چگونه برای یک پمپ حفاری اندازه گیری کنیم؟

لوله صعودی لوله عمودی است که آب را از پمپ شناور چاه آب به سر چاه منتقل می کند. انتخاب آن ممکن است ساده به نظر برسد: یک لوله به خروجی پمپ وصل کنید و آن را تا سطح امتداد دهید.

در عمل، لوله صعودی بر عملکرد پمپ، مصرف انرژی، بار نصب، ضربه قوچ، نگهداری و قابلیت اطمینان بلندمدت تأثیر می گذارد.

لوله ای که خیلی کوچک است باعث ایجاد سرعت بالای آب و افت اصطکاک بیش از حد می شود. سپس پمپ باید در برابر هد اضافی کار کند که می تواند جریان تحویلی را کاهش داده و مصرف انرژی را افزایش دهد.

لوله ای که به طور غیرضروری بزرگ است هزینه بیشتری دارد، وزن را افزایش می دهد و ممکن است نصب آن در داخل پوشش چاه موجود دشوار باشد.

اتصال تخلیه پمپ نیز به طور خودکار قطر مناسب برای کل لوله صعودی نیست. اندازه خروجی، اتصال مکانیکی روی پمپ انتخاب شده را مشخص می کند. قطر نهایی لوله باید با استفاده از جریان طراحی، قطر داخلی لوله، طول، مواد، درجه فشار و شرایط نصب بررسی شود.

لوله صعودی که به آن لوله ستون، لوله افت یا لوله تخلیه نیز گفته می شود، خروجی پمپ شناور را به سر چاه متصل می کند.

بسته به نصب، ممکن است از مواد زیر ساخته شود:

• فولاد کربن

• فولاد گالوانیزه

• فولاد ضد زنگ

• HDPE

• uPVC

• لوله انعطاف پذیر تقویت شده

• یک ماده لوله فشار تایید شده دیگر

لوله باید آب پمپ شده را در حالی که بارهای ایجاد شده توسط مجموعه پمپ، کابل، شیرهای یک طرفه و ستون آب را تحمل یا تطبیق می دهد، حمل کند.

در برخی از تاسیسات، لوله صعودی به صورت مکانیکی پمپ را پشتیبانی می کند. در برخی دیگر، یک کابل ایمنی جداگانه یا سیستم پشتیبانی ارائه می شود. کل چیدمان باید با دستورالعمل های سازنده لوله و الزامات نصب محلی مطابقت داشته باشد.

قطر لوله بر سرعت آب و افت اصطکاک تأثیر می گذارد.

برای یک نرخ جریان معین، کاهش قطر داخلی باعث افزایش سرعت می شود. سرعت بالاتر به طور کلی افت اصطکاک را افزایش می دهد و سیستم را نسبت به حرکت ناگهانی شیر و شروع یا توقف پمپ حساس تر می کند.

افزایش قطر لوله باعث کاهش سرعت و افت اصطکاک می شود، اما هزینه مواد، وزن لوله و فضای مورد نیاز در داخل چاه را نیز افزایش می دهد.

بنابراین، قطر صحیح تعادلی بین موارد زیر است:

• جریان پمپ مورد نیاز

• سرعت قابل قبول آب

• افت اصطکاک مجاز

• هزینه کل نصب

• درجه فشار لوله

• فضای خالی پوشش موجود

• استحکام مکانیکی

• الزامات نصب و بازیابی

اندازه لوله باید به عنوان بخشی از سیستم پمپاژ کامل انتخاب شود و نه پس از سفارش پمپ.

کاتالوگ پمپ چاه آب معمولاً اندازه خروجی تخلیه را برای هر خانواده پمپ ارائه می دهد.

به عنوان مثال، مدل های مختلف SLAPK 6SP می توانند اتصالات تخلیه متفاوتی داشته باشند زیرا محدوده جریان اسمی آنها متفاوت است. سری 8SP به طور کلی وظایف جریان بالاتر را انجام می دهد و از اتصالات خروجی بزرگتر استفاده می کند.

