Leitfaden für die Größe der Tiefenbohrpumpe: Berechnung der Durchflussmenge und des gesamten dynamischen Kopfes

Eine Tiefbrunnenpumpe sollte nicht allein nach Brunnen tiefe, Auslassrohrgröße oder Motorleistung ausgewählt werden. Die richtige Pumpe muss den erforderlichen Durchfluss bei der tatsächlichen gesamten dynamischen Förderhöhe (TDH) des Systems liefern. Zusammen bilden diese beiden Werte den Betriebspunkt der Pumpe: Durchflussrate bei einer bestimmten Förderhöhe.

Wenn der Durchflussbedarf unterschätzt wird, erfüllt das System möglicherweise nicht die Anforderungen an Bewässerung, Wasserversorgung oder Prozessbedarf. Wenn die Förderhöhe falsch berechnet wird, liefert die Pumpe möglicherweise zu wenig Wasser, arbeitet weit außerhalb ihres effizienten Bereichs, überlastet den Motor, schaltet übermäßig häufig ein oder betreibt den Brunnen unterhalb eines sicheren Pumpniveaus. Eine zuverlässige Dimensionierung beginnt daher mit Standortdaten, nicht mit einer Modellnummer.

Diese Anleitung erklärt, wie die erforderliche Durchflussrate und die TDH für eine Tiefbrunnen- oder Bohrlochpumpe berechnet werden, wie häufige Fehler vermieden werden und wie der resultierende Betriebspunkt auf einer Leistungskurve des Herstellers verwendet wird.

Um eine Tiefbrunnen-Tauchpumpe zu dimensionieren, ermitteln Sie den von der Anwendung benötigten Durchfluss und berechnen Sie die TDH unter den erwarteten Betriebsbedingungen. In ihrer nützlichsten Form lautet die Berechnung:

Bei offenem Auslass in einen belüfteten Tank kann die erforderliche Druckhöhe am Auslass null sein. Bei einer unter Druck stehenden Bewässerungsleitung, einem Druckbehälter oder einem Prozessanschluss muss der erforderliche Restdruck in Meter oder Fuß Wasser umgerechnet und zur TDH addiert werden.

Die endgültige Pumpe wird anhand ihrer Q-H-Leistungskurve am berechneten Betriebspunkt ausgewählt. Wählen Sie keine Pumpe nur deshalb aus, weil ihre maximale Förderhöhe oder ihr maximaler Durchfluss die Anforderung zu übersteigen scheint; diese beiden Maximalwerte treten bei unterschiedlichen Betriebspunkten auf.

Die Durchflussrate ist das Wasservolumen, das pro Zeiteinheit geliefert werden muss. Sie wird üblicherweise in m³/h, L/s oder US GPM ausgedrückt. Der richtige Auslegungsdurchfluss ergibt sich aus der Anwendung, nicht aus dem Pumpenauslassdurchmesser.

Typische Ausgangspunkte sind:

• Landwirtschaftliche Bewässerung: Wasserbedarf der Kulturpflanzen, bewässerte Fläche, Größe der Bewässerungszone, Aufbringungsrate und verfügbare Pumpstunden.
• Kommunale oder gemeinschaftliche Versorgung: Durchschnittlicher Bedarf, Spitzenstundenbedarf, Speichervolumen und zulässiger Brunnenergiebigkeit.
• Industrielle Wasserförderung: Prozessverbrauch, Chargenvolumen, Betriebszeitplan und Redundanzbedarf.
• Viehzucht und Aquakultur: Tagesverbrauch, Spitzenverbrauch, Zirkulations- oder Wasseraustauschbedarf.
• Tankbefüllung: Nutzbares Tankvolumen geteilt durch die zulässige Befüllzeit.

Beispiel: Ein 400 m³ großer Lagertank muss in fünf Stunden gefüllt werden. Wenn wir die Reservekapazität vorerst ignorieren:

Der Auslegungsdurchfluss muss auch mit der nachhaltigen Ergiebigkeit des Brunnens kompatibel sein. Eine Pumpe, die Wasser schneller entfernt, als sich das Grundwasser und der Brunnen erholen können, kann zu übermäßiger Absenkung, Lufteinzug, instabilem Fluss, Trockenlauf, Sandförderung oder Schäden am Brunnen führen. Wenn die Nachfrage die sichere Brunnenergiebigkeit übersteigt, ist die Erhöhung des Speichers oder die Verlängerung der Pumpzeit oft sicherer als die Installation einer größeren Pumpe.

