Chłodzenie silnika zanurzeniowego: Kiedy pompa głębinowa potrzebuje tulei przepływowej?

Silnik zanurzeniowy pracuje pod wodą, ale samo zanurzenie nie gwarantuje automatycznie odpowiedniego chłodzenia.

Silnik generuje ciepło, gdy pompa pracuje. Ciepło to musi zostać przeniesione do wody przepływającej po zewnętrznej powierzchni silnika. Jeśli woda nie przepływa obok silnika z wymaganą prędkością, silnik może się przegrzać, nawet jeśli cały zespół pompy pozostaje pod wodą.

Tuleja przepływowa, zwana również tuleją induktora przepływu, osłoną chłodzącą lub płaszczem chłodzącym, kontroluje ścieżkę wody wokół silnika. Wymusza ona przepływ pompowanej wody wzdłuż powierzchni silnika przed wejściem do wlotu pompy.

Tuleja przepływowa jest często wymagana w studniach o dużej średnicy, otwartych zbiornikach, rezerwuarach, studniach zasilanych od góry i innych instalacjach, gdzie naturalny ruch wody może nie zapewniać wystarczającego chłodzenia silnika.

Jednakże, nie należy jej dodawać wyłącznie na podstawie ogólnej zasady. Inżynier musi ocenić średnicę silnika, średnicę obudowy, natężenie przepływu pompowania, temperaturę wody, pozycję dopływu i orientację instalacji.

Pompa głębinowa składa się zazwyczaj z dwóch głównych sekcji:

• Hydrauliczna sekcja pompy

• Zanurzeniowy silnik elektryczny

W konwencjonalnej instalacji pionowej sekcja pompy jest umieszczona nad silnikiem. Woda wpływa do pompy przez wlot znajdujący się między silnikiem a sekcją hydrauliczną.

Gdy woda gruntowa wpływa do studni poniżej silnika, przepływa ona w górę wzdłuż powierzchni silnika, zanim dotrze do wlotu pompy. Ten ruch odprowadza ciepło z silnika.

Odpowiednie chłodzenie zależy zatem od ruchu wody, a nie tylko od jej obecności.

Jeśli obudowa jest nadmiernie duża w stosunku do silnika, ten sam przepływ pompowania rozkłada się na większy obszar pierścieniowy. Prędkość wody wokół silnika maleje, a efekt chłodzenia może stać się niewystarczający.

Chłodzenie może być również niewystarczające, gdy woda dociera do wlotu pompy bez wcześniejszego przepływu wzdłuż silnika.

Tuleja przepływowa to cylindryczna rura zamontowana wokół silnika zanurzeniowego i części zespołu pompy.

Górny koniec jest zazwyczaj uszczelniony w pobliżu lub powyżej wlotu pompy. Dolny koniec rozciąga się poniżej dna silnika i pozostaje otwarty na otaczającą wodę.

Ten układ zmienia ścieżkę wody.

Zamiast wpływać bezpośrednio do pompy z otaczającej studni lub zbiornika, woda musi wpływać przez dolny otwór tulei. Następnie przepływa w górę przez wąską przestrzeń między tuleją a silnikiem, zanim dotrze do wlotu pompy.

Tuleja pełni trzy ważne funkcje:

• Kieruje wodę wzdłuż powierzchni silnika.

• Zwiększa prędkość wody chłodzącej wokół silnika.

• Zmniejsza prawdopodobieństwo, że woda ominie silnik i wpłynie bezpośrednio do pompy.

Tuleja przepływowa nie zwiększa wydajności hydraulicznej pompy. Jej celem jest zapewnienie silnikowi odpowiedniego środowiska chłodzenia.

Duża obudowa zapewnia więcej miejsca wokół pompy, ale więcej miejsca niekoniecznie poprawia chłodzenie silnika.

Gdy obudowa jest znacznie większa od silnika, zwiększa się obszar przepływu pierścieniowego. Jeśli natężenie przepływu pompowania pozostaje niezmienione, średnia prędkość wody obok silnika maleje.

Na przykład, ten sam przepływ pompy spowoduje niższą prędkość chłodzenia w szerokiej obudowie niż w obudowie, która ściślej przylega do pompy.