با این حال، ابعاد خروجی به طور مستقل بهترین قطر لوله صعودی را تعیین نمی کند.

هنگامی که قطر لوله محاسبه شده با خروجی پمپ متفاوت است، می توان از یک انتقال مهندسی کوتاه استفاده کرد، به شرطی که:

• انتقال از نظر مکانیکی مناسب باشد.

• درجه فشار کافی باشد.

• اتصال باعث افت موضعی بیش از حد نشود.

• انتقال در داخل پوشش جا شود.

• مونتاژ را بتوان با خیال راحت پایین آورد و بازیابی کرد.

• سازنده پیکربندی را تأیید کند.

لوله را فقط به این دلیل که اندازه اسمی آن با رزوه یا فلنج خروجی مطابقت دارد، انتخاب نکنید.

لوله صعودی باید در جریان طراحی واقعی، نه حداکثر جریان منتشر شده پمپ، سایزبندی شود.

جریان طراحی باید از کاربرد حاصل شود، مانند:

• تقاضای آبیاری

• مصرف آب شهری

• زمان پر شدن مخزن ذخیره

• تقاضای فرآیند صنعتی

• نیاز آب دامپروری

• نیاز آب آتش نشانی

• انتقال آب معدن یا ساخت و ساز

پمپ انتخاب شده باید این جریان را در هد دینامیکی کل محاسبه شده تحویل دهد.

اگر سیستم در چندین نرخ جریان کار کند، لوله را در موارد زیر بررسی کنید:

• حداقل جریان پیوسته

• جریان طراحی عادی

• حداکثر جریان مورد انتظار

• محدودیت های عملیاتی سرعت متغیر

• جریان توسعه آینده، در صورت تأیید

افت اصطکاک به صورت خطی با جریان افزایش نمی یابد. افزایش نسبتاً کوچک در جریان می تواند باعث افزایش بسیار بزرگتر در افت لوله شود.

محاسبات هیدرولیکی باید از قطر داخلی لوله استفاده کنند.

دو لوله با اندازه اسمی یکسان می توانند قطرهای داخلی متفاوتی داشته باشند به دلیل:

• ضخامت دیوار

• برنامه لوله

• محل و تعداد شیرهای یک طرفه

• مواد

• استاندارد تولید

• پوشش داخلی

لوله فشار بالا معمولاً دیواره ضخیم تری نسبت به لوله فشار پایین با همان قطر خارجی دارد. دیواره ضخیم تر ناحیه جریان داخلی را کاهش می دهد.

استفاده از قطر اسمی به جای قطر واقعی می تواند سرعت آب و افت اصطکاک را دست کم بگیرد.

قبل از تکمیل محاسبه، داده های ابعادی سازنده لوله را دریافت کنید.

میانگین سرعت آب را می توان از نرخ جریان و مساحت مقطع داخلی لوله محاسبه کرد:

سرعت = نرخ جریان ÷ مساحت داخلی لوله

برای لوله دایره ای:

v = 4Q ÷ (πD²)

که در آن:

• v میانگین سرعت آب است

• Q نرخ جریان حجمی است

• D قطر داخلی واقعی لوله است

• π تقریباً 3.1416 است

تمام واحدها باید سازگار باشند. اگر جریان بر حسب متر مکعب در ساعت ارائه شده است، قبل از محاسبه سرعت بر حسب متر بر ثانیه، آن را به متر مکعب در ثانیه تبدیل کنید.

سرعت یک پارامتر غربالگری است، نه تنها معیار انتخاب. محدوده قابل قبول به مواد لوله، وظیفه سیستم، روش شروع، تجزیه و تحلیل ضربه قوچ و استاندارد مهندسی قابل اجرا بستگی دارد.

از اعمال یک حد سرعت جهانی واحد به هر پروژه خودداری کنید.

افت اصطکاک هد مصرف شده هنگام حرکت آب در لوله صعودی است.

این به موارد زیر بستگی دارد:

• نرخ جریان

• تعداد و نوع اتصالات

• طول لوله

• زبری لوله

• ابعاد خارجی لوله و کوپلینگ

• سن لوله و وضعیت داخلی

• خواص آب

روش های دارسی-وایسباخ و هازن-ویلیامز معمولاً برای محاسبات خطوط لوله آب استفاده می شوند.

دارسی-وایسباخ را می توان در طیف وسیعی از سیالات و مواد لوله در صورت استفاده از ضریب اصطکاک صحیح اعمال کرد. هازن-ویلیامز اغلب برای تخمین سیستم های آب استفاده می شود، اما ضریب آن باید به درستی انتخاب شود.

برای یک محاسبه قابل دفاع:

1. طول کامل لوله عمودی را شناسایی کنید.

2. قطر داخلی و مواد را تأیید کنید.

3. افت در واحد طول را در جریان طراحی محاسبه کنید.

4. در طول واقعی ضرب کنید.

5. محاسبه را در جریان های عملیاتی مورد انتظار دیگر تکرار کنید.

6. نتیجه را در هد دینامیکی کل سیستم لحاظ کنید.

از یک درصد کلی از عمق چاه به عنوان جایگزینی برای محاسبه افت لوله استفاده نکنید.

برای روش هد کامل، به راهنمای سایزبندی پمپ چاه عمیق: نحوه محاسبه نرخ جریان و هد دینامیکی کل مراجعه کنید.مرحله 5: شامل افت اتصالات و شیرهابا این حال، خوردگی باید در نظر گرفته شود. خوردگی داخلی زبری و افت اصطکاک را افزایش می دهد، در حالی که خوردگی خارجی ضخامت دیوار را کاهش می دهد.

انتقال تخلیه پمپ

شیرهای یک طرفه

• شیرهای دروازه ای

• محافظ های کابل

• زانوها

• سه راهی ها

• کاهنده ها

• فلومترها

• فشار سنج ها و اتصالات گیج

• فیلترها

• اتصالات سر چاه

• شیرهای کنترلی

• مونتاژ ورودی مخزن

• این افت ها را می توان با استفاده از ضرایب افت، طول لوله معادل یا داده های سازنده محاسبه کرد.

• شیرهای یک طرفه شایان توجه ویژه هستند. شیری که فقط با اندازه اسمی انتخاب شده است می تواند در جریان بالا افت قابل توجهی ایجاد کند. مساحت جریان کامل باز، درجه فشار، جهت و مناسب بودن آن برای سرویس عمودی را تأیید کنید.

مرحله 6: بررسی درجه فشار مورد نیاز

لوله باید بیش از فشار خروجی عادی مشاهده شده در سطح را تحمل کند.

بررسی فشار باید شامل موارد زیر باشد:

هد قطع پمپ

فشار استاتیک ستون آب

• کلاس فشار لوله

• فشار مورد نیاز سر چاه

• بسته شدن شیر

• تجزیه و تحلیل آب

• ضربه قوچ

• تغییرات ارتفاع

• تنظیمات کنترل فشار

• فشار تست

• حاشیه ایمنی مورد نیاز استاندارد لوله

• پایین ترین بخش های یک لوله صعودی عمیق می تواند در معرض فشار داخلی بالا قرار گیرد.

• کلاس فشار را فقط از خوانش گیج عادی سر چاه انتخاب نکنید. طراح باید شدیدترین شرایط عملیاتی و گذرا را بررسی کند.

مرحله 7: ارزیابی ضربه قوچ

ضربه قوچ تغییر فشار موقتی است که در اثر تغییر سریع سرعت آب ایجاد می شود.

پمپ ناگهان شروع به کار کند.

پمپ پس از قطع برق متوقف شود.

• یک شیر یک طرفه به سرعت بسته شود.

• یک شیر سطحی خیلی سریع بسته شود.

• یک VFD سرعت را خیلی تهاجمی تغییر دهد.

• جریان قبل از بسته شدن شیر یک طرفه معکوس شود.

• شدت آن به طول لوله، سرعت آب، مواد لوله، رفتار شیر و نرخ تغییر سرعت بستگی دارد.

• یک لوله صعودی عمودی طولانی حاوی یک ستون آب متحرک قابل توجه است. یک شیر یک طرفه نادرست انتخاب شده یا خاموشی سریع می تواند باعث ایجاد موج فشار مخرب شود.

کنترل های ممکن شامل موارد زیر است:

شیرهای یک طرفه بدون ضربه

عملکرد شیر کنترل شده

• شروع نرم

• شتاب و کاهش VFD کنترل شده

• مخازن موج

• دستگاه های تسکین فشار

• تجهیزات کنترل موج مهندسی شده دیگر

• تجزیه و تحلیل گذرا دقیق ممکن است برای چاه های عمیق، خطوط لوله طولانی و سیستم های جریان بالا ضروری باشد.

• مرحله 8: بررسی وزن لوله و بار محوری

لوله صعودی باید وزن خود، وزن آب محتوی و هر تجهیزاتی را که پشتیبانی می کند، با خیال راحت حمل کند.

وزن لوله خشک

وزن ستون آب

• وزن پمپ و موتور

• وزن شیر یک طرفه

• آیا لوله صعودی باید هم اندازه خروجی پمپ باشد؟

• وزن کوپلینگ

• بارهای دینامیکی در حین شروع و توقف

• بارها در حین نصب و برداشت

• نیروهای ضربه قوچ

• بارهای پشتیبانی سر چاه

• برای لوله فولادی رزوه دار، استحکام رزوه و کوپلینگ را تأیید کنید. برای لوله فلنج دار، چیدمان فلنج، پیچ و مهره و واشر را تأیید کنید.

• برای لوله پلاستیکی، بار کششی، خزش، اثرات دما، درجه بندی اتصال و محدودیت های سازنده برای سرویس عمودی معلق را بررسی کنید.

لوله ای که نیاز فشار داخلی را برآورده می کند ممکن است همچنان برای بار مکانیکی معلق نامناسب باشد.

مرحله 9: تأیید فضای خالی پوشش

قطر خارجی لوله صعودی، کوپلینگ ها و لوازم جانبی باید از حداقل قطر داخلی پوشش عبور کند.

کوپلینگ های لوله

فلنج ها

• انتقال خروجی پمپ

• شیرهای یک طرفه

• کابل برق

• محافظ های کابل

• گیره های کابل

• محافظت از اتصال

• متمرکز کننده ها

• کابل ایمنی

• اتصالات بالابر

• بزرگترین جزء ممکن است به جای خود لوله، یک کوپلینگ یا شیر باشد.

• همچنین در نظر بگیرید:

انحراف چاه

اتصالات پوشش

• جوش های داخلی

• آسترها

• رسوبات مقیاس

• تغییر شکل

• تغییرات در قطر پوشش

• یک تناسب نظری فلز به فلز به عنوان حاشیه نصب قابل قبول نیست.

• برای اطلاعات بیشتر در مورد فضای ابعادی، به 6 اینچ در مقابل پمپ های چاه آب 8 اینچی: نحوه انتخاب مراجعه کنید.

مرحله 10: انتخاب ماده لوله مناسب

لوله صعودی فولاد کربنفولاد کربن استحکام مکانیکی بالایی را فراهم می کند و به طور گسترده در دسترس است. می تواند برای تاسیسات عمیق و پرفشار مناسب باشد.با این حال، خوردگی باید در نظر گرفته شود. خوردگی داخلی زبری و افت اصطکاک را افزایش می دهد، در حالی که خوردگی خارجی ضخامت دیوار را کاهش می دهد.

لوله صعودی فولاد گالوانیزه

فولاد گالوانیزه معمولاً در تاسیسات چاه آب، به ویژه در اندازه های متوسط استفاده می شود.

مناسب بودن آن به شیمی آب، عمر نصب، اتصالات رزوه ای و استانداردهای محلی بستگی دارد. گالوانیزه آسیب دیده در رزوه ها یا اتصالات می تواند به نقطه خوردگی تبدیل شود.

لوله صعودی فولاد ضد زنگ

فولاد ضد زنگ مقاومت در برابر خوردگی بهبود یافته ای را فراهم می کند، اما درجه مناسب باید از تجزیه و تحلیل آب انتخاب شود.

SS304 به طور خودکار برای آب با کلر بالا مناسب نیست. SS316L، فولاد ضد زنگ دوفازی یا آلیاژ دیگر ممکن است در شرایط تهاجمی تر مورد نیاز باشد.

تعامل گالوانیکی بین فلزات ناهمسان نیز باید بررسی شود.

لوله صعودی HDPE

HDPE می تواند مقاومت در برابر خوردگی، سطوح داخلی صاف و اتصالات سفت و سخت کمتری را ارائه دهد.

طراحی آن نیاز به بررسی دقیق موارد زیر دارد:

کلاس فشار

بار کششی

دما

خزش

• محل و تعداد شیرهای یک طرفه

• کشیدگی

• سازگاری با اتصال پمپ

• الزامات پشتیبانی عمودی

• سازنده لوله باید مناسب بودن برای نصب چاه آب معلق را تأیید کند.

• لوله صعودی uPVC

• لوله های ستون uPVC تخصصی در برخی از سیستم های چاه آب استفاده می شوند زیرا سبک و مقاوم در برابر خوردگی هستند.

• لوله و اتصالات رزوه ای باید به طور خاص برای عمق نصب، فشار و بار معلق درجه بندی شوند. لوله فشار معمولی نباید به طور خودکار به عنوان لوله ستون چاه عمیق استفاده شود.

مثال: مقایسه دو قطر لوله صعودی

فرض کنید یک پمپ چاه آب باید 50 متر مکعب در ساعت را از طریق یک لوله صعودی عمودی 140 متری تحویل دهد.

دو لوله کاندید، الزامات اتصال و فشار اساسی را برآورده می کنند. یکی قطر داخلی کوچکتر و دیگری قطر داخلی بزرگتر دارد.

لوله کوچکتر تولید خواهد کرد:

افت اصطکاک بیشتر

هد دینامیکی کل بالاتر

حساسیت بیشتر به ضربه قوچ

• هزینه اولیه لوله کمتر

• لوله بزرگتر تولید خواهد کرد:

• سرعت آب کمتر

• افت اصطکاک کمتر

• هد پمپ مورد نیاز کمتر

مصرف انرژی عملیاتی بالقوه کمتر

• هزینه و وزن اولیه بیشتر

• تصمیم صحیح را نمی توان فقط از روی قیمت خرید گرفت.

• مهندس باید نقطه عملیاتی هر دو گزینه را محاسبه کند، افت اصطکاک هر کدام را به TDH اضافه کند و مقایسه کند:

• مدل پمپ و قدرت موتور

• راندمان پمپ

مصرف انرژی سالانه

هزینه لوله و نصب

• کلاس فشار

• فضای خالی چاه

• عمر مفید مورد انتظار

• یک لوله بزرگتر می تواند هزینه انرژی عمر مفید را کاهش دهد، اما افزایش قطر فراتر از نیاز عملی ممکن است مزیت اضافی کمی داشته باشد.

• محل و تعداد شیرهای یک طرفه

• بسیاری از پمپ های چاه آب شامل یک شیر یک طرفه در یا نزدیک تخلیه هستند. شیرهای یک طرفه اضافی ممکن است در لوله های صعودی طولانی در نظر گرفته شوند، اما نباید با استفاده از یک قانون فاصله گذاری جهانی اضافه شوند.