Drei Tiefen werden bei der Auswahl von Tiefbrunnenpumpen oft verwechselt:

• Statischer Wasserspiegel: Der Abstand vom Bezugspunkt am Brunnenkopf bis zur Wasseroberfläche, wenn sich der Brunnen erholt hat und die Pumpe nicht läuft.
• Pumpwasserstand, auch dynamischer Wasserspiegel genannt: Der Wasserspiegel, während der Brunnen mit oder nahe dem Auslegungsdurchfluss gepumpt wird.
• Pumpeneinbautiefe: Die physische Tiefe, in der der Pumpeneinlass oder die Pumpenmontage installiert ist.

Für den vertikalen Hubanteil der TDH verwenden Sie den Pumpwasserstand, der beim Auslegungsdurchfluss erwartet wird. Verwenden Sie nicht automatisch die gesamte Brunnen tiefe oder die Pumpeneinbautiefe. Die Pumpe kann unterhalb des Pumpwasserstands installiert werden, um die Untertauchung und Motorkühlung aufrechtzuerhalten, aber das Wasser unterhalb des Pumpniveaus steht bereits auf beiden Seiten der Pumpe unter Druck und erzeugt keinen gleichmäßigen zusätzlichen statischen Hub.

Ein praktisches Design sollte den niedrigsten erwarteten Pumpwasserstand berücksichtigen, einschließlich saisonaler Grundwasserabsenkung, langfristiger Absenkung und Beeinflussung durch nahe gelegene Brunnen. Die Pumpeneinbauhöhe muss tief genug für eine sichere Untertauchung bleiben, aber dennoch Brunnenkonstruktion, Sedimentzonen, Motorkühlungsanforderungen und Kabelbeschränkungen berücksichtigen.

Der vertikale Hub ist die Höhendifferenz zwischen dem Pumpwasserstand und der endgültigen Auslasshöhe. Messen Sie Höhen immer von derselben Bezugsebene aus.

Wenn der Pumpwasserstand 60 m unterirdisch liegt und Wasser 12 m überirdisch in einen belüfteten Tank eintritt:

Wenn sich der Auslasspunkt unterhalb des Brunnenkopfes befindet, verwenden Sie die tatsächliche Höhendifferenz, anstatt Entfernungen mechanisch zu addieren. Die Berechnung sollte die Energieänderung zwischen der Quellwasseroberfläche unter Pumpbedingungen und dem Lieferpunkt beschreiben.

Der Reibungsverlust ist die Förderhöhe, die verbraucht wird, wenn Wasser durch die Steigleitung, die horizontale Pipeline und Formstücke fließt. Er ändert sich mit dem Durchfluss, dem Innendurchmesser des Rohrs, der Rohrlänge, der Rauheit, dem Alter und der Anzahl der Ventile und Formstücke. Ein kleines Rohr kann anfangs weniger kosten, aber über die Lebensdauer des Systems erhebliche Förderhöhe und Energieverbrauch hinzufügen.

Für Wassersysteme berechnen Ingenieure üblicherweise den Gerade-Rohr-Verlust mit der Hazen-Williams-Gleichung oder der Darcy-Weisbach-Gleichung. Verwenden Sie den tatsächlichen Innendurchmesser, nicht nur die Nennrohrgröße, und berechnen Sie den Verlust bei Auslegungsdurchfluss. Berücksichtigen Sie dann geringfügige Verluste durch Komponenten wie Bögen, T-Stücke, Reduzierstücke, Rückschlagventile, Absperrventile, Durchflussmesser sowie Einlass- oder Auslassbedingungen.

Ein praktischer Arbeitsablauf ist:

1. Listen Sie jeden Rohrabschnitt nach Material, Innendurchmesser und Länge auf.
2. Berechnen Sie Geschwindigkeit und Reibungsverlust in jedem Abschnitt bei Auslegungsdurchfluss.
3. Addieren Sie die äquivalente Länge oder Verlustkoeffizienten für Formstücke und Ventile.
4. Berücksichtigen Sie Verluste durch Filter, Wärmetauscher oder andere Geräte aus Lieferantendaten.
5. Addieren Sie die Verluste, um die Systemreibungsförderhöhe bei Auslegungsdurchfluss zu erhalten.

Der Reibungsverlust steigt mit zunehmendem Durchfluss rapide an. Wenn sich die Projektanforderungen ändern, berechnen Sie den Verlust neu, anstatt ihn linear zu skalieren. Überprüfen Sie auch die Wassergeschwindigkeit: Ein unterdimensioniertes Rohr kann hohe Reibung, Wasserschläge und übermäßige Betriebskosten verursachen, während ein unnötig großes Rohr die Kapitalkosten erhöht.