Nie oznacza to, że każda duża studnia automatycznie wymaga tulei przepływowej. Rzeczywisty stan chłodzenia musi być sprawdzony za pomocą:

• Natężenie przepływu pompowania

• Średnica zewnętrzna silnika

• Minimalna średnica wewnętrzna obudowy

• Wymagana prędkość chłodzenia silnika

• Lokalizacja dopływu do studni.

Jeśli obliczona lub potwierdzona prędkość jest niższa od wymagań producenta silnika, należy rozważyć odpowiednio dobraną tuleję.

Pompy głębinowe są czasami instalowane w zbiornikach na wodę, rezerwuarach, stawach lub innych otwartych zbiornikach wodnych.

W tych zastosowaniach woda może zbliżać się do wlotu pompy z każdego kierunku. Może ona wpłynąć do sekcji hydraulicznej bez przepływu wzdłuż całej powierzchni silnika.

Otaczająca woda może zatem pozostać stosunkowo stojąca wokół silnika, szczególnie podczas ciągłej pracy pod dużym obciążeniem.

Tuleja chłodząca zapewnia kontrolowaną ścieżkę wody i jest często niezbędna w tego typu instalacjach.

Informacje dotyczące instalacji SLAPK QJ wyraźnie zalecają dodanie płaszcza chłodzącego wokół silnika pompy, gdy jednostka jest używana w basenie. Ostateczny projekt tulei powinien być nadal potwierdzony dla wybranego silnika i instalacji.

Studnia zasilana od góry to taka, w której znacząca część wody gruntowej wpływa do obudowy powyżej silnika lub wlotu pompy.

Woda płynąca w dół z górnego poziomu może dotrzeć do wlotu pompy bez przepływu wzdłuż dolnej części silnika. W rezultacie silnik może być zanurzony, ale otrzymywać niewielki efektywny przepływ chłodzący.

Tuleja z wlotem poniżej silnika wymusza przepływ wody w dół na zewnątrz tulei, a następnie w górę wzdłuż silnika przed wejściem do pompy.

Pozycja dopływu powinna być zatem uwzględniona podczas przeglądu rysunku kompletacji studni i informacji z testu pompowania.

Jeśli pompa jest umieszczona poniżej głównej siatkowanej lub perforowanej sekcji studni, woda może wpływać powyżej pompy.

Tworzy to ryzyko chłodzenia podobne do instalacji zasilanej od góry. Woda może przemieszczać się bezpośrednio w kierunku wlotu, nie przepływając przez całą powierzchnię silnika.

Głębokość instalacji musi być przeanalizowana w odniesieniu do:

• Przedziały siatkowane

• Perforowane sekcje obudowy

• Formacje produkujące wodę

• Wysokość wlotu pompy

• Pozycja silnika.

Sam dynamiczny poziom wody nie ujawnia kierunku ruchu wody wewnątrz studni.

Pompa głębinowa może być zainstalowana poziomo w zbiorniku lub rezerwuarze, gdy montaż pionowy nie jest praktyczny.

Praca pozioma wymaga specyficznego potwierdzenia od producenta pompy i silnika. Należy wziąć pod uwagę łożyska, warunki obciążenia, prześwit wlotu i chłodzenie silnika.

Naturalna konwekcja wokół poziomego silnika nie zastępuje wymaganego przepływu chłodzącego. Odpowiednio podparta tuleja chłodząca może być niezbędna do kierowania wody nad silnikiem.

Tuleja nie może opierać się bezpośrednio o dno zbiornika ani być zasypana osadami. Wymagany jest odpowiedni prześwit wlotu i wsparcie konstrukcyjne.

Pompa może być fizycznie duża, ale pracować przy stosunkowo niskim przepływie z powodu dławienia, oporu systemu lub regulacji prędkości obrotowej.

Niższy przepływ może zmniejszyć ilość wody przepływającej obok silnika. Układ chłodzenia, który jest wystarczający przy pełnym przepływie projektowym, może stać się niewystarczający przy minimalnej prędkości roboczej lub minimalnym przepływie ciągłym.

W przypadku zastosowania napędu o zmiennej częstotliwości, należy sprawdzić chłodzenie silnika w całym zamierzonym zakresie prędkości, a nie tylko w punkcie pracy znamionowej.

