Шнековый насос для скважины: виды и особенности винтовых погружных насосов

Современные производители предлагают для оснащения автономных систем водоснабжения множество видов насосного оборудования, которое решает задачи не только по откачиванию воды, но и по ее дальнейшей транспортировке по трубопроводу. Если говорить о конструктивном исполнении различных моделей, которое и определяет сферу их применения и технические характеристики, то достаточно интересной конструкцией отличаются насосы винтовые (или, как их еще часто называют, шнековые насосы).

Насос скважинный винтового типа Оasis, обеспечивающий максимальный напор до 130 метров

Особенности конструкции и назначение

Все насосное оборудование, используемое для откачивания воды из скважины или колодца, можно разделить на поверхностное и погружное. Устройства первой категории, как следует из их названия, устанавливаются на поверхности земли, в непосредственной близости от подземного источника водоснабжения, а перекачиваемая такими насосами жидкая среда поднимается из скважины или колодца по специальной трубе. Скважинные насосы поверхностного типа характеризуются невысокими показателями напора перекачиваемой жидкой среды, что не позволяет использовать их для обслуживания скважин, глубина которых превышает 10 метров.

Тот самый винт, из-за которого и произошло название рассматриваемых типов насосов

Погружные насосы в процессе использования располагаются в толще перекачиваемой жидкой среды, оставаясь в ней на весь период своей эксплуатации. В отличие от поверхностных, погружные помпы характеризуются значительно более высокой мощностью: они способны создавать напор перекачиваемой жидкой среды, значение которого составляет десятки метров водяного столба (от 50 метров). Такие характеристики позволяют успешно использовать эти гидромашины для откачивания жидкой среды из скважин, отличающихся даже очень значительной глубиной.

Шнековый насос (или спиральный насос) относится к устройствам погружного типа, а значит, его корпус целиком находится в толще перекачиваемой им жидкой среды. Название «винтовой» этот скважинный насос получил из-за того, что основным элементом его конструкции является архимедов винт, за счет вращения которого и обеспечивается перекачивание жидкой среды.

Принцип работы Архимедова винта

Следует отметить, что преимущественное большинство погружных насосов действует не по винтовому, а по центробежному принципу. Основным рабочим органом центробежных насосов является колесо с зафиксированными на его внешней поверхности лопатками. При вращении такого колеса вместе с перекачиваемой средой в различных частях внутренней рабочей камеры насоса создается повышенное давление жидкости и разрежение воздуха, что и способствует выталкиванию рабочей среды через напорный патрубок и ее всасыванию из скважины через входную магистраль.

Шнековый насос, как уже говорилось выше, оснащается винтом определенной длины, используемым в качестве основного рабочего элемента. Благодаря тому, что шнековый механизм практически не реагирует на содержание в перекачиваемой среде песка и других твердых включений небольшого размера, винтовые насосы для скважин успешно используются для работы с жидкостями, характеризующимися даже значительной степенью загрязнения. Особенности конструкции шнековых механизмов, применяемых для оснащения погружных винтовых насосов, исключают засорение песком, содержащимся в перекачиваемой жидкой среде, элементов, из которых такие механизмы состоят.

Схематическое изображение скважинного винтового насоса

Центробежные погружные насосы, в отличие от винтовых, при перекачивании жидкой среды с песком даже мелкой фракции достаточно быстро выходят из строя. Именно поэтому, если встает вопрос о том, винтовой или центробежный насос использовать для перекачивания воды даже с незначительным содержанием песка, выбор однозначно стоит делать в пользу устройств шнекового типа.

Принцип действия винтового насоса достаточно прост:

• Вода из скважины попадает во внутреннюю рабочую камеру устройства через расположенное в нижней части его корпуса подающее отверстие.
• Захватываясь выступающими спиральными элементами шнека, вращающегося на валу ротора, жидкая среда проталкивается в верхнюю часть рабочей камеры, где расположено напорное отверстие.

Достаточно значимым отличием погружных шнековых насосов от глубинных устройств других типов является то, что при повышении скорости вращения их основного рабочего органа – шнека – увеличивается только производительность оборудования, то есть количество жидкой среды, которую оно перекачивает за единицу времени.