Wenn der Lieferpunkt Druck halten muss, konvertieren Sie diesen Druck in Wasserförderhöhe und addieren Sie ihn zur TDH. Für sauberes Wasser nahe Umgebungstemperatur:

• 1 bar entspricht ungefähr 10,2 m Wasserförderhöhe.
• 1 psi entspricht ungefähr 2,31 ft Wasserförderhöhe.
• 1 m Wasserförderhöhe entspricht ungefähr 9,81 kPa.

Zum Beispiel entspricht ein erforderlicher Auslassdruck von 3 bar:

Verwenden Sie den am Lieferpunkt erforderlichen Überdruck. Addieren Sie keinen atmosphärischen Druck zu einem offenen System. Wenn die gepumpte Flüssigkeit eine Dichte hat, die sich signifikant von Wasser unterscheidet, muss die Druck-zu-Förderhöhe-Umrechnung das spezifische Gewicht der Flüssigkeit verwenden.

Einige vereinfachte Dimensionierungsberechnungen fassen alle dynamischen Verluste zu einer Reibungsreserve zusammen. Für ein besser begründbares Ergebnis identifizieren Sie Verluste, die separat bekannt sind. Rückschlagventile, Filter, Regelventile, Wasserzähler und Aufbereitungsanlagen können insbesondere bei hohem Durchfluss oder bei Verstopfung zu einem erheblichen Förderhöhenverlust führen.

Verwenden Sie nach Möglichkeit Herstellerdaten zum Druckabfall. Vermeiden Sie die Anwendung eines willkürlichen Prozentsatzes auf jedes Projekt: Eine kurze Leitung mit großem Durchmesser für sauberes Wasser und eine lange Leitung mit mehreren Formstücken sollten nicht die gleiche Reserve erhalten. Eine moderate Auslegungsreserve kann für Unsicherheiten angemessen sein, aber eine Überdimensionierung der Förderhöhe um einen großen Prozentsatz kann den Betriebspunkt vom Bereich der besten Effizienz weg verschieben.

Angenommen, ein Tiefbrunnen-Wasserversorgungsprojekt hat die folgenden Betriebsbedingungen:

• Erforderlicher Durchfluss: 80 m³/h.
• Pumpwasserstand: 60 m unterhalb des Bezugsniveaus des Brunnenkopfes.
• Tankeinlass: 12 m oberhalb des Bezugsniveaus des Brunnenkopfes.
• Berechneter Rohr- und Formstückverlust bei 80 m³/h: 8 m.
• Erforderlicher Restdruck am Tankanschluss: 3 bar, entsprechend 30,6 m Wasserförderhöhe.
• Zusätzlicher Ausrüstungsverlust: 2 m.

Berechnen Sie zuerst den vertikalen Hub:

Berechnen Sie dann die TDH:

Der erforderliche Betriebspunkt ist daher ungefähr 80 m³/h bei 113 m TDH. Dies ist der Punkt, der auf der Leistungskurve der Pumpe liegen muss. Die Berechnung bedeutet nicht, dass eine Pumpe mit einer maximalen Förderhöhe von 113 m 80 m³/h liefert. Das Modell muss beide Werte am selben Betriebspunkt liefern.

Eine Pumpenkurve zeigt, wie sich die Förderhöhe bei einem bestimmten Modell, einer bestimmten Drehzahl, einer bestimmten Laufradkonfiguration und einer bestimmten Stufenzahl mit dem Durchfluss ändert. Der tatsächliche Betriebspunkt tritt dort auf, wo die Pumpenkurve die Systemkurve schneidet.

Bei der Überprüfung eines Kandidatenmodells:

• Lokalisieren Sie 80 m³/h auf der horizontalen Durchflussachse und etwa 113 m auf der vertikalen Förderhöhenachse.
• Bestätigen Sie, dass die Modellkurve durch diesen Punkt oder nahe daran innerhalb des vom Hersteller empfohlenen Betriebsbereichs verläuft.
• Bevorzugen Sie den Betrieb in der Nähe des effizienten und stabilen Bereichs des Modells, nicht bei der Absperrförderhöhe oder am äußersten rechten Ende der Kurve.
• Überprüfen Sie die aufgenommene Leistung am Betriebspunkt und wählen Sie einen Motor mit dem erforderlichen Service-Spielraum unter den geltenden Normen und Standortbedingungen.
• Überprüfen Sie Wirkungsgrad, Mindestdurchfluss, maximal zulässigen Durchfluss, Stufenzahl, Auslassgröße und nicht überlastende Leistung, wo relevant.
• Überprüfen Sie das System bei minimalen und maximalen erwarteten Wasserständen. Ein niedrigerer Wasserstand erhöht die erforderliche Förderhöhe; ein höherer Wasserstand kann die Pumpe zu einem Betriebspunkt mit höherem Durchfluss verschieben und die Motorlast erhöhen.

