Pompy głębinowe. Zastosowania – rynek – rozwój

POMPY
Marian Stràczyƒski
Pompy g∏´binowe.
Zastosowania – rynek
– rozwój
Uj´cia wód g∏´binowych zaliczyç mo˝na do podstawowego êród∏a
pozyskiwania wody dla celów bytowych. W Polsce wg danych szacunkowych – zarówno dla wodociàgów miejskich, a tym bardziej
wiejskich, wody g∏´binowe pokrywajà blisko 60% ogólnych potrzeb
w tym zakresie. Ujmowanie wód podziemnych zwiàzane jest te˝ z koniecznoÊcià odwadniania kopalƒ – zarówno podziemnych, jak i odkrywkowych. Zapotrzebowanie na pompy g∏´binowe – podwodne
agregaty pompowe – z ka˝dym rokiem roÊnie i stawia coraz bardziej
wygórowane wymagania techniczne dla tych urzàdzeƒ.
Eksploatacja g∏´binowych agregatów pompowych, stanowiàcych
pierwsze, naturalne ogniwo w pozyskiwaniu wód wg∏´bnych, nale˝y
do skomplikowanych zadaƒ technicznych, obejmujàcych zagadnienia
hydrogeologii, techniki pompowej, elektrotechniki i techniki systemów.
Pompy Pompownie 1/2011
Typowe zastosowania pomp g∏´binowych
32
Na rysunku 1 pokazano typowy widok studni uj´cia wody pitnej
eksploatowanej przez zak∏ad lub przedsi´biorstwo wodociàgowe.
Zastosowanie pomp g∏´binowych – g∏´binowych agregatów pompowych – w uj´ciach wód pitnych jest najcz´Êciej spotykanà aplikacjà dla tych urzàdzeƒ.
Mo˝na przyjàç, ˝e ponad 75% zastosowaƒ pomp g∏´binowych
dotyczy eksploatacji g∏´binowych agregatów pompowych w studniach uj´ç wód pitnych. Specyfika ta
wywiera podstawowy
wp∏yw na Êcis∏y zwiàzek budowy g∏´binowych agregatów pompowych z dostosowaniem ich do pracy
w studniach. Nie bez
powodu klasyczny podzia∏ typoszeregów
pomp i silników g∏´binowych jest podobny
do podzia∏u konstrukcji studni i odpowiada
szeregowi Êrednic wyra˝anych
w calach –
Rys. 1. Uj´cie wody pitnej (u góry – widok
studnie lub pompy 4",
pompy w studni)
6", 8" itd. Eksploatacja
pomp g∏´binowych w warunkach uj´ciowych nie mo˝e byç prowadzona bez wyraênego przenikania si´ zagadnieƒ zwiàzanych
z technikà pompowà, hydrogeologià czy te˝ technikà wiertniczà
i elektrotechnikà. Zwiàzek ten jest ju˝ brany pod uwag´ przy konstruowaniu urzàdzeƒ, jak i podczas ich eksploatacji.
Rysunek 2 przedstawia typowy widok g∏owicy studni odwadniajàcej, eksploatowanej w systemie odwodnienia kopalni odkrywkowej.
W okresie ostatnich 35 lat w technice górnictwa odkrywkowego
(nie tylko w Polsce) zastosowanie pomp g∏´binowych zmieni∏o technologi´ odwadniania szeregu kopalƒ – g∏ównie w´gla brunatnego.