Ciągłe dławienie również powinno być dokładnie przeanalizowane. Może ono oddalić pompę od jej preferowanego zakresu pracy, jednocześnie zmniejszając przepływ chłodzący.

Ciepła woda gorzej odprowadza ciepło z silnika niż chłodniejsza woda.

Układ chłodzenia odpowiedni dla normalnych temperatur wody gruntowej może być niewystarczający w studni geotermalnej, zbiorniku z gorącą wodą lub w zastosowaniach przemysłowych.

Praca w wysokiej temperaturze może wpłynąć na:

• Izolacja uzwojeń silnika

• Łożyska

• Kable zasilające

• Elementy uszczelniające

• Smary

• Wymagany przepływ chłodzący

• Dopuszczalne obciążenie silnika.

Tuleja przepływowa może poprawić ruch wody, ale nie sprawia automatycznie, że standardowy silnik nadaje się do gorącej wody. Może być wymagana konfiguracja pompy, silnika i kabla QJR o odpowiedniej klasie temperaturowej.

Prędkość wody chłodzącej zależy głównie od trzech zmiennych:

• Rzeczywiste natężenie przepływu pompy

• Średnica zewnętrzna silnika

• Średnica wewnętrzna obudowy lub tulei.

Dostępny przepływ przechodzi przez przestrzeń pierścieniową między silnikiem a obudową lub tuleją. Mniejsza powierzchnia pierścieniowa powoduje wyższą średnią prędkość dla tego samego przepływu.

Podstawowa zależność to:

Powierzchnia przepływu pierścieniowego jest określana na podstawie średnicy wewnętrznej obudowy lub tulei oraz średnicy zewnętrznej silnika.

Przed wykonaniem obliczeń upewnij się, że wszystkie jednostki są spójne. Nie mieszaj metrów sześciennych na godzinę, litrów na sekundę, milimetrów i metrów bez odpowiednich konwersji.

Obliczona prędkość musi następnie zostać porównana z wymaganiem dla dokładnego modelu silnika.

Nie stosuj jednej uniwersalnej minimalnej prędkości do wszystkich silników zanurzeniowych. Wymagana wartość może się różnić w zależności od:

• Średnica silnika

• Moc silnika

• Producent

• Temperatura wody

• Obciążenie silnika

• Orientacja pionowa lub pozioma

• Praca ciągła lub przerywana.

Poproś o instrukcję instalacji silnika lub pisemne potwierdzenie od dostawcy.

Oznaczenie nominalne serii pompy nie określa warunków chłodzenia.

Oznaczenie 6SP lub 8SP identyfikuje przybliżoną klasę średnicy pompy, ale obliczenia chłodzenia zależą od rzeczywistej średnicy zewnętrznej silnika i rzeczywistej średnicy wewnętrznej obudowy lub tulei.

Należy sprawdzić kompletny rysunek modelu, ponieważ następujące wymiary mogą się różnić:

• Średnica pompy hydraulicznej

• Średnica silnika

• Występ osłony kabla

• Średnica sprzęgła

• Średnica wewnętrzna tulei

• Grubość ścianki tulei.

Tuleja musi zapewniać wystarczającą przestrzeń dla silnika, kabla i tolerancji montażowych, jednocześnie generując wymaganą prędkość chłodzenia.

Więcej wskazówek dotyczących wymiarów można znaleźć w artykule Pompy głębinowe 6-calowe vs 8-calowe: Jak wybrać.

Dolny koniec tulei powinien wystawać poniżej silnika, tak aby woda musiała wpływać od dołu.

Jeśli dolny otwór kończy się powyżej dna silnika, część wody może ominąć powierzchnię silnika.

Wymagane przedłużenie i prześwit wlotu należy potwierdzić dla konkretnego zespołu.

Górna część tulei jest zazwyczaj uszczelniona wokół pompy w pobliżu wlotu.

Słabe uszczelnienie pozwala na bezpośrednie wpływanie wody od góry, zmniejszając ilość przepływu przechodzącego wzdłuż silnika.

