Οι αντλίες γεωτρήσεων είναι ζωτικής σημασίας για την πρόσβαση σε νερό από βαθιές πηγές και χρησιμοποιούνται ευρέως σε οικιακές, γεωργικές, βιομηχανικές και δημοτικές εφαρμογές. Οι αντλίες γεωτρήσεων τροφοδοτούνται συνήθως με ηλεκτρική ενέργεια και έχουν σχεδιαστεί για να αντιμετωπίζουν τις μοναδικές προκλήσεις της άντλησης νερού από σημαντικά βάθη. Ο σκοπός αυτού του τεχνικού άρθρου είναι να αναδείξει την σημαντικότητα της ορθής ψύξης του ηλεκτροκινητήρα της αντλίας γεώτρησης, δίδοντας παραδείγματα υπολογισμού της ταχύτητας ροής του υγρού ψύξης περιμετρικά του κινητήρα και της διαστασιολόγησης της διαμέτρου του μανδύα ψύξης, όπου αυτό απαιτείται.

Η σωστή εγκατάσταση, λειτουργία και συντήρηση διασφαλίζουν τη μακροζωία και την αποτελεσματικότητα αυτών των βασικών συστημάτων άντλησης νερού. Είναι σημαντικό να επιλέγεται το σωστό μέγεθος της αντλίας γεώτρησης με βάση παράγοντες όπως το βάθος της γεώτρησης, η στάθμη του υδροφόρου ορίζοντα, ο ρυθμός υποβάθμισης της στάθμης αναλόγως του ρυθμού ροής, ο ρυθμός ροής, η διάμετρος της σωλήνας της γεώτρησης μέσα στην οποία θα τοποθετηθεί το αντλητικό συγκρότημα (ηλεκτροκινητήρας & αντλία), το μανομετρικό της αντλίας, καθώς και οι απαιτήσεις ψύξης του κινητήρα. Μια αντλία ακατάλληλου μεγέθους μπορεί να οδηγήσει σε αναποτελεσματικότητα, υπερβολική φθορά ή πρόωρη αστοχία. Κατά τη λειτουργία, ο κινητήρας της αντλίας παράγει θερμότητα λόγω τριβής και ηλεκτρικών απωλειών. Εάν η θερμότητα δεν διαχέεται σωστά, μπορεί να οδηγήσει σε αύξηση της θερμοκρασίας του κινητήρα, προκαλώντας δυνητικά βλάβη στον κινητήρα και σε άλλα εξαρτήματα της αντλίας. Ένας μανδύας ψύξης βοηθά στην αποφυγή τέτοιων προβλημάτων και διασφαλίζει ότι ο κινητήρας  λειτουργεί εντός του προβλεπόμενου από τον κατασκευαστή, εύρους θερμοκρασίας.

Ο μανδύας ψύξης για αντλίες γεώτρησης είναι μια διάταξη σχεδιασμένη για να εξαναγκάζει το νερό να ρέει προς μια κατεύθυνση. Το νερό εισέρχεται από το κάτω μέρος του κινητήρα και κινείται περιμετρικά αυτού, εξερχόμενο μετά τον κινητήρα στο σημείο της αναρρόφησης της αντλίας, πριν τον στεγανοποιητικό δακτύλιο που εφαρμόζεται στο σώμα της αντλίας. Αυτή η διάταξη, βοηθά στη βελτιστοποίηση της διάχυσης της θερμότητας που παράγεται από τον κινητήρα της αντλίας κατά τη λειτουργία του. Η εικόνα 1 απεικονίζει μια τυπική εγκατάσταση αντλίας σε γεώτρηση.

Η διάμετρος ενός μανδύα ψύξης για μια αντλία γεώτρησης μπορεί να ποικίλλει ανάλογα με τον σχεδιασμό της συγκεκριμένης αντλίας, το μέγεθος του κινητήρα και τις απαιτήσεις ψύξης. Δεν υπάρχει τυπική ή σταθερή διάμετρος για τους μανδύες ψύξης, καθώς είναι συνήθως σχεδιασμένοι για να ταιριάζουν με τις διαστάσεις του κινητήρα της αντλίας και τον διαθέσιμο χώρο μέσα στη γεώτρηση. Για δεξαμενές ή πηγάδια, δεν τίθεται θέμα χώρου, όπως φαίνεται στην εικόνα 2.

Για να προσδιοριστεί  η κατάλληλη διάμετρος του μανδύα ψύξης, πρέπει αρχικά να υπολογισθεί η ταχύτητα ροής του νερού, περιμετρικά του κινητήρα και να συγκριθεί το αποτέλεσμα με την απαιτούμενη ελάχιστη τιμή που δίνει ο κατασκευαστής του κινητήρα, σε κάθε περίπτωση.

