The Effect of Column Pipe Length on Pumping Operating Characteristics in Deep Well Pumps

Year 2022, Volume: 18 Issue: 3, 173 - 188, 05.01.2023

Mehmet Kurt , Kazım Çarman

Abstract

Deep well pumps are rotodynamic pumps that extract groundwater to the ground surface. It can usually be accommodated at very deep distances. However, in this type of pumping facilities, water is carried in a closed system with pipes and fittings. During extraction, the friction force causes significant energy loss in the pumping system. Friction force has occurred depending on the fluid velocity flowing through the pipe and auxiliary parts. In this study, the operating characteristics of a submersible deep well pump with an internal pipe diameter of 78 mm (≈3”) with different column pipe lengths and its effect on losses due to friction were investigated. Friction losses were calculated according to the Moody equation and were found that friction losses increase as thecolumn pipe length increases. This increase affects the pump outlet pressure. It was determined that the pump friction loss increased from 3.87% to 13.52% with the increase of the column pipe length at the highest speed. The pressure values decrease in response to the constant flow values of the pump, which is operated in different column pipe lengths, at a depth of 2, 4 and 6 meters. The highest pressure measurement of the pump was obtained at the optimum (50 m3 h-1) flow point in the 2 meters column pipe. At the same flow rates, the hydraulic power of the pump decreased as the length of the column pipe increased. In the trials, the highest pumping system efficiency was obtained in the 2 meters column pipe application. The effect of column pipe length on pump operating parameters was found to be significant in deep well pumping plants (p≤0.01). According to the results, the increase in the pump column pipe length also increases the friction losses. Since the length of the column pipe is directly related to the operating characteristics of the well, the well characteristics (flow rate, static and dynamic water heights, drawdown) should be determined and the pump should be operated at the most appropriate depth. In addition, operating the pump at the design point will enable us to prevent expected losses.

Derin Kuyu Pompalarında Kolon Borusu Uzunluğunun Pompaj İşletme Karakteristiklerine Etkisi

Abstract

Derin kuyu pompaları, yer altı suyunun yer yüzeyine çıkarılmasını sağlayan rotodinamik pompalardır. Genellikle çok derin mesafelere kadar yerleştirilebilmektedir. Ancak bu tip pompaj tesislerinde su, boru ve bağlantı elemanları yardımıyla kapalı bir sistem içerisinde taşınarak iletimi sağlanmaktadır. Bu iletim esnasında, sürtünme kuvveti pompaj sisteminde önemli enerji kaybına neden olmaktadır. Boru ve yardımcı parçaların içerisinden akan akışkan hızına bağlı olarak sürtünme kuvveti meydana gelmektedir. Bu çalışmada 78 mm (≈3”) iç çapındaki bir dalgıç tip derin kuyu pompasının farklı kolon borusu uzunluklardaki pompa işletme karakteristikleri ve sürtünmeden kaynaklanan kayıplara etkisi incelenmiştir. Sürtünme kayıpları, Moody denklemine göre hesaplanmış ve her bir kolon borusu uzunluğu için arttığı belirlenmiştir. Bu artışın pompa çıkış basıncını etkilediği görülmüştür. Pompa sürtünme kaybının, hızın en yüksek değerleri için kolon borusu uzunluğunun artışı ile %3,87’den, %13,52’ye yükseldiği belirlenmiştir. Farklı kolon borusu uzunluklarında 2, 4 ve 6 metre derinlikte çalıştırılan pompanın sabit debi değerlerine karşılık basınç değerlerinde düşüşler meydana geldiği gözlemlenmiştir. Pompanın en yüksek basınç ölçümü, 2 metrelik kolon borusundaki debi noktasının optimum olduğu (50 m3h-1) değerde elde edilmiştir. Aynı debi değerlerinde pompa hidrolik gücünde ise kolon borusu uzunluğu arttıkça azalma meydana gelmiştir. Denemelerde en yüksek pompaj sistem verimi 2 metrelik kolon borusu uygulamasında elde edilmiştir. Derin kuyu pompaj tesislerinde kolon borusu uzunluğunun pompa işletme parametreleri üzerindeki etkisi önemli bulunmuştur (p≤0.01). Çalışmada elde edilen sonuçlara göre pompa kolon borusu uzunluğundaki artışın sürtünme kayıplarını da arttıracağı görülmektedir. Kolon borusunun uzunluğu kuyunun işletme karakteristikleriyle doğrudan ilişkili olması sebebiyle kuyu karakteristikleri (debisi, statik ve dinamik su yükseklikleri, düşüm) belirlenerek pompa en uygun derinlikte çalıştırılmalıdır. Ayrıca pompanın tasarım noktasında çalıştırılması öngörülen kayıpların önüne geçmemizi sağlayacaktır.

