Бесплатная вода для полива огородов и дач

Для обеспечения качественного полива первоочередной задачей становится определение характеристик источника воды. Разумеется, что при работе с разными источниками воды будут и разные требования к оборудованию. Тип насосного оборудования в большой степени зависит от систематического анализа водного источника, ресурсы которого предполагается использовать.

Грунтовые воды

Во всем мире грунтовые воды являются важным источником для полива. Возможно, это самый надежный водный источник, который есть в нашем распоряжении, но и к использованию грунтовых вод нужно подходить с умом. Необходимо обеспечить возобновляемость этого ресурса, а также защиту и без того хрупкой экосистемы, частью которой мы все являемся. В отличие от поверхностных вод, которые можно "увидеть” и, вследствие этого, наглядно представить происходящие в них процессы, а также оценить их количественные запасы, грунтовые воды скрыты от нашего взора, что усложняет их оценку. Основные причины, ограничивающие использование грунтовых вод:

• Производительность скважины
• Износ деталей насоса
• Засорение системы
• Чрезмерная откачка грунтовых вод

В данном разделе представлены возможные способы решения этих проблем.

Производительность скважины

Чрезмерная откачка грунтовых вод в конечном итоге приведет к работе насоса всухую и выведет его из строя, а простой оборудования повлечет за собой дополнительные расходы, связанные как со снижением производительности, так и с ремонтом.

Для защиты насосной установки от работы всухую очень важным является оценка количества воды, которое может выдавать скважина. Ниже приведена схема проверки производительности скважины с учетом максимальной откачки (пиковой нагрузки).

• Перед началом проверки необходимо выполнить следующее:
• Установить насос требуемой производительности;
• Отметить уровень понижения грунтовых вод при разных значениях подачи насоса;
• Измерить подачу насоса при различных положениях регулирующей задвижки в нагнетательной линии насоса;

Порядок проведения проверки

1. Включить насос при закрытой задвижке. Измерить статический уровень воды.
2. Открыть задвижку, чтобы обеспечить примерно '/4 (четверть) пиковой нагрузки.
3. Измерить расстояние от поверхности до динамического уровня воды при работе на 1/4 от пиковой нагрузки.
4. Наполнить резервуар ёмкостью 1 л водой из нагнетательного патрубка насоса.
5. Закрыть емкость, сделать на ней метку: "У4".
6. Продолжить проверку на 1/4 пиковой нагрузки в течение следующих 15 минут. Измерить динамический уровень воды.
7. Если динамический уровень воды понизился, то необходимо отметить на какую величину.
8. Повторить предыдущие шаги для 1/2, /4 и полной (1/1) пиковой нагрузки.

Примерно через один час Вы будете располагать данными, отражающими зависимость между подачей насоса и уровнем воды в скважине. Также у Вас будет четыре емкости с водой, полученные при разных значениях подачи насоса: 1/4, 1/2, 3/4 и 1/1.

1. Полностью открыть задвижку. Снять величину показаний производительности насоса и измерить расстояние от поверхности земли до уровня перекачиваемой воды в скважине. Наполнить водой емкость №5, закрыть ее и сделать надпись с указанием фактической производительности насоса. Не отключая вашу установку, включить по возможности все насосные установки, расположенные в радиусе км.
2. По возвращению на место проведения испытаний, снять величину показаний производительности насоса и измерить расстояние от поверхности земли до уровня воды в скважине при данной производительности.
3. Проверка завершена. Выключить насос, полученные образцы воды из скважины нужно будет сохранить, исключив действия на них вибрации, высоких температур или солнечного излучения.

Анализ результатов проверки

Собранные в результате проверки образцы грунтовых вод необходимо изучить на следующий день. По возможности нужно избегать прикосновения к емкостям с образцами воды, ограничиваясь лишь их визуальным осмотром. Задача проведения данного анализа заключается в определении наличия песка, который присутствует в образцах с водой в виде нерастворимого осадка.

1. Провести визуальный осмотр емкости с надписью "У*' на предмет наличия на дне песка. Рассчитать удельную производительность скважины при 1/4 от пиковой нагрузки.
2. Провести визуальный осмотр емкости с надписью "У2” на предмет наличия на дне песка. Рассчитать удельную производительность скважины при 1/2 от пиковой нагрузки.+

Аналогично провести визуальный осмотр емкостей на предмет наличия в них песка на 3/4 и на полной (1/1) пиковой нагрузке.

Сравнив полученные расчеты удельной производительности можно получить допустимый рабочий диапазон производительности насосной установки с заданным значением м3/ч на каждый метр понижения уровня грунтовых вод.