Rys. 2. G∏owica studni odwadniajàcej wyrobisko kopalni odkrywkowej
Spowodowane by∏o to zarówno rozwojem techniki wiertniczej (wielkoÊrednicowe studnie odwadniajàce), jak i rozwojem w budowie
pomp i silników g∏´binowych (wysoka niezawodnoÊç, brak obs∏ugi,
dostosowane parametry Q i H). Zapotrzebowanie na g∏´binowe agregaty pompowe dla górnictwa odkrywkowego dodatkowo spowodowa∏o udoskonalenie budowy zarówno pomp, jak i silników g∏´binowych. Mo˝na bez przesady uznaç, ˝e w Polsce motorem rozwoju konstrukcji pomp w HYDRO-VACUUM- Grudziàdz i silników g∏´binowych w KARELMIE Piechowice by∏o w∏aÊnie zapotrzebowanie na te
urzàdzenia z polskiego górnictwa w´gla brunatnego – g∏ównie
z KWB Be∏chatów.
Na rysunku 3 pokazano zabudow´ g∏´binowego agregatu pompowego do szybu zlikwidowanej kopalni w´gla kamiennego. Praca tego agregatu
zapewni bezpieczne wydobycie w´gla w kopalniach
sàsiadujàcych.
Eksploatacja
g∏´binowych
agregatów pompowych w systemach odwadniania zlikwidowanych kopalƒ –
g∏ównie w´gla kamiennego, jest
dalszym wykorzystaniem zalet tych
urzàdzeƒ. Liczy
si´ tu przede
wszystkim niezawodnoÊç, brak obs∏ugi i wieloletnia
stabilizacja parametrów pracy. Nie
bez znaczenia jest
materia∏owe przyRys. 3. Zabudowa agregatu g∏´binowego w szy- stosowanie budobie zlikwidowanej kopalni
wy pomp i silników g∏´binowych do cz´sto bardzo zró˝nicowanych parametrów
chemicznych pompowanego medium. Parametry pracy Q, H, napi´cie zasilania, wymagajà ka˝dorazowo przygotowania specjalnych
konstrukcji dla tych urzàdzeƒ.
Rynek pomp g∏´binowych
W Polsce zapotrzebowanie rynkowe na pompy g∏´binowe – g∏´binowe agregaty pompowe – jest podobne do rynku europejskiego i mo˝na je podzieliç na trzy zasadnicze segmenty:
1. Pompy g∏´binowe dla indywidualnych i grupowych gospodarstw domowych.
POMPY
Podzia∏ ten obejmuje ponad 90% potrzeb rynkowych w Polsce i uzupe∏nieniem mogà byç indywidualne zamówienia g∏ównie dla przemys∏u bàdê uj´ç geotermalnych i innych specjalnych.
W pierwszym segmencie rynku pomp g∏´binowych dla indywidualnych i grupowych gospodarstw domowych zapotrzebowanie
obejmuje g∏ównie pompy 3", 4" i 6", których moce silników wynoszà
od kilkuset W do maksymalnie kilku kW, dla napi´ç 230–400 V. Jest
to rynek rozwojowy i szczególnie ch∏onny na wszelkie nowoÊci, przy
czym podstawowym kryterium zakupów jest g∏ównie cena agregatu pompowego.
W drugim segmencie rynku pomp g∏´binowych zapotrzebowanie obejmuje najliczniejszà grup´ rynkowo dost´pnych g∏´binowych agregatów pompowych, w wielkoÊciach 6", 8" i 10". Jest to dla
ka˝dego producenta najwa˝niejszy przedzia∏ w ofertach pomp i silników g∏´binowych, praktycznie sankcjonujàcy jego obecnoÊç na
tym rynku pomp. Moce silników g∏´binowych zawarte sà od kilku
kW do ca 200 kW, przy napi´ciach g∏ównie 400, 500 i 1000 V. Wspó∏czeÊnie zakupy w tym segmencie rynku pomp g∏´binowych odbywajà si´ nie tylko na podstawie najni˝szej ceny, lecz bardzo cz´sto
brana jest te˝ po uwag´ jakoÊç wykonania i niezawodnoÊç pracy
urzàdzeƒ – LCC.