Układ uszczelnienia musi uwzględniać:

• Geometria pompy

• Kabel zasilający

• Osłona kabla

• Elementy mocujące

• Tolerancje montażowe

• Materiał tulei.

Uszczelnienie powinno kierować przepływ bez uszkadzania kabla zasilającego lub ograniczania dostępu serwisowego.

Dolny otwór tulei musi mieć wystarczającą wolną powierzchnię, aby umożliwić pełny przepływ pompy bez nadmiernych strat na wlocie.

Wlot nie powinien być zablokowany przez:

• Osady studzienne

• Dna zbiorników

• Wsporniki konstrukcyjne

• Zanieczyszczenia

• Sąsiednie ściany

• Nieprawidłowo umieszczone sitka.

W instalacji poziomej tuleja powinna być podparta tak, aby jej wlot pozostał wolny.

Konstrukcja tulei nie może ściskać, trzeć ani ostro zginać kabla silnika.

Trasa kabla powinna być zaplanowana przed wykonaniem. Każdy otwór na kabel powinien być gładki i zabezpieczony przed ostrymi krawędziami metalowymi.

Kabel musi pozostać bezpieczny podczas instalacji, pracy i demontażu pompy.

Materiał tulei musi być zgodny z pompowanym płynem i środowiskiem instalacji.

Możliwe materiały to stal nierdzewna, stal powlekana lub odpowiednie tworzywa sztuczne. Wybór zależy od:

• Chemia wody

• Temperatura

• Ryzyko korozji

• Obciążenia mechaniczne

• Średnica tulei

• Głębokość instalacji

• Wymagana żywotność.

Tuleja ze stali węglowej nie powinna być umieszczana w wodzie korozyjnej bez analizy żywotności powłoki i interakcji galwanicznej ze stalowymi elementami.

Silnik może pozostać całkowicie pod wodą i nadal się przegrzewać, jeśli ruch wody wzdłuż jego powierzchni jest niewystarczający.

Zanurzenie chroni wlot pompy przed zasysaniem powietrza, ale nie dowodzi, że istnieje wymagana prędkość chłodzenia.

Najniższy oczekiwany ciągły przepływ roboczy może decydować o przeglądzie chłodzenia.

Należy wziąć pod uwagę pracę z dławieniem, pracę ze zmienną prędkością, zmniejszającą się wydajność studni i zmiany oporu systemu.

Pomiary poziomu wody pokazują, ile wody znajduje się nad pompą, ale nie pokazują, czy woda przepływa obok silnika.

Przeanalizuj siatkę studni, perforacje i formacje produkujące.

Niepotrzebnie duża tuleja pozostawia szeroką przestrzeń pierścieniową wokół silnika i może nie generować wystarczającej prędkości chłodzenia.

Średnica tulei powinna być dobrana na podstawie obliczeń i przeglądu producenta.

Zbyt mała tuleja może zakłócać pracę kabla silnika, tolerancje montażowe i instalację. Może również zwiększać straty hydrauliczne lub utrudniać demontaż.

Jeśli tuleja nie wystaje poniżej silnika, woda może omijać część powierzchni wymagającej chłodzenia.

Tuleja chłodząca nie może naprawić:

• Nadmierny przepływ pompy

• Niewystarczająca wydajność studni

• Nieprawidłowa całkowita głowica dynamiczna

• Niewystarczające zanurzenie pompy

• Nieodpowiednie napięcie silnika

• Nadmierna temperatura wody

• Praca poza krzywą pompy.

Każdy problem musi być rozpatrywany oddzielnie.

W zastosowaniach pomp głębinowych następujące terminy są często używane do opisania podobnych urządzeń:

• Tuleja przepływowa

• Tuleja induktora przepływu

• Tuleja chłodząca

• Osłona chłodząca

• Płaszcz chłodzący.

Terminologia różni się w zależności od producentów i rynków.

Ważne pytanie to nie nazwa, ale funkcja: czy urządzenie wymusza przepływ pompowanej wody wzdłuż powierzchni silnika z wymaganą prędkością?

Płaszcz zaprojektowany tylko jako osłona ochronna może nie zapewniać tej samej funkcji hydraulicznej co odpowiednio uszczelniona tuleja induktora przepływu.