 

Описание неисправности	Причина	Устранение
При работе насоса с определённой производительностью на дне емкости с образцами воды присутствует песок.	Чрезмерная откачка грунтовых вод.	Если необходимо обеспечить надёжное перекачивание воды, то производительность насоса должна быть вдвое меньше той, при которой в воде начинает появляться песок
Резкое снижение удельной производительности, приводящее к снижению подачи м3/ч на каждый метр понижения уровня грунтовых вод.	Поддержание подачи на заданном уровне уровне не является больше возможным.	Уменьшить подачу.
Во время работы насоса при одной и той же подаче уровень перекачиваемых грунтовых вод становится ниже.	Истощение запасов грунтовых вод.	Предусмотреть наличие дополнительного источника воды для использования его в периоды работы с пиковой нагрузкой.
Резкое снижение уровня перекачиваемых грунтовых вод при включении соседних насосных установок; подача насоса остается неизменной.	Происходит перераспределение ограниченных запасов воды между соседними насосными установками.	Предусмотреть наличие дополнительного источника воды для использования его в периоды работы с пиковой нагрузкой.
КПД насосной установки меньше 50%.	Износ рабочего колеса или неправильный подбор насоса.	Заменить насос новым из более подходящего материала.
Избыточное энергопотребление или недостаточная оросительная способность.	Насос может быть забит песком, илом или ржавчиной, что приводит к ограничивающим подачу трениям.	Промыть каждую секцию напорного трубопровода сильной струей воды со скоростью потока не меньше 5-6 м/с. ИЛИ Прочистить засорённые секции специальной губкой.
		Для предотвращения забивки насоса в будущем, на входе в насос установить циклоны для улавливания песка или мешочные фильтры.

Износ деталей насоса

Неправильный выбор материала, из которого выполнен насос, и как результат, износ его деталей приводят к снижению производительности скважины. Напротив, правильно подобранный насос и его внутренние компоненты, изготовленные из бронзы или нержавеющей стали, с самого начала эксплуатации станут залогом надежной и эффективной работы насоса, практически не требующей дополнительного техобслуживания.

В чугунных насосах рабочее колесо выполнено из железа. В результате контакта железа с водой происходит реакция окисления железа, и на нем образуется ржавчина. При вращении рабочего колеса за счет силы трения быстрого потока жидкости (со скоростью 5-15 м/с) происходит отслоение ржавчины с поверхности колеса. Процессы коррозии / эрозии приводят к постепенному износу рабочего колеса, изменяют его форму и размеры. При этом снижается производительность и КПД насосной установки в целом.

Перед выбором рабочего колеса и насоса необходимо учитывать следующие факторы:

Рекомендация: Подбирайте насос исходя из указанных ниже факторов, которые, однако, не являются исчерпывающими.

 

Проверка системы:

Недостаточная производительность насоса зачастую вызвана длительными периодами его простоя. В связи с этим является важным проведение эксплуатационных испытаний перед началом работы на уже существующей насосной установке, а также каждый год перед началом поливного сезона.

В период эксплуатации оросительной установки нужно рассчитать КПД насосного оборудования:

КПД = (показание манометра на выходе из скважины + уровень грунтовых вод) x производительность / 367 x √ 3 x I x V x cosϕ

сos ϕ = 0,85

Периодичность техобслуживания погружных насосов

Как и другие типы насосов, погружные насосы так же подвержены износу, но ввиду того, что устанавливаются они под землей, своевременное обнаружение износа является довольно непростой задачей. Приведенные здесь диаграммы помогут Вам найти ответы на следующие вопросы:

• Когда требуется проводить техобслуживание погружного насоса?
• На сколько снизился КПД после последнего техобслуживания?
• Во сколько (приблизительно) обойдется замена узлов оборудования?

Вам понадобятся некоторые данные, которые необходимо получить заранее:

• Скорость потока в районе рассматриваемого компонента или узла насоса
• Характеристики перекачиваемой среды и материала, из которого изготовлен насос.
• Наличие или отсутствие твердых включений и агрессивных сред (например, углекислого газа).

1. Берем точку 1 на кривой А. Материал насоса и характеристики среды, которым соответствует данная кривая, указаны снизу в пояснении к диаграммам.
2. Из точки 1 проводим горизонтальную прямую. Износ материала рабочего колеса составляет примерно 0,18 мм за 1000 ч. эксплуатации (точка 2).
3. Из точки 2 продолжаем горизонтальную прямую до пересечения с прямой семейства характеристик (точка 3), соответствующей среде с присутствием агрессивных элементов (в нашем примере это углекислый газ, CO2) и материалу компонента / узла насоса (см. пояснение к диаграммам, кривая А).
4. Из точки 3 проводим линию перпендикулярно вниз. Наличие агрессивной составляющей в перекачиваемой среде увеличивает износ материала, доводя его значение до 0,25 мм (что можно видеть при пересечении вертикальной прямой из точки 3 с горизонтальной осью семейства характеристик). Необходимо также учитывать соленость воды, что дает нам точку 4 на прямой следующего семейства характеристик + солености воды. Из точки 4 проводим влево горизонтальную прямую, которая приводит нас к окончательным результатам анализа проведения техобслуживания нашего погружного насоса.
5. Итак, рекомендуемый интервал проведения технического обслуживания составляет каждые 6000 часов эксплуатации (точка 5).
6. Снижение КПД: примерно 18% (точка 6).
7. Стоимость замены узлов насоса: 75% от стоимости нового насоса (точка 7).

