його взаємозв'язок з мережею системи водопостачання, в яку насос подає воду із свердловини. Відомий також спосіб оптимізації вибору насоса, який полягає в урахуванні взаємозв'язку його роботи з трубопроводом системи водопостачання, в який він подає воду, тобто насос і його характеристика визначається у залежності від характеристики трубопроводу системи водопостачання, яка визначається формулою Hmp Hãåîä + SQ 2max , = розрахунковою задачею навіть для її початкового нового стану; по-друге максимальна продуктивність свердловини Qmax і відповідно її характеристика динамічного рівня з часом, як правило, можуть сильно змінюватись завдяки засміченню фільтра свердловини піском та міграції підземних вод; по-третє - регулювання режимів роботи насоса тільки засувкою призводе до суттєви х марних витрат енергії на подолання їх опору. Таким чином цей відомий спосіб обмеженого використання, не точний і не забезпечує необхідної оптимальності вибору насоса. В основу корисної моделі поставлено задачу; у способі оптимізації вибору свердловинного насоса для системи водопостачання шляхом урахування взаємозв'язку роботи насоса з усією системою, в якій він працює, фактичних характеристик свердловини та мережі, які є її складовими, та їх стану на час вибору насоса, одночасно з покращенням надійності роботи насоса підвищити ефективність його роботи завдяки забезпеченню роботи насоса в зоні його максимального коефіцієнта корисної дії (ККД) та розширити можливість використання способу для насосів, що працюють на будь-яку мережу. Указана мета досягається тим, що при здійсненні способу оптимізації вибору свердловинного насоса для системи водопостачання, який полягає у його виборі по максимальному дебіту свердловини та характеристиці трубопроводу, на який він працює, одночасно з визначенням максимальної продуктивності насоса по фактичному максимальному дебіту свердловини на час вибору, який у свою чергу визначають по її фактичній характеристиці динамічного рівня, одержаній шляхом прокачки цієї свердловини будь-яким подібним вибираємому насосом з максимальними продуктивністю і напором, що не менші максимальних продуктивності та динамічного рівня свердловини, визначених по її паспортній характеристиці, по фактично заміряним відповідними приладами окремим параметрам визначають фактичні суспільні характеристики водопідйомного та мережного трубопроводів, на які працює насос, для граничних режимів роботи насоса при мінімальному та максимальному водовідборах із мережі споживачами по формулам: Í mp 1 Hãåîä + Í äèí 1 + Í ì 1 + Q2m³n Sâï + S ìåð 1 , = Í mp 2 Í ãåîä + Í äèí 2 + Í ì 2 + Q2max S âï + S ìåð 2 = де: Hm p характеристика трубопроводу, Hãåîä - загальна висота геометричного підйому води, S - опір трубопроводу заданої довжини та діаметра та Qmax - максимальна продуктивність свердловини по її паспортній характеристиці, яку визначають при завершенні будівництва нової свердловини шляхом її пробної прокачки ерліфтом. Подальше регулювання режимів роботи насоса, яке передбачається цим способом, виконується за допомогою установленої у трубопроводі на гирлі свердловини засувки шляхом її часткового закриття [2]. Недоліками цього відомого способу є те, що: по-перше - опір S трубопроводу визначається по довідковій літературі для трубопроводу заданих довжини і діаметра, коли насос з ним працюють на злив, і без урахування його стану за час експлуатації, а не для мережі з різними формами, довжинами та діаметрами трубопроводів, в яку на практиці переважно працюють насоси, і визначення опору S якої є складною ( де: Í m p1,2 фактичні характеристики водопідйомного та ) ( суспільні мережного ) 5 29320 трубопроводів; Í ãåîä - геодезичний напір мережі, який визначається як різниця геодезичних відміток найвищої точки мережі та точки установки манометра або як показання цього манометра, який установлений між мережею та засувкою, зразу після закриття останньої; Ндин 1, 2 - динамічні рівні свердловини при Qmin Qmax , та , які визначаються по фактичній характеристиці динамічного рівня свердловини; Нм1,2 - манометричні напори, які визначаються по показанням штатного манометра, що Qmin установлений на гирлі свердловини, при , та Qmax ; Qmin, max - продуктивності насоса при мінімальному та максимальному водовідборах із мережі споживачами, які визначаються по показанням витратоміра на виході із свердловини або на початку мережі; Sв п - опір водопідйомного трубопроводу