Podaj następujące informacje, prosząc dostawcę pompy o sprawdzenie, czy wymagana jest tuleja przepływowa:

• Pełny model pompy

• Model silnika i moc znamionowa

• Rzeczywisty przepływ roboczy

• Minimalny przepływ ciągły

• Średnica zewnętrzna silnika

• Średnica wewnętrzna obudowy studni

• Instalacja w otwartym zbiorniku lub studni

• Orientacja pionowa lub pozioma

• Statyczny poziom wody

• Stabilizowany poziom wody pompowania

• Głębokość instalacji pompy

• Przedziały obudowy siatkowanej lub perforowanej

• Lokalizacja dopływu wody

• Temperatura wody

• Harmonogram pracy ciągłej lub przerywanej

• Zakres pracy ze zmienną prędkością

• Dostępne wymiary i materiał tulei

• Odległość od silnika do dna studni lub dna zbiornika.

Rysunek wymiarowy i schemat kompletacji studni są szczególnie przydatne, ponieważ pokazują, czy woda prawdopodobnie ominie silnik.

Nie. Konwencjonalna studnia może już kierować wystarczającą ilość wody w górę wzdłuż silnika. Tuleja jest wymagana, gdy naturalna instalacja nie zapewnia warunków chłodzenia określonych dla silnika.

Może być wymagana. Większa obudowa zmniejsza prędkość wody wokół silnika przy danym przepływie. Oblicz prędkość i porównaj ją z dokładnym wymaganiem silnika.

Często tak. W otwartym zbiorniku woda może zbliżać się do wlotu pompy, nie przepływając wzdłuż silnika. Tuleja tworzy kontrolowaną ścieżkę chłodzenia. Potwierdź układ z producentem.

Nie. Tuleja poprawia chłodzenie silnika, ale nie tworzy wody ani nie utrzymuje dynamicznego poziomu wody. Ochrona przed pracą na sucho powinna być zapewniona przez odpowiednie czujniki poziomu, sterowniki lub sprzęt ochrony silnika.

Nie. Nie jest to ulepszenie wydajności hydraulicznej. Jej celem jest kierowanie wody chłodzącej obok silnika. Źle zaprojektowana tuleja może dodać straty na wlocie zamiast poprawić wydajność pompy.

Możliwe. Silnik musi otrzymywać wystarczające chłodzenie przy najniższym ciągłym przepływie i prędkości roboczej. Należy przeanalizować cały zakres pracy VFD.

Nie. Wlot wody musi pozostać otwarty. Zapewnić odpowiednie wsparcie i wystarczający prześwit od dna zbiornika, osadów i pobliskich ścian.

Silnik zanurzeniowy jest chłodzony przez wodę przepływającą po jego zewnętrznej powierzchni. Samo zanurzenie nie wystarcza, jeśli otaczająca woda jest stojąca lub omija silnik.

Tuleję przepływową należy rozważyć, gdy:

• Obudowa studni jest znacznie większa od silnika.

• Woda wpływa do studni powyżej pompy lub silnika.

• Pompa jest zainstalowana poniżej siatkowanej lub perforowanej sekcji.

• Jednostka pracuje w zbiorniku, rezerwuarze lub innym otwartym zbiorniku wodnym.

• Pompa jest zainstalowana poziomo.

• Przepływ roboczy jest zbyt niski, aby utrzymać wymaganą prędkość chłodzenia.

• Wysoka temperatura wody zmniejsza dostępny margines chłodzenia.

Ostateczny wybór musi być oparty na rzeczywistym modelu silnika, przepływie roboczym, średnicy obudowy lub tulei, kierunku dopływu i temperaturze wody.

Wyślij do SLAPK wymagany przepływ i głowicę, model pompy i silnika, średnicę wewnętrzną obudowy, rysunek instalacyjny, poziomy wody statycznej i pompowania, pozycję siatki, temperaturę wody, orientację instalacji, napięcie, częstotliwość i harmonogram pracy.

Nasi inżynierowie mogą przeanalizować konfigurację pompy QJ lub SP, warunki chłodzenia silnika i czy wymagana jest odpowiednio dobrana tuleja przepływowa.

Skontaktuj się z SLAPK w celu doboru pompy głębinowej i przeglądu chłodzenia.