Забивка насосной системы посторонними включениями

Трубопровод, частично забитый песком, илом или ржавчиной, может стать причиной следующих нежелательных явлений:

• Избыточное энергопотребление
• Недостаточная подача воды
• Износ внутренних деталей насоса

Для предотвращения забивки насосной системы Вы может сделать следующее:

• Установить циклоны или мешочные фильтры, которые не допустят попадания песка, ила и ржавчины в систему трубопроводов.
• Открытый водоем / пруд. Может использоваться в качестве источника воды для полива в том случае, когда размеры твердых частиц в воде слишком маленькие, что не позволяет циклонам или фильтрам улавливать их. Твердые частицы оседают на дне в виде илистых отложений, а забор воды для полива производится из верхних слоев водоема.

Примечание: При использовании открытого водоема / пруда в качестве источника воды для полива функции насоса для откачки грунтовых вод обычно ограничиваются тем, что насос непосредственно производит забор воды из водоема. Далее в работу включаются распределительные насосы, которые обеспечивают необходимое давление в насадке и компенсируют потери на трение в трубопроводе. Величина напора зависит от скорости вращения рабочего колеса и камеры насоса, установка мембранного бака снижает значение требуемого напора. Помимо этого установка бака зачастую увеличивает межремонтный интервал.

Чрезмерная откачка грунтовых вод Иногда работа на максимальной нагрузке приводит к чрезмерной откачке грунтовых вод, и вместе с водой начинает откачиваться песок. Для предотвращения такой ситуации Вы может сделать следующее:

• Установить песочный сепаратор или специальный выдвижной (телескопический) фильтр. Это снизит содержание в воде ила и песка и послужит хорошим защитным барьером от их попадания в насос, что, в свою очередь, увеличит срок службы насоса.
• Обеспечить плавность включения / выключения насоса, увеличив время включения и выключения до 3-х секунд.

При включении насоса для откачки грунтовых вод, установленного в полном водоносном слое, в течение первых секунд насос будет работать с повышенной производительностью. При этом из-за повышенного давления всасывания произойдет "возмущение” водоносного слоя, в результате чего ”поднятые” со дна ил и песок вместе с водой попадут в насос. Избежать избыточного всасывания можно увеличив время включения / выключения насоса до 3 секунд.

Внимание: Если используется частотно-регулируемый электропривод, то в качестве начальной частоты необходимо установить значение 25 Гц и только после этого ее увеличивать. В погружных электродвигателях с подшипниками скольжения используется естественная смазка подшипников - перекачиваемая вода, однако при частоте меньше 25 Гц такая смазка будет невозможной. Для защиты от попадания песка / ила в подшипник электродвигателя рекомендуется выбирать насос с механическим уплотнением из карбида кремния. Для предотвращения образования илистых отложений на корпусе двигателя рекомендуется установить на нем охлаждающий кожух, причем скорость охлаждающей жидкости должна быть не менее 1 м/с.

 

Чрезмерная откачка сточных вод

Иногда работа на максимальной нагрузке приводит к чрезмерной откачке грунтовых вод, и вместе с водой начинает откачиваться песок. Для предотвращения такой ситуации Вы может сделать следующее:

• Установить песочный сепаратор или специальный выдвижной (телескопический) фильтр. Это снизит содержание в воде ила и песка и послужит хорошим защитным барьером от их попадания в насос, что, в свою очередь, увеличит срок службы насоса.
• Обеспечить плавность включения / выключения насоса, увеличив время включения и выключения до 3+х секунд.
• При включении насоса для откачки грунтовых вод, установленного в полном водоносном слое, в течение первых секунд насос будет работать с повышенной производительностью. При этом из-за повышенного давления всасывания произойдет "возмущение" водоносного слоя, в результате чего "поднятые" со дна ил и песок вместе с водой попадут в насос.
• Избежать избыточного всасывания можно увеличив время включения / выключения насоса до 3 секунд

Поверхностные воды

Поверхностные воды включают в себя родники, озёра и реки. Если производительность источника поверхностных вод позволяет обеспечить необходимый расход воды для полива при максимальной нагрузке, то поверхностные воды, как и грунтовые, тоже можно использовать для полива. Ввиду того, что поверхностные воды находятся на поверхности земли, можно наглядно представить происходящие в них процессы и без особых затруднений оценить их количественные запасы. Однако перед выбором насосной системы для работы с поверхностными водами необходимо учитывать ряд характеристик источника, откуда планируется забор воды.

Перед установкой водозаборной системы для ирригации в открытом водоеме особое внимание нужно уделить следующим моментам:

• Конструкция водозаборной системы
• Работа в периоды засухи
• Снижение уровня воды из-за откачки ее другими потребителями (например, для нужд коммунального водоснабжения)
• Выход из строя оборудования в результате наводнения или паводка
• Риск кражи оборудования

Конструкция водозаборной системы

К конструкции водозаборной системы предъявляются особые требования, обусловленные наличием в поверхностных водах, особенно в период таяния снега или дождей, большого количества грязи, ила и других посторонних включений. Предотвратить попадание подобных веществ в насосную систему, а также преждевременный износ оