В соответствии с другой конструкцией погружного турбонасоса (рис. 11.13) насос и привод (электродвигатель) опущены на дно скважины. Такие насосы могут применяться в любых скважинах диаметром от 10 см и более. Эти насосы можно применять и в наклонных скважинах, так как вдоль ствола пропускаются только силовые кабели. Глубина скважины, как правило, неограниченна, так как промышленность выпускает насосы, предназначенные для работы в скважинах глубиной до 1000 м.
Насосные установки обеих конструкций, по существу, представляют собой несколько последовательно включенных обычных одноступенчатых насосов, рабочие колеса которых расположены на одном валу. Самая нижняя ступень забирает воду из скважины и подводит ее на вход второй ступени, вторая ступень подает воду на вход третьей ступени и т. д. Последний насос этой машины соединен с напорным трубопроводом, выходящим из скважины наружу. Многоступенчатые насосы обеспечивают любой требуемый напор, так как общий напор машины равен сумме напоров всех ступеней. Давление в каждой ступени возрастает примерно на одинаковую величину при условии, что конструкция ступеней одинакова. Следовательно, полный перепад давления машины зависит от конструкции и числа ступеней. Таким образом, если развиваемый напор необходимо повысить, достаточно увеличить число ступеней и поставить более мощный электродвигатель.
Каждая ступень погружного турбонасоса подает воду на вход следующей ступени. Поскольку все ступени собраны по вертикали одна над другой, направление движения воды должно несколько раз измениться. Потери, вызванные трением и вихреобразованием между ступенями, обусловлены конструкцией и массовым расходом. Даже самая лучшая конструкция не может дать на выходе машины, состоящей из серии насосов одинаковой конструкции, напор, равный сумме напоров всех ступеней.
Как видно на рис. 11.14, характеристика одной ступени погружного турбонасоса весьма сходна с характеристикой одноступенчатого центробежного насоса. По рабочим характеристикам одной ступени можно получить характеристики многоступенчатой машины. Для этого, после того как будут построены кривые для одной ступени, проводят корректировку кривой КПД в зависимости от количества ступеней и потребляемой мощности. У каждой фирмы — производителя насосов свой метод обработки характеристических кривых.
Струйные насосы
Струйный насос представляет собой комбинацию центробежного насоса и эжектора (рис. 11.15). За выходным патрубком центробежного насоса вода разделяется на два: потока, основной поток поступает в резервуар-накопитель, а вспомогательный рециркулирует через эжектор. В эжекторе из-за сужения проточного канала скорость течения жидкости возрастает. Согласно уравнению Бернулли с увеличением скорости статическое давление жидкости в эжекторе уменьшается. Таким образом, на выходе из эжектора создается перепад давления, достаточный для того, чтобы вода из скважины устремлялась в сопло струйного насоса (см. рис. 11.15). Рециркулирующий поток и поток из скважины сливаются в один общий поток, который возвращается в насос.
Нормальная работа эжектора обеспечивается редукционным клапаном, который поддерживает необходимое и достаточное давление в рециркуляционном контуре. Повышение давления в эжекторе, вызывает увеличение частичного разрежения и, следовательно, потока из скважины. Для увеличения давления в эжекторе можно применять центробежный насос какой-либо иной конструкции или многоступенчатый насос.
Струйные насосы, как правило, применяются при высоте всасывания 7,6 м или более. При меньших значениях этого параметра необходимое разрежение может быть достигнуто стандартным центробежным насосом. Обеспечивая подачу от 40 л/с и высоту нагнетания до 46 м, струйные насосы характеризуются сравнительно небольшими размерами (Ground Water and Wells, 1966). Струйные насосы можно применять для узких скважин (диаметром да 5 см). Все движущиеся части насоса находятся на поверхности, что облегчает техническое обслуживание и ремонт. При необходимости движущиеся части могут быть установлены на некотором расстоянии от скважины. Струйные насосы не требуют значительных капитальных и эксплуатационных расходов. К основным недостаткам этих насосов относятся: ограниченная высота нагнетания и невысокая производительность, а также довольно низкий КПД. Струйные насосы применяются главным образом в относительно узких скважинах. В частности, они весьма удобны в бытовых системах водоснабжения.
Диагональные насосы
В диагональных насосах для сообщения жидкости энергии используется помимо центробежных сил подъемный эффект осевого насоса (который рассмотрен ниже). В некоторых случаях целесообразно применять в погружных турбонасосах лопастные колеса с косым потоком (рис. 11.16). Эта конструкция — своего рода компромисс между рабочим колесом центробежного насоса (см. рис. 11.6—11.8) и рабочим колесом осевого насоса (см. рис. 11.17).