Frequenzumrichterbetrieb kann Flexibilität bei der Steuerung bieten, aber Motor, Kabel, Kühlung, Mindestdrehzahl, Harmonikenschutz und Pumpenbetriebsbereich müssen alle überprüft werden. Ein Frequenzumrichter korrigiert keine grundlegend ungeeignete hydraulische Auswahl.

Die Pumpeneinbautiefe ist eine Installationsentscheidung, kein Ersatz für die TDH. Setzen Sie die Pumpe unterhalb des niedrigsten erwarteten Pumpwasserstands mit ausreichender Untertauchung, um Wirbelbildung, Lufteintritt und Kühlungsverlust zu verhindern. Vermeiden Sie gleichzeitig, die Pumpe in eine sedimentbildende Zone oder zu nahe an den Brunnenboden zu platzieren.

Die erforderliche Untertauchung hängt vom Pumpendesign, dem Durchfluss, dem Bohrlochdurchmesser, der Einlassgeschwindigkeit und den Herstelleranforderungen ab. Tauchmotoren sind auf das Vorbeiströmen von Wasser am Motor zur Kühlung angewiesen; in einem Bohrloch mit großem Durchmesser, einem offenen Reservoir oder einer ungewöhnlichen Installation kann eine strömungsinduzierende Hülse erforderlich sein. Bestätigen Sie die Kühlgeschwindigkeit und die Installationsanweisungen für den ausgewählten Motor.

Der hydraulische Betriebspunkt grenzt die verfügbaren Modelle ein, aber die endgültige Produktfamilie hängt auch vom Bohrlochdurchmesser, der Wasserqualität, dem Material, der Spannung und den Installationsbedingungen ab.

• QJ-Serie: für die Wasserförderung aus Tiefbrunnen oder Bohrlöchern bestimmt und in Konfigurationen für verschiedene Wasserquellen und Materialien erhältlich. Sie ist der Hauptausgangspunkt für konstruierte Tiefbrunnenaufgaben, einschließlich Projekte mit höherem Durchfluss und höherer Förderhöhe.
• SP-Serie: 4-Zoll-, 6-Zoll-, 8-Zoll- und 10-Zoll-Tauchbohrlochpumpenbereiche ermöglichen die Auswahl nach Bohrlochdurchmesser und Betriebspunkt. Der Katalog enthält mehrere Stufenkombinationen, sodass Durchfluss und Förderhöhe auf der individuellen Modellkurve überprüft werden müssen und nicht aus dem Pumpendurchmesser abgeleitet werden können.
• QS-Serie: geeignet für kleinere oder andere Tauchwasserförderaufgaben, bei denen die hydraulische Anforderung und die Installationsanordnung zur Serie passen. Bestätigen Sie, dass das spezifische Modell, die Kühlbedingungen und die Bohrlochgeometrie geeignet sind, bevor Sie es als Bohrlochwahl verwenden.

Bei korrosivem oder mineralisiertem Wasser ist die Materialauswahl Teil der Pumpendimensionierung, da Korrosion und Verschleiß die Zuverlässigkeit beeinträchtigen. Verfügbare Konfigurationen können Gusseisen, Edelstahlqualitäten oder andere Legierungen umfassen, abhängig von der Serie und dem Medium. Eine Wasseranalyse sollte vor der Auswahl der benetzten Materialien überprüft werden.

Die Brunnen tiefe entspricht nicht der Förderhöhe. Verwenden Sie den Pumpwasserstand, die Auslasshöhe, die Reibung und den erforderlichen Druck. Die Pumpeneinbautiefe wird separat auf Untertauchung und Installationssicherheit geprüft.

Der Wasserspiegel sinkt während des Pumpens. Die Verwendung des erholten statischen Niveaus kann den Hub unterschätzen und zu unzureichendem Durchfluss während des Pumpbetriebs führen.

Lange Rohrleitungen, kleine Innendurchmesser, Ventile und Filter können erhebliche Förderhöhen hinzufügen. Berechnen Sie diese Verluste bei Auslegungsdurchfluss.

Die maximale Förderhöhe liegt normalerweise nahe Null Durchfluss, und der maximale Durchfluss tritt bei viel geringerer Förderhöhe auf. Die Motorleistung allein identifiziert nicht den hydraulischen Betriebspunkt. Verwenden Sie immer die Q-H-Kurve.

