Pompy głębinowe – zasady doboru i znaczenie detali

Pompy głębinowe – pompy wirowe lub śrubowe o niewielkiej średnicy (od 50 do 150 mm) – stosuje się do wydobywania wody ze studni, w których niemożliwe jest zastosowanie pomp powierzchniowych. Najczęstsze zastosowanie takich pomp to:

• wydobywanie wody z pionowych ujęć wód podziemnych na takie cele, jak zaopatrzenie w wodę budynków mieszkalnych (głównie jednorodzinnych) i niewielkich obiektów rekreacyjnych, nawadnianie w rolnictwie i ogrodnictwie, obsługa przedsiębiorstw wod-kan, wydobywanie wód mineralnych i termalnych, cele przemysłowe oraz ppoż. i inne cele profesjonalne. Pompy głębinowe mogą służyć także do wydobywania ropy naftowej, odwadniania konstrukcji podziemnych czy pompowania wody morskiej;
• pompowanie wody ze zbiorników sztucznych i naturalnych, np. ze zbiorników retencyjnych wody deszczowej, jezior lub stawów. Do tych celów często stosuje się pompy w wykonaniu umożliwiającym ich poziome ustawienie.

Pompy głębinowe można stosować zarówno w studni wierconej, jak i kopanej (kręgowej). W przypadku studni kopanej pompa ma często zastępować hydrofor. Głównym aspektem są parametry akustyczne – w porównaniu do hydroforu w budynku pompa głębinowa w studni jest niesłyszalna dla mieszkańców.

Zobacz również: Poznaj szeroką ofertę zbiorników Pompeo dla każdej instalacji >>

Dobór pompy

Pompę głębinową dobiera się w oparciu o parametry hydrogeologiczne i geometryczne źródła lub zbiornika wody, zapotrzebowanie na wodę danego obiektu oraz ciśnienie wody i charakterystykę instalacji wodnej – długości i cechy materiałowe rur, rodzaj i liczbę armatury oraz odległość punktów czerpalnych od źródła wody.

Przed doborem pompy głębinowej należy na podstawie badań hydrogeologicznych określić wydajność studni [m³/h] – powinna przekraczać zapotrzebowanie na wodę wyznaczone dla danego obiektu. Moc silnika pompy musi być dostosowana do wydajności źródła. Pompa przewymiarowana może spowodować czasowe osuszenie studni, co będzie skutkować jej zatarciem. Zbyt małe urządzenie nie zapewni właściwych warunków pompowania wody.

Istotna jest także wiedza o warunkach gruntowo-wodnych, tj. o cechach warstwy wodonośnej, wahaniach poziomu lustra wody, a przede wszystkim o zawartości piasku w wodzie, ponieważ pompy głębinowe są na to zanieczyszczenie bardzo wrażliwe. W zależności od ilości piasku w pompowanej wodzie konieczne mogą być zabezpieczenia antypiaskowe lub dobór pompy w odpowiednim wykonaniu.

Bardzo ważna dla doboru pompy jest również średnica studni (rury osłonowej) – pompa oczywiście musi mieć średnicę mniejszą. Pompy mają zwykle średnicę od 50 do 150 mm (pełen zakres średnic to: 50, 75, 90, 98 i 150 mm). W przypadku domów jednorodzinnych, które są bardzo częstymi odbiorcami pomp głębinowych, sprawdzają się najczęściej urządzenia o średnicy od 75 do 98 mm.

Znając warunki graniczne, należy dobrać pompę głębinową w oparciu o:

• wydajność pompy, czyli maksymalne zapotrzebowanie na wodę), oraz
• wysokość podnoszenia – minimalną wartość ciśnienia, którą pompa pokonuje, by zapewnić doprowadzenie wody do najmniej korzystnie położonego punktu czerpalnego instalacji wodnej.

Wysokość podnoszenia pompy głębinowej H_min określa się jako:

gdzie:

H_geom – różnica wysokości między lustrem wody a najwyższym odbiornikiem, m;

Δh – opory przepływu wody przez rury i armaturę (wartości te dostępne są np. w formie tabelarycznej dla konkretnych średnic i rodzajów rur), m;

h_min – wymagane minimalne ciśnienie wody przed najbardziej niekorzystnie położonym punktem czerpalnym, m H₂O. W odniesieniu do instalacji w domach mieszkalnych przyjmuje się zwykle, że minimalne ciśnienie przed punktem czerpalnym armatury sanitarnej powinno wynosić 10 m H₂O (1 bar), a w przypadku instalacji nawadniającej ciśnienie dla dysz zraszaczy określa się zgodnie z kartą produktu systemu zraszaczy.