При этом давление, которым характеризуется поток жидкости, выходящей из напорной магистрали насоса шнекового типа, остается практически неизменным. Такое качество шнековых насосов для скважин позволяет успешно применять их даже на крупных промышленных объектах. В частности, данное оборудование активно используют для перекачивания нефти, работы с маслами и другими жидкими средами промышленного назначения.

Геометрические параметры, учитываемые при подборе винтового насоса

Между размерами (в частности, длиной) шнека, которым оснащен насос винтовой, и производительностью устройства существует прямая зависимость. Так, чем более длинным шнеком оснащен винтовой электронасос, тем выше его производительность. Преимущественное большинство современных насосов шнекового типа оснащается одним рабочим винтом, и лишь незначительное число моделей имеет в своей конструкции два и более шнека.

Удлиненная форма, которой отличается шнек, оптимально подходит для того, чтобы оснащать таким элементом помпы именно погружного типа, которые опускаются в обсадную колонну, поэтому должны иметь вид вытянутого вдоль продольной оси цилиндра. Такая форма основного рабочего органа винтовых насосов позволяет создавать на его основе мощные устройства, отличающиеся в то же самое время достаточно небольшим диаметром.

Разновидности и основные технические характеристики

Среди насосов шнековых выделяют две категории. Основополагающим параметром такого разделения выступает рабочая глубина, на которой способны работать данные гидромашины. Так, в зависимости от этой характеристики различают:

• стандартные винтовые насосы;
• устройства глубинной категории.

Шнековый насос, относящийся к стандартной категории, используется для откачивания воды из колодцев или скважин, глубина которых не превышает 20–25 метров. Такие помпы часто применяются для обслуживания скважин с небольшим дебитом, бурение которых выполнено на водоносных слоях почв песчаного типа (скважины на песок). Поскольку с помощью винтового насоса можно откачивать жидкую среду с различной производительностью, сохраняя при этом стабильное давление создаваемого потока и не обращая внимания на содержание в составе воды песчаных включений, данное оборудование оптимально подходит для обслуживания скважин указанного типа.

Винтовой моноблочный насос с верхним расположением водозаборной части

Винтовой скважинный насос глубинной категории оснащается удлиненным шнеком, что определяет впечатляющие технические возможности такой гидромашины. Обладая высокой мощностью и надежностью, она может успешно обслуживать артезианские скважины, вода в которых располагается на глубине, доходящей до ста метров. Конечно, цена таких моделей значительно выше стоимости устройств стандартной категории, но во многих случаях, когда требуется обеспечить подачу воды из скважин значительной глубины, без подобного оборудования просто не обойтись.

Рассмотрим технические характеристики, которыми обладает скважинный винтовой насос, относящийся к моделям средней ценовой категории:

• производительность, показывающая, какой объем жидкой среды насос способен перекачать в единицу времени, – 1500–2000 л/час;
• напор создаваемого потока жидкости – 40–60 метров водяного столба;
• температура, которой может обладать перекачиваемая жидкая среда, – от +5 до +40°С;
• размер частичек нерастворимых твердых включений, которые могут содержаться в перекачиваемой воде, – 2–2,5 мм;
• мощность электродвигателя, приводящего во вращение ротор и шнек, – 1–1,5 кВт.

Линейка винтовых насосов Sprut

Большинство моделей шнековых насосов средней ценовой категории, которые часто применяются для оснащения бытовых автономных систем водоснабжения, могут работать от электрической сети с напряжением 220 В.

Шнековые помпы промышленного назначения отличаются более впечатляющими техническими характеристиками. В частности, такие устройства без ущерба для своего технического состояния могут успешно перекачивать жидкие среды, температура которых значительно превышает вышеуказанные значения. Кроме того, промышленные насосы винтового типа в состоянии работать с жидкими средами, содержащими в своем составе нерастворимые твердые включения, размер частиц которых превышает 2–2,5 мм.