• شیرهای یک طرفه نادرست قرار گرفته یا نامناسب می توانند به موارد زیر کمک کنند:

فشار گیر افتاده

لرزش شیر

بسته شدن تاخیری

• چرخش معکوس

• افت اصطکاک افزایش یافته

• نگهداری دشوار

• چیدمان شیر باید بر اساس عمق پمپ، طول لوله، فشار، جریان، روش شروع و دستورالعمل های سازنده انتخاب شود.

• قبل از مشخص کردن شیرهای اضافی، تأیید کنید که آیا پمپ انتخاب شده قبلاً شامل یک شیر یک طرفه داخلی است یا خیر.

• اشتباهات رایج در انتخاب لوله صعودی

• تطبیق لوله مستقیماً با خروجی پمپ

استفاده از قطر اسمی در محاسبه

نادیده گرفتن افت اصطکاک در TDH

آیا لوله بزرگتر همیشه عملکرد پمپ را بهبود می بخشد؟

قطر داخلی بزرگتر افت اصطکاک را کاهش می دهد، اما اندازه بیش از حد می تواند هزینه، وزن و دشواری نصب را افزایش دهد. قطر را از طریق ارزیابی هیدرولیکی و چرخه عمر انتخاب کنید.

آیا افت اصطکاک باید از عمق چاه محاسبه شود؟

خیر. از طول واقعی، قطر داخلی، مواد و جریان طراحی هر بخش لوله استفاده کنید. عمق چاه به تنهایی افت اصطکاک را تعیین نمی کند.

آیا می توان از HDPE به عنوان لوله صعودی پمپ چاه آب استفاده کرد؟

بله، در تاسیسات مناسب، اما لوله، اتصالات و سیستم پشتیبانی خاص باید برای فشار داخلی، بار معلق، دما، خزش و عمق نصب درجه بندی شوند.

پمپ چاه عمیق به چند شیر یک طرفه نیاز دارد؟

هیچ کمیت یا فاصله گذاری جهانی مناسب برای هر چاه وجود ندارد. پس از بررسی عمق، فشار و شرایط گذرا، توصیه های پمپ، شیر و طراح سیستم را دنبال کنید.

آیا لوله صعودی بر قدرت موتور پمپ تأثیر می گذارد؟

بله. اصطکاک لوله به TDH اضافه می کند. TDH بالاتر می تواند مدل پمپ انتخاب شده، تعداد طبقات، نقطه عملیاتی و قدرت موتور مورد نیاز را تغییر دهد.

نتیجه گیری

یک لوله صعودی قابل اعتماد پمپ چاه آب باید همزمان الزامات هیدرولیکی، فشار، مکانیکی و نصب را برآورده کند.

فرآیند انتخاب باید:

جریان طراحی را تأیید کند.

سرعت آب و افت اصطکاک را محاسبه کند.

شامل شیرها و اتصالات باشد.

• فشار عملیاتی، قطع و گذرا را بررسی کند.

• استحکام لوله و اتصال را تأیید کند.

• فضای خالی پوشش را تأیید کند.

• ماده ای سازگار با آب انتخاب کند.

• هزینه انرژی چرخه عمر را ارزیابی کند.

• لوله صعودی کامل را فقط بر اساس اندازه خروجی پمپ انتخاب نکنید. قطر نهایی لوله و کلاس فشار باید در برابر شرایط واقعی چاه و عملیاتی تأیید شوند.

• درخواست بررسی پمپ چاه آب و لوله صعودی

• جریان و هد مورد نیاز، عمق چاه، عمق نصب پمپ، حداقل قطر داخلی پوشش، مواد و قطر لوله پیشنهادی، فشار خروجی مورد نیاز، ولتاژ، فرکانس و تجزیه و تحلیل آب را به SLAPK ارسال کنید.

• مهندسان ما می توانند پمپ چاه آب QJ یا SP مناسب را توصیه کنند و منحنی پمپ، ابعاد خروجی و داده های نصب مورد نیاز برای طراحی لوله صعودی شما را ارائه دهند.

برای توصیه پمپ چاه آب با SLAPK تماس بگیرید