Keywords

Pompa işletme karakteristikleri, sürtünme kuvveti, kolon borusu uzunluğu, düşüm

References

• Alawee, W. H., Almolhem, Y. A., Yusuf, B., Mohammad, T. A., & Dhahad, H. A. (2020). Variation of coefficient of friction and friction head losses along a pipe with multiple outlets. Water, 12(3), 844. https://doi.org/10.3390/w12030844
• Atmaca, S. (1998). Dalgıç pompalara uygulanan pompa kabul deneyleri. 3. Pompa kongresi, 24(26), 10-15.
• Baysal, K. (1979). Tam santrifüj pompalar: hesap, çizim ve konstrüksiyon özellikleri. İstanbul Teknik Üniversitesi.
• Coronado-Hernández, Ó. E., Derpich, I., Fuertes-Miquel, V. S., Coronado-Hernández, J. R., ve Gatica, G. (2021). Assessment of steady and unsteady friction models in the draining processes of hydraulic installations. Water, 13(14), 1888. https://doi.org/10.3390/w13141888
• Çalışır, S., Şeflek, A. Y., ve Erkol, A. (2004). Sulama Pompaj Tesislerinde Pompa Seçimine Etki Eden Faktörler.
• Çalışır, S., ve Hacıseferoğulları, H. (2008). Sulama pompaj tesislerinde enerji tüketimi. Selcuk Journal of Agriculture and Food Sciences, 22(44), 30-32.
• Çalışır, S. (2009). Sulamada pompaj tesisleri. Gazanfer Ergüneş (Editör), Tarım Makinaları (1. basım, ss. 351-413). Nobel Yayınları
• Çengel, Y. A., Cimbala, J. M., & Engin, T. (2008). Akışkanlar mekaniği: temelleri ve uygulamaları. Güven Kitabevi.
• Driscoll, F. (2010). Kuyu Hidroliği, Çeviri: Ali Faruk ÖZTAN, Jeoloji Yüksek Mühendisi DSİ, Ankara.
• Kiijarvi, J. (2011). Darcy friction factor formulae in turbulent pipe flow. Lunowa Fluid Mechanics Paper, 110727(2011), 1-11.
• Mokeddem, A., Midoun, A., Kadri, D., Hiadsi, S., ve Raja, I. A. (2011). Performance of a directly-coupled PV water pumping system. Energy conversion and management, 52(10), 3089-3095. https://doi.org/10.1016/j.enconman.2011.04.024
• Orhan, N., Kurt, M., Özbek, O., & Şeflek, A. Y. (2021). Düşey Hidrolik Yükün Pompa İşletme Karakteristiklerine Etkisi. Türk Tarım ve Doğa Bilimleri Dergisi, 8(2), 344-352. https://doi.org/10.30910/turkjans.837120
• Schulz, H. (1977) Die Pumpen Arbeitsweise. Berechnung, Konstruktion, 13.
• Tezer, E. (1978) Sulama Pompaj Tesisleri (Proje Seçim ve İşletme Yöntemleri) Ç.Ü. Ziraat Fakültesi, Adana.
• Yalçın, K. (1998). Hacimsel ve Santrifuj Pompalar, Çağlayan Kitabevi, İstanbul.
• Zeyu, Z., Junrui, C., Zhanbin, L., Zengguang, X., ve Peng, L. (2020). Approximations of the Darcy–Weisbach friction factor in a vertical pipe with full flow regime. Water Supply, 20(4), 1321-1333. https://doi.org/10.2166/ws.2020.048