Скважинный шнековый насос для артезианских водозаборов

Основная часть корпусных деталей насосов скважинных винтового типа изготавливается из нержавеющей стали, отдельные элементы – из прочного пластика. Для герметизации элементов внутренней конструкции таких гидромашин используются прокладки, изготовленные из резины и силикона.

Поскольку движущиеся элементы внутренней конструкции шнековых насосов постоянно контактируют с перекачиваемой жидкой средой, они не нуждаются в обеспечении дополнительного охлаждения.

Рекомендации по правильной установке

Для того чтобы винтовой насос для скважины не вызывал проблем при эксплуатации и эффективно справлялся с задачей по откачиванию жидкой среды, его важно правильно установить. Хотя установка насосного оборудования данного типа во многом схожа с правилами монтажа центробежных гидромашин, есть в такой процедуре и определенные нюансы, которые обязательно следует учитывать.

Как и погружные насосы любого другого типа, винтовые устройства опускаются в обсадную трубу, установленную в предварительно пробуренной скважине. Для фиксации винтового насоса на определенной глубине используется металлический трос, на который оборудование и подвешивается во внутренней части обсадной трубы. Электропитание насоса, погруженного в скважину, а также подачу управляющих сигналов на элементы его автоматики обеспечивает специальный кабель, подключаемый к соответствующим клеммам.

В тех случаях, когда для оснащения скважины используется насосное оборудование, характеризующееся высокой мощностью, для его подключения к сети электропитания и блоку управления может быть использовано сразу несколько кабелей. Подача жидкой среды, откачиваемой шнековым насосом, из глубины скважины на поверхность осуществляется посредством мощного шланга, внутренний диаметр которого в зависимости от модели используемого оборудования может находиться в диапазоне 25–50 мм.

Винтовой насос подготовлен для погружения в скважину

Сам процесс подключения и монтажа погружного винтового насоса осуществляется по нижеприведенному алгоритму.

1. Насос, который планируется опустить в скважину, подключается к сети электропитания и запускается на короткий промежуток времени. Это необходимо для проверки работоспособности устройства.
2. Если насос функционирует нормально, то к нему подсоединяют электрический кабель, который и будет опускаться вместе с ним в скважину.
3. К напорному патрубку винтового насоса подсоединяют шланг, по которому жидкость из источника будет подаваться на поверхность.
4. Шланг и кабель электропитания насоса стягиваются между собой хомутами, причем выполнить такие соединения необходимо по всей длине шланга и кабеля.
5. К насосу привязывается страховочный трос (для этого на корпусе гидромашины имеется специальное монтажное отверстие).
6. Если в комплекте с насосом поставляется датчик уровня жидкости поплавкового типа, его необходимо соединить с оборудованием.
7. Подключенный ко всем коммуникациям насос аккуратно опускается в обсадную трубу на требуемую глубину. Делать это следует максимально аккуратно, чтобы не повредить корпус устройства при его соприкосновении со стенками трубы.
8. После того как насос окажется на требуемой глубине, его положение следует зафиксировать, привязав верхний конец страховочного троса к перекладине, смонтированной на поверхности земли.
9. Верхняя часть напорного шланга подсоединяется к трубопроводу, на котором предварительно должны быть установлены обратный клапан (если его нет в конструкции самой гидромашины), задвижка, манометр и отводное колено.
10. После того как все соединения выполнены, а насос надежно зафиксирован в скважине на требуемой глубине, осуществляется тестовый запуск.

Труба из обсадной колонны выводится через скважинный оголовок вместе с питающим кабелем

При тестовом запуске установленного погружного винтового насоса следует обращать внимание не только на ход жидкой среды по напорному шлангу, но и на наличие стуков и вибрации при работе оборудования. В том случае, если такие явления наблюдаются, монтаж шнекового насоса выполнен неверно. Это необходимо исправить, осуществив установку оборудования по вышеописанной схеме заново. В отличие от погружных центробежных насосов, винтовые модели не создают вибрации при своей работе. Именно поэтому наличие вибрации (и тем более стука) при работе винтового насоса является свидетельством его неправильного монтажа либо неисправности. Это требует извлечения оборудования из скважины и проведения тщательной диагностики его технического состояния.