Trzeci segment rynku g∏´binowych agregatów pompowych – 12", 14"
oraz wi´ksze, dost´pny jest wy∏àcznie dla wysoce wyspecjalizowanych
firm, posiadajàcych swoje know-how w zakresie produkcji pomp i silników g∏´binowych specjalnych. Dotyczy to szczególnie wysokich mocy agregatów pompowych, a tym samym silników na wysokie napi´cia zasilania, konstrukcji pomp g∏´binowych dwustrumieniowych oraz
specjalistycznych wykonaƒ materia∏owych. Moce silników si´gajà ju˝
ponad 5 MW przy napi´ciu powy˝ej 10 kV. Zakupy takich pomp g∏´binowych realizowane sà wy∏àcznie po przeprowadzeniu szczegó∏owych
analiz przysz∏ych parametrów ich pracy, które majà zasadniczy wp∏yw
na dobór agregatu, jak i na jego wykonanie materia∏owe. Jest to rynek
nielicznych zakupów bardzo drogich pomp i silników g∏´binowych.
Na polskim rynku pomp g∏´binowych spotykamy oferty z ró˝nych firm, zarówno europejskich, jak i azjatyckich oraz innych. Posiadamy w Polsce szerokà ofert´ polskich pomp g∏´binowych. Polskie silniki g∏´binowe oferowane sà w szerokim zakresie parametrów lecz aktualnie udzia∏ ich w rynku ograniczony jest g∏ównie do
dostaw dla górnictwa w´gla brunatnego.
Âwiatowy rynek pomp g∏´binowych jest nieco podobny do europejskiego, choç nale˝y uwzgl´dniç ró˝nice w zapotrzebowaniu
pomp g∏´binowych dla krajów Afryki i Ameryki Po∏udniowej.
Rozwój konstrukcji g∏´binowych agregatów pompowych
Paradoksalnie, wspó∏czeÊnie najbardziej zauwa˝alny rozwój w zakresie konstrukcji g∏´binowych agregatów pompowych nie dotyczy samych pomp, lecz silników g∏´binowych. G∏ówne kierunki rozwoju dotyczà zwi´kszania mocy silników w Êrednicach 8", 10", 12" oraz 14".
Jest to naturalny rozwój, którego celem jest nadà˝anie za pokrywaniem potrzeb generowanych przez technik´ wiertniczà. Wspó∏czeÊnie
nowoczesne technologie wiertnicze umo˝liwiajà wykonawstwo studni w danych Êrednicach, ujmujàcych coraz wi´ksze iloÊci wód ze
znacznych g∏´bokoÊci (co dotyczy przede waszystkim krajów Afryki,
i Ameryki Po∏udniowej). Konstrukcje pomp po pewnych modyfikacjach mogà byç przystosowane do zwi´kszenia iloÊci stopni, lecz trzeba im dostarczyç odpowiednià moc do ich nap´du w ograniczonej
Êrednicy. Ju˝ dziÊ mo˝na osiàgnàç w wykonaniach specjalnych sil-
ników g∏´binowych, np. w Êrednicy 8" – 200 kW, 10" – 400 kW, 12" –
800 kW czy te˝ w 14" 1000 kW. Wykonania te bazujà na zastosowaniu
odpowiednich wymienników ciep∏a itp. W silnikach seryjnych stosowane sà wspó∏czeÊnie druty nawojowe najnowszych generacji
PE2+PA, umo˝liwiajàce prac´ uzwojeƒ w podwy˝szonych temperaturach, a tym samym podnoszàce ich trwa∏oÊç. Wprowadzenie modu∏owych wymienników ciep∏a dla silników g∏´binowych oraz zintegrowanych systemów ch∏odzenia wewn´trznego, wspó∏pracujàcych
z pracà ∏o˝ysk poosiowych, dodatkowo zwi´kszy∏o trwa∏oÊç i niezawodnoÊç ich eksploatacji. Rozwój technologii materia∏owych w zakresie drutów nawojowych silników g∏´binowych umo˝liwi∏ podniesienie wiele lat obowiàzujàcej granicy napi´ç, wynoszàcej 10 kV, i dziÊ
stosuje si´ bez przeszkód napi´cie np. 14 kV.