Ο ακόλουθος τύπος χρησιμοποιείται για να επαληθευτεί εάν η ταχύτητα του ρευστού που ρέει γύρω από τον κινητήρα μιας υποβρύχιας αντλίας είναι αρκετά υψηλή, ώστε να εγγυάται τη σωστή ψύξη του κινητήρα:

Όπου:

-Q σε [m3/s] είναι ο ρυθμός ροής (παροχή) της αντλίας. Μόνο η μισή παροχή λαμβάνεται υπόψη, καθώς  το νερό που αναρροφάται από την αντλία (2) έρχεται από την πλευρά του κινητήρα (3) αλλά και από την πλευρά της αντλίας (1) όπως απεικονίζεται στην Εικόνα 3,

-D σε [m] είναι η διάμετρος του σωλήνα της γεώτρησης ή του πηγαδιού,

-d σε [m] είναι η διάμετρος του ηλεκτροκινητήρα (3),

-v σε [m/s] είναι η υπολογισμένη ταχύτητα ροής του υγρού που ρέει περιμετρικά του κινητήρα.

Τώρα, συγκρίνουμε την ταχύτητα που υπολογίζεται με αυτόν τον τρόπο (v) με την ελάχιστη ταχύτητα που απαιτείται για τη σωστή ψύξη του κινητήρα (vm), που δίδεται από τον κατασκευαστή: εάν v ≥ vm σημαίνει ότι ο κινητήρας ψύχεται σωστά, εάν v < vm θα χρειαστεί να τοποθετηθεί ένας μανδύας ψύξης.

Παράδειγμα:

Μια υποβρύχια αντλία γεώτρησης Z612 24-L6W (διάμετρος κινητήρα d = 0.144 m) εργάζεται σε πηγάδι διαμέτρου 8” ((8 ίντσες (διάμετρος D = 0.203 m)) με ρυθμό ροής Q = 20 m3/h = 0.0055 m3/s.

Ταχύτητα ροής: v = (0.0055/2) / {π·[(0.203)2/4 – (0.144)2/4]} = 0.17 m/s.

Η ελάχιστη ταχύτητα που δίδεται από τα στοιχεία του κατασκευαστή και απαιτείται για την επαρκή ψύξη του κινητήρα είναι vm = 0.20 m/s. Καθώς v < vm, θα χρειαστεί να τοποθετηθεί ένας μανδύας ψύξης (εικόνα 3).

Ο ακόλουθος τύπος χρησιμοποιείται για τον προσδιορισμό της μέγιστης διαμέτρου ενός μανδύα ψύξης που πρόκειται να τοποθετηθεί σε έναν υποβρύχιο κινητήρα:

Όπου:

-Q σε [m3/s] είναι ο ρυθμός ροής (παροχή) της αντλίας. Ολόκληρη η παροχή λαμβάνεται υπόψη, καθώς το νερό που αναρροφάται από την αντλία (2) έρχεται πλέον αποκλειστικά από την πλευρά του κινητήρα (3),

-D σε [m] είναι η διάμετρος του μανδύα ψύξης (4),

-d σε [m] είναι η διάμετρος του ηλεκτροκινητήρα (3),

-vm σε [m/s] είναι η υπολογισμένη ελάχιστη ταχύτητα ροής του υγρού που ρέει περιμετρικά του κινητήρα.

Εάν η αντλία λειτουργεί με διαφορετικούς ρυθμούς ροής, η ελάχιστη παροχή πρέπει να λαμβάνεται υπόψη για τον υπολογισμό της διαμέτρου του μανδύα ψύξης.

Παράδειγμα:

Μια υποβρύχια αντλία γεώτρησης Z612 24-L6W (διάμετρος κινητήρα d = 0.144 m), με ρυθμό ροής Q = 15 m3/h = 0.0042 m3/s, απαιτεί μια ελάχιστη ταχύτητα ροής υγρού vm = 0.20 m/s. Η διάμετρος του μανδύα ψύξης, υπολογίζεται: D = {4·[(0.0042/ (0.2·π)+(0.144)2/4] }0.5 = 0.217 m

Συνεπώς, η διάμετρος του μανδύα ψύξης που θα πρέπει να τοποθετηθεί στον ηλεκτροκινητήρα της αντλίας διαμέτρου 0.144m (~Φ150), θα πρέπει να είναι 0.217m (Φ217), έτσι ώστε να διασφαλιστεί η επαρκής ψύξη του, σύμφωνα με τις απαιτήσεις του κατασκευαστή.

Συμβουλή ειδικού: Εάν δεν είστε σίγουροι για τη σωστή διάμετρο μανδύα ψύξης για την αντλία γεώτρησης, είναι καλύτερο να ζητήσετε συμβουλές από έναν εξειδικευμένο προμηθευτή αντλίας, μηχανικό ή ειδικό στον τομέα αυτό. Μπορούν να αξιολογήσουν τις συγκεκριμένες απαιτήσεις της εφαρμογής και να προτείνουν ένα κατάλληλο μέγεθος μανδύα ψύξης. Επιπλέον, θυμηθείτε ότι η αποτελεσματικότητα του μανδύα ψύξης εξαρτάται όχι μόνο από τη διάμετρό του αλλά και από τη σωστή εγκατάσταση, συντήρηση και συμβατότητα με τον κινητήρα αλλά και τον διαθέσιμο χώρο της εγκατάστασης. Ένας καλά σχεδιασμένος και κατάλληλου μεγέθους μανδύας ψύξης θα βοηθήσει στη διατήρηση της λειτουργίας του ηλεκτροκινητήρα της αντλίας στην ιδανική θερμοκρασία και θα εξασφαλίσει τη μακροζωία και την απόδοσή του.