Eine große, nicht verifizierte Marge kann die Pumpe überdimensionieren, die Geschwindigkeit und den Stromverbrauch erhöhen und den Betrieb außerhalb des bevorzugten Bereichs verschieben. Unsicherheiten durch realistische Betriebsszenarien und Kurvenprüfung angehen.

Um eine technisch nützliche Pumpenempfehlung und ein Angebot zu erhalten, geben Sie bitte an:

• Erforderlicher Durchfluss und ob er kontinuierlich, Spitzen- oder variabel ist.
• Statischer Wasserspiegel und Pumpwasserstand bei einem angegebenen Testdurchfluss.
• Brunnen tiefe, Gehäuse-Innendurchmesser und Einschränkungen bei der Pumpeneinbauhöhe.
• Auslasshöhe und erforderlicher Restdruck am Lieferpunkt.
• Steigleitung und Pipeline-Material, Innendurchmesser, Länge und Formstücke.
• Wassertemperatur, pH-Wert, Chloridgehalt, Sandgehalt und andere verfügbare Wasseranalysedaten.
• Stromversorgung: Spannung, Frequenz, Phase und Start- oder Steuermethode.
• Installationsausrichtung, Kühlbedingungen, Kabellänge und lokale Umgebungs- oder Höhenbedingungen.

Mit diesen Parametern kann der Hersteller die TDH berechnen oder verifizieren, Kandidatenkurven identifizieren, die Motorlast prüfen und Materialien und Zubehör empfehlen.

Nein. Die erforderliche Förderhöhe basiert auf dem Pumpwasserstand, der Lieferhöhe, der Reibung und dem erforderlichen Auslassdruck. Die gesamte Brunnen tiefe und die Pumpeneinbautiefe sind Installationsparameter, keine automatischen Bestandteile des vertikalen Hubs.

Verwenden Sie den Pump- oder dynamischen Wasserspiegel, der beim Auslegungsdurchfluss erwartet wird. Bewerten Sie auch den niedrigsten saisonalen Betriebswasserstand. Der statische Wasserspiegel ist nützlich für das Verständnis der Absenkung, aber er unterschätzt normalerweise den Hub während des Pumpens.

Für sauberes Wasser nahe Umgebungstemperatur multiplizieren Sie bar mit ungefähr 10,2. Daher sind 3 bar etwa 30,6 m Wasserförderhöhe. Für eine andere Flüssigkeitsdichte passen Sie die Umrechnung mit dem spezifischen Gewicht an.

Nicht in gleichem Maße. Die Installation der Pumpe tiefer unter der Pumpwasserfläche erhöht die Untertauchung, fügt aber nicht automatisch diese volle Tiefe zum statischen Hub hinzu. Berechnen Sie den Hub vom Pumpwasserstand zur Auslasshöhe.

Nein. Maximale Förderhöhe und maximaler Durchfluss sind Endpunkte einer Kurve und treten nicht gleichzeitig auf. Das ausgewählte Modell muss den erforderlichen Durchfluss und die TDH an einem Betriebspunkt innerhalb seines empfohlenen Betriebsbereichs erfüllen.

Es gibt keinen universellen Prozentsatz, der für jedes Projekt passt. Berechnen Sie zuerst bekannte Verluste und glaubwürdige Wasserstandsschwankungen. Fügen Sie nur eine begründete Reserve für verbleibende Unsicherheiten hinzu und überprüfen Sie dann sowohl normale als auch Worst-Case-Betriebspunkte auf der Kurve.

Die richtige Dimensionierung von Tiefbrunnenpumpen beginnt mit einem Betriebspunkt, nicht mit einer Brunnen tiefe oder einer Motorleistung. Berechnen Sie den erforderlichen Durchfluss aus dem tatsächlichen Bedarf, verwenden Sie den Pumpwasserstand für den vertikalen Hub, addieren Sie Rohr-, Formstück- und Ausrüstungsverluste, konvertieren Sie den erforderlichen Auslassdruck in Förderhöhe und passen Sie dann den kombinierten Durchfluss und die TDH an die Leistungskurve eines Herstellers an.

Für das Beispiel in dieser Anleitung beträgt der erforderliche Betriebspunkt ungefähr 80 m³/h bei 113 m TDH. Eine endgültige Auswahl erfordert immer noch die Bestätigung des Bohrlochdurchmessers, der Wasserstände, der Pipeline, der Stromversorgung, der Wasserqualität, der Motorkühlung und der Kurve des ausgewählten Modells.

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