свердловини, який визначається по формулі: Н - Ндин - Нм Sв п = нас Q2 Н і де: нас - напор насоса, який визначається по його паспортній (каталожній) характеристиці при будь-якій продуктивності Q, при якій Н Н визначались дин та м ; Sмер1, 2 - опори мережі при мінімальному та максимальному водовідборах із неї споживачами, які визначаються по формулам: Нм1 - Нгеод Sмер 1 = ; 2 Q min Н м2 - Нгеод Sмер 2 = ; Q 2max і, наносячи їх на поле Q -Н паспортної (каталожної) характеристики вибираємого насоса, по точкам пересікання їх з нею визначають робочу зону вибираємого насоса, а по положенню оптимуму його коефіцієнта корисної дії (ККД), який повинен знаходитись в межах робочої зони, остаточно вибирають типорозмір насоса. Якщо в системі водопостачання на мережу працює не один, а декілька насосів, то на полі Q -Н крім паспортних (каталожних) характеристик кожного із них спочатку розраховують і наносять характеристику їх сумісної роботи, потім фактичні характеристики динамічних рівнів кожної свердловини та граничні фактичні суспільні характеристики найдовшого водопідйомного та мережного трубопроводів і по точкам їх пересікання із характеристикою сумісної роботи насосів спочатку визначають фактичну робочу зону сумісної роботи усіх цих насосів і по ній остаточно уточняють фактичні робочі зони кожного із вибраних насосів та їх типорозміри. По величині робочої зони можуть також безпосередньо 6 оцінювати стан мережі: чим ця зона більша, тим більше вона зношена. Ця сукупність відомих суттєви х ознак, що полягають у оптимізації вибору свердловинного насоса по максимальному дебіту свердловини та характеристиці трубопроводу, на який він працює, у взаємодії з новими суттєвими ознаками, що полягають у оптимізації цього вибору одночасно по фактичному максимальному дебіту свердловини та фактичним сумісним характеристикам водопідйомного та мережного трубопроводів, найповніше оптимізує вибір насоса із покращенням одночасно і його надійності і енергоспоживання завдяки забезпеченню роботи його в зоні до критичного дебіту свердловини та оптимального ККД, а також розширює можливість використання способу для насосів, що працюють на будь-яку мережу. Крім цього це дозволяє здійснювати цей спосіб періодично у будь-який час по мірі необхідності технічного переобладнання або модернізації системи водопостачання або по мірі зміни її стану для підвищення її ефективності та зменшення енергоспоживання, а також оцінити її стан зносу. На Фіг.1 зображено графічно здійснення способу оптимізації роботи одного насоса, на Фіг.2 - двох насосів. Цей запропонований спосіб можуть використовува ти і при запуску в експлуатацію нових систем водопостачання. Але переважно його використовувати при технічному переобладнанні та модернізації діючих систем, тому що він базується на використанні фактичних характеристик свердловини та мережі, які знімаються з часом разом із зміною їх стану при експлуатації. Спосіб здійснюють наступним чином. При оптимізації вибору одного насоса, який працює на мережу (Фіг.1), на змонтованій у свердловині насосній установці закривають засувку і включають до роботи штатний насос. Якщо у свердловині не було штатного насоса або штатний насос демонтований через вихід його із ладу, то монтують у неї другий подібний штатному або вибираємому насос, який відповідає йому по діаметру і з максимальними продуктивністю та напором, які не менші максимальних продуктивності та динамічного рівня свердловини, наприклад з характеристикою 1. Далі відомим способом [1] на поле паспортної (каталожної) характеристики Q -Н 2 та ККД 3 вибраного попередньо насоса визначають і наносять фактичну характеристику динамічного рівня 4 свердловини. Якщо ця характеристика починає круто зростати при невеликих дебітах і цим не відповідає паспортній, то це означає, що свердловина змінила свій стан завдяки засміченню її фільтра піском або міграції підземних вод і потребує відновлення дебіту відомими способами або списання. Після цього, визначивши попередньо величини мінімального Qmin (як правило в нічний час) та максимального Qmax (як правило в денний час) водовідборів із 7 29320 Нгеод споживачами, геодезичного та Нм манометричного напорів і фактичних напорів S водопідйомного та мережного трубопроводів, і маючи на увазі, що як для трубопроводів [2] так і для мереж [3] втрати напору å h можуть мережі 2 визначатись залежністю SH = SQ , де S опір труби (із відомих джерел