W konstrukcji pomp g∏´binowych ostatnio wprowadzono tzw. modu∏owà budow´ stopni, system MS-T , która z powodzeniem sprawdza
si´ w zastosowaniach wodociàgowych czy te˝ górniczych. Wiele nowoÊci dotyczy wykonaƒ materia∏owych w zakresie budowy wirników
pomp, jak i korpusów kierownic. Stale podnoszona jest sprawnoÊç
energetyczna hydraulik pomp, choç nie sà to wartoÊci wielkie, lecz liczàce si´ w eksploatacji. Wprowadza si´ np. polimerowe pierÊcienie
uszczelniajàce oraz wiele innych tworzyw sztucznych w detalach
pomp, a tym samym wp∏ywa si´ na obni˝anie kosztów wytworzenia
i cen´. Rozwój jest procesem ciàg∏ym i gdy np. po kilkunastu latach
oceniamy tzw. „stare konstrukcje" pomp g∏´binowych, widzimy, jak wiele wprowadzono zmian na tym wyspecjalizowanym rynku pomp.
Posumowanie
Trzeba wyraênie podkreÊliç fakt powa˝nego znaczenia uj´ç g∏´binowych w ca∏kowitym bilansie dost´pu do zasobów wody nie tylko
w Polsce, lecz i na Êwiecie. Tendencja wzrostu zapotrzebowania na
wody g∏´binowe na pewno nie zmieni si´ w najbli˝szej przysz∏oÊci
i dalej trzeba b´dzie si´gaç po zasoby tych wód. Uwzgl´dniajàc ten
fakt, Êmia∏o mo˝na stwierdziç, ˝e przysz∏oÊç nale˝y do coraz szerszego stosowania pomp g∏´binowych, których konstrukcje w naturalny sposób ulegnà ulepszeniu i dalszemu udoskonaleniu.
Literatura
1. Kopek S., Mazur J., Stràczyƒski M., Eksploatacja pomp g∏´binowych
w systemach odwadniania zlikwidowanych kopalƒ, „Pompy Pompownie”, 1/2009.
2. Mazur J., Koczar R., Stràczyƒski M., Eksploatacja pomp g∏´binowych
w systemach odwadniania kopalƒ, „Pompy Pompownie”, 4/2009.
3. Stràczyƒski M., Paku∏a G., Urbaƒski P., Solecki J., Podr´cznik Eksploatacji Pomp w Wodociàgach i Kanalizacji, Izba Gospodarcza Wodociàgi Polskie, Wydawnictwo „Seidel-Przywecki”, Warszawa 2007.
4. Stràczyƒski M., Pompy g∏´binowe – pierwsze ogniwo ∏aƒcucha systemów zaopatrzenia w wod´, „Pompy Pompownie”, 2/2008.
5. Stràczyƒski M., Modu∏owe pompy g∏´binowe, „Forum Eksploatatora”,
2/2008.
6. Stràczyƒski M., Eksploatacja g∏´binowych agregatów pompowych
HDM – RITZ w systemach odwodnienia zlikwidowanych kopalƒ,
„Pompy Pompownie”, 2/2009.
AUTOR:
dr in˝. Marian Stràczyƒski – w∏aÊciciel firmy MAST, przedstawiciel firmy RITZ, autor
licznych publikacji z dziedziny techniki
pompowej
KONTAKT:
[email protected]
Pompy Pompownie 1/2011
2. G∏´binowe agregaty pompowe dla zak∏adów i przedsi´biorstw
wodociàgowych oraz systemów odwadniania kopalƒ odkrywkowych – g∏ównie w´gla brunatnego.
3. Pompy g∏´binowe specjalne – g∏ównie do odwadniania kopalƒ
podziemnych.
33