Punkt pracy obsługiwanej instalacji wodnej musi się znaleźć na charakterystyce pompy głębinowej. Pompa nie powinna jednak być dobierana na maksymalne parametry pracy.

Zobacz także: Największa oferta pomp ciepła powietrze-woda

Chłodzenie pompy

Część ssawna pompy głębinowej znajduje się u podstawy wirnika, który osadzany jest na wale nad silnikiem (taka kolejność jest też zachowywana w przypadku pompy monoblokowej, w której silnik i wirnik są zintegrowane). Przy małej średnicy studni, kiedy odległość między obudową pompy a ścianą studni jest niewielka, pompowana ciecz pełni funkcję chłodziwa silnika. W przypadku studni kręgowej, której średnica jest wyraźnie większa niż średnica pompy, a także montażu pompy w zbiorniku konieczne jest umieszczenie jej w rurze osłonowej (płaszczu chłodzącym) ze stali nierdzewnej, co powoduje skierowanie strumienia wody wzdłuż obudowy silnika. Średnicę rury osłonowej należy dopasować do średnicy pompy tak, by między rurą a pompą zachować taki sam odstęp, jaki jest wymagany przez producenta między pompą a ściankami studni wierconej (zwykle od 12 do 60 mm). Brak rury osłonowej może spowodować przegrzanie silnika pompy i przerwy w pracy.

Na rynku dostępne są też nieliczne pompy głębinowe o stosunkowo dużych średnicach (98 mm) ze specjalnym systemem autochłodzenia, przeznaczone do studni o większych średnicach i zbiorników. Rozwiązanie polega na zintegrowaniu płaszcza chłodzącego z pompą poprzez zabudowanie go wewnątrz urządzenia, co umożliwia bezpieczne zastosowanie pompy bez dodatkowych akcesoriów w zbiorniku lub studni.

Ochrona pompy głębinowej przed zanieczyszczeniami

Podczas pompowania wody o wysokiej zawartości żelaza i manganu (wody podziemne cechują się często takim składem) na pompie może pojawić się osad związków tych pierwiastków. Obecność tych substancji jest jednak niegroźna zarówno dla pracy pompy głębinowej, jak i trwałości jej komponentów. Jest natomiast niepożądana w wodzie pitnej – taka woda może wymagać odżelaziania lub zmiękczania przed jej wykorzystaniem w domowej instalacji.

Najbardziej problematycznym zanieczyszczeniem pompowanej wody jest piasek. Pojawia się przede wszystkim przy ujmowaniu wody ze studni kopanych, płytszych studni wierconych czy zbiorników naturalnych (jeziora). Stanowi bezpośrednie zagrożenie dla elementów pompy – może powodować np. przyspieszone ścieranie wirników (szczególnie wykonanych z norylu) i dyfuzorów oraz zatarcie pompy. Utrudnia prawidłową pracę, np. chłodzenie silnika pompy, co może powodować jego uszkodzenie. Dodatkowo piasek, który dostanie się do urządzeń nawadniających (np. zraszacz czy linia kroplująca), powoduje ich zatkanie i wyłączenie z pracy.

Pompa głębinowa nie jest przystosowana do pompowania wody zapiaszczonej. Dla każdego urządzenia producent podaje maksymalną zawartość piasku w wodzie. W wykonaniu standardowym jest to 50 g/m³. Wśród sposobów ochrony przed piaskiem jest m.in. wykonanie warstwy żwiru na dnie studni kopanej (w takiej studni woda napływa do pompy przez dno, podrywając podczas przepływu pionowego piasek, czemu zapobiega warstwa o większej granulacji) lub zabezpieczenie pompy filtracyjną siatką studniarską ze stali nierdzewnej. Ważny jest montaż filtra poniżej lustra wody i unikanie dławienia przepływu pompy, żeby nie ograniczać jej wydajności.