інформації звичайно S = Sol S розраховується по формулі; , де: o S = K dm питомий опір, який розраховується як o і d тр уби і шорсткості K залежить від діаметра поверхні її стінок, а l - довжина труби, і тому може не відповідати реальному стану тр уб і до того ж не ураховує шляхови х ви токів із них), по формулам ( ) Нmp1 = Hгеод + Ндин1 + Нм1 + Q2 mіn Sв п + Sмер1 , ( Нmp2 = Нгеод + Ндин 2 + Нм2 + Q2max Sв п + Sмер 2 ) Н де: mp1, 2 - фактичні суспільні характеристики водопідйомного та мережного трубопроводів; Нгеод - геодезичний напір мережі, який визначається як різниця геодезичних відміток найвищої точки мережі та точки установки манометра або як показання цього манометра, який установлений між мережею та засувкою, зразу після закриття останньої; Ндин 1, 2 - динамічні рівні свердловини при Qmin Qmax , та , які визначаються по фактичній характеристиці динамічного рівня свердловини; Нм1,2 - манометричні напори, які визначаються по показанням штатного манометра, що Qmin установлений на гирлі свердловини, при , та Qmax , Qmin, max - продуктивності насоса при мінімальному та максимальному водовідборах із мережі споживачами, які визначаються по показанням витратоміра на виході із свердловини або на початку мережі; Sв п - опір водопідйомного трубопроводу свердловини, який визначається по формулі: Ннас = Ндин + Нм + Sв пQ 2, звідки Ннас - Ндин - Нм Sв п = Q2 і є постійним для усіх Ннас режимів роботи (тут - напір насоса, що визначається по його паспортній (каталожній) характеристиці при продуктивності Q, при якій Н Н визначається дин та м ); Sмер1,2 - опори мережі при мінімальному та максимальному водовідборах із неї споживачами, який ураховує стан мережі та шляхові витоки із неї і визначаються по формулам: 8 Sмер 1 = Sмер 2 = Нм1 - Нгеод Q 2 min ; Н м2 - Нгеод ; Q 2max розраховують і наносять на поле паспортної (каталожної) характеристики вибираємого насоса граничні суспільні характеристики водопідйомного H Hmp 2 та мережного трубопроводів 5 mp1 та 6 . Точки пересікання цих характеристик А та Б з характеристикою 2 (Q -Н) вибираємого насоса визначають його робочу зону (на фігурах заштриховані) у цій системі водоподачі. І якщо оптимум ККД насоса знаходиться приблизно посередині робочої А-Б зони, то це означає, що насос вибраний оптимально. Ширина робочої зони А-Б залежить від стану трубопроводів мережі і шляхови х витоків із неї і тому по її ширині можна посередньо оцінити її стан і необхідність її ремонту. В ідеалі при новій мережі точки А та Б ї H H характеристики mp1 та mp 2 можуть співпасти і тоді робоча зона роботи насоса у даній системі водопостачання буде визначатись цією одною точкою збігу, а оптимум оптимально вибраного для неї насоса повинен бути близьким до точки збігу. Якщо на мережу працюють не один, а два і більше насосів, то на поле Q -Н крім паспортних (каталожних) характеристиках кожного із насосів спочатку відомим способом [наприклад 4] розраховують і наносять характеристику їх сумісної роботи 1, що як приклад показано для двох паралельно працюючих насосів на Фіг.2. А далі по одержаній як сказано вище робочій зоні А Б сумісної характеристики 1 на характеристиках 21 та 22 кожного із насосів визначають робочі зони А1 – Б1 та А2 – Б 2 кожного із них, а по збігу з ними оптимуму ККД 31 та 32 кожного із насосів та по зіставленню їх характеристик 21 та 22 із характеристиками динамічних рівнів 41 та 42 визначають оптимальність вибору насосів. Побудова характеристик для більшої кількості насосів здійснюється подібно викладеному. Таким чином запропонований спосіб дозволяє не тільки точно, однозначно в будь-який час і для будь якого стану мережі водопостачання оптимально вибрати для неї насоси і забезпечити оптимальне енергоспоживання нею, а і по величині робочої зони оцінити стан мережі та необхідність її обновлення, а по швидкості зниження динамічного рівня свердловини її стан та необхідність відновлення її дебіту або списання свердловини. Джерела інформації: 1. Деклараційний патент на винахід України №39789, кл. F 04 D 15/00, F 04 В 51/00, 15.11.2002. Бюл. №11. 2. Д. М. Хо хловкин. Глубинные насосы для водопонижения и водоснабжения. Издательство «Недра». Москва. 1971, с.93...97. 3. Н. Н. Абрамов. Водоснабжение. Москва. Стройиздат. 1974. с.63. 4. Справочник. Под общей редакцией В. А. ( ) ( ) 9 Зимницкого и В. А. Умова. «Машиностроение». Ленинградское 1986. с.172...175. 29320 Ленинград. отделение. 10