Na rynku dostępne są także pompy antypiaskowe, zabezpieczone przed podwyższoną zawartością składników mineralnych – przystosowane do pompowania wody o zawartości piasku wyższej niż 50 g/m³, nawet do 300 g/m³. W pompach antypiaskowych stosuje się nie tylko podzespoły wykonane z materiałów o podwyższonej trwałości na ścieranie (np. stal nierdzewna, łożyska z węglików spiekanych czy tworzywa poliamidowe wzmacniane włóknem szklanym), ale także tzw. wirniki pływające oraz zwiększone odległości między podzespołami hydraulicznymi osadzonymi na wale pompy. Dzięki powstałym w ten sposób szczelinom znacznie zmniejsza się bezpośredni kontakt ziaren piasku z dyfuzorami i wirnikami.

Wykonanie materiałowe pompy

Ze względu na konieczność przystosowania pomp głębinowych do pracy z wodą o różnej jakości, obudowy pomp głębinowych wykonuje się z niepodatnego na korozję żeliwa lub stali nierdzewnej. Łopatki wirnika wykonywane są z materiałów odpornych na zmienną jakość ujmowanej wody, korozję i zmęczenie – stali nierdzewnej, technopolimeru (tworzywa sztucznego, najczęściej poliamidu, wzmacnianego włóknem szklanym, o własnościach mechanicznych umożliwiających zastosowanie tego materiału zamiast metalu) czy norylu (tlenku lub eteru polifenylenu, tworzywa o wysokiej wytrzymałości i stabilności wymiarowej). Alternatywą dla pomp wirowych są pompy śrubowe (ślimakowe).

Sterowanie i regulacja

Do regulacji pracy pompy głębinowej bardzo dobrze sprawdza się falownik (przetwornik częstotliwości), który dzięki płynnej regulacji prędkości obrotowej silnika dostosowuje pracę pompy do bieżącego zapotrzebowania instalacji. Pompa pracuje dzięki temu nie tylko ekonomicznie (oszczędzając nawet do 40% energii), zminimalizowana jest też liczba uruchomień i wyłączeń, co zwiększa jej trwałość. Jednocześnie falownik umożliwia utrzymanie stałego ciśnienia wody, nie tylko zapewniając w ten sposób komfort użytkowania czy prawidłowy przebieg procesów technologicznych, ale też chroniąc pompę przed nadmiernymi skokami ciśnienia.

Nie wszystkie pompy przystosowane są do pracy z falownikiem. Podłączenie falownika do takiej pompy może skrócić jej żywotność.

Systemy zabezpieczające

Nawet w najlepszej jakościowo i najstaranniej zamontowanej pompie głębinowej mogą nastąpić zdarzenia skutkujące jej uszkodzeniem lub zniszczeniem. Dlatego urządzenia te wyposaża się w zabezpieczenia (wbudowane lub montowane oddzielnie) przed pracą na sucho (suchobiegiem), częstym załączaniem/wyłączaniem (> 20/h), przeciążeniem, przegrzaniem czy wahaniami napięcia oraz przed cofkami wody i uderzeniami hydraulicznymi.

W wyniku np. za dużej wydajności pracy, ale też wahań poziomu zwierciadła wody i innych nieprzewidywalnych czynników pompa może być narażona na pracę na sucho, skutkującą jej zatarciem i będącą najczęstszą przyczyną awarii. Dlatego pompa głębinowa wyposażona jest w zabezpieczenia przed suchobiegiem. Mogą to być np. sterowniki monitorujące ciśnienie w układzie (i wyłączające zasilanie pompy w przypadku spadku ciśnienia poniżej określonej wartości progowej). Stosuje się także sondy i pływaki – gdy poziom wody spada poniżej poziomu pływaka, następuje wyłączenie pompy, a sygnałem do ponownego włączenia jest powrót wody.

Pompa może być też wyposażona w funkcję łagodnego startu chroniącą silnik (i instalację elektryczną) przed przeciążeniami podczas rozruchu oraz w przetwornik zabezpieczający przed wahaniami napięcia w sieci elektrycznej. Od strony wodnej pompa powinna być wyposażona w zawór zwrotny – zespół zabezpieczający przed zwrotnym przepływem wody (cofką) z zasilanej instalacji. Takie rozwiązanie nie tylko chroni studnię przed zanieczyszczeniem, ale też pompę przed warunkami uderzenia hydraulicznego.

Prawidłowe wykonanie podłączenia instalacji wodnej

Ważnym aspektem montażu pompy głębinowej jest także prawidłowe przyłączenie rury zasilającej instalację budynkową, za pomocą odpowiedniej złączki gwintowanej lub połączenia kołnierzowego. Konstrukcja połączenia musi zapewniać wytrzymałość mechaniczną oraz odporność na zmiany ciśnienia, drgania wywoływane przez pompę oraz skład chemiczny wody.

Do wykonania takiego połączenia należy zatem zastosować złączkę wysokociśnieniową dobrej jakości, specjalnie przeznaczoną do pomp głębinowych – mosiężną lub z tworzywa sztucznego o wytrzymałości odpowiedniej do ciśnienia maksymalnego pompy. W złączce niskiej jakości na skutek zmian ciśnienia nastąpić może przeciek związany ze zbyt małą grubością uszczelki lub wręcz pęknięciem ścianki złączki. Spowoduje to spadek ciśnienia na złączce, co z kolei doprowadzi do ciągłej pracy pompy lub jej bardzo częstego załączania. Oznacza to zarówno duży pobór energii, jak i szybsze zużycie pompy. Z punktu widzenia użytkownika zjawisko to może przez długi czas pozostawać niewykryte, ponieważ pompa głębinowa może nadal spełniać swoje zadanie – dostarczania odpowiedniej ilości wody pod odpowiednim ciśnieniem.

Zasilanie pompy głębinowej

Ważną czynnością podczas montażu pompy głębinowej jest podłączenie odpowiedniego odcinka kabla zasilającego. Zwykle pompa jest fabrycznie wyposażona w krótki (1–3 m) odcinek kabla, choć niektórzy producenci w swojej ofercie mają też pompy z wbudowanym w silnik kondensatorem i gotowym kablem o określonej długości – najczęściej od 10 do 25 m, co 5 m. Natomiast pompa wyposażona w krótki odcinek fabryczny może być dostosowana do dowolnej odległości studni od obiektu dzięki połączeniu z odpowiednim przewodem zasilającym. Przewód musi być przystosowany do pracy w ciągłym zanurzeniu, a w przypadku studni zasilającej domową instalację wodociągową – także dopuszczony do kontaktu z wodą pitną (atest PZH). Kabel musi mieć nie tylko długość odpowiadającą odległości pompy od źródła zasilania, ale też zostać prawidłowo dobrany do mocy silnika pompy i rodzaju zasilania (jedno- lub trójfazowe). Producenci pomp głębinowych oferują tabele lub programy, które pozwalają dobrać kabel o średnicy odpowiedniej do mocy silnika (w uproszczeniu: im większa moc silnika i odległość od źródła zasilania), rodzaju zasilania i potrzebnej długości przewodu. Nieprawidłowy dobór przewodu może skutkować uszkodzeniem lub spaleniem silnika pompy.

Łączenie przewodu fabrycznego z kablem odbywa się poprzez mufę termokurczliwą – sklepy oferujące pompy proponują często także usługę montażu, udzielają kilkuletniej gwarancji na wykonane połączenie pod kątem odporności na wodę, ścierania i oddziaływania promieni UV. Podczas montażu (przed opuszczeniem pompy do studni) kabel należy odpowiednio zabezpieczyć – powinien być przymocowany do rury tłocznej opaskami samozaciskowymi, nie może być na nim zawieszona pompa. Pompę montuje się na rurociągu, a dodatkowym zabezpieczeniem w przypadku zsunięcia rury jest lina ze stali nierdzewnej lub polipropylenowa, mocowana do głowicy studni.

Trwałość i serwis

Obok odpowiedniego doboru kluczowy jest także właściwy montaż ze skupieniem na pozornych detalach (jak np. średnica kabla zasilającego), które jednak mogą znacząco wpłynąć na żywotność pompy głębinowej i ryzyko jej awarii. Dlatego warto nie tylko wybierać pompę dobrej jakości od sprawdzonego producenta, zapewniającego długi okres gwarancyjny, ale też skrupulatnie przestrzegać zaleceń dotyczących montażu, nie pomijając ani nie „upraszczając” żadnego z etapów.

Literatura

Materiały techniczne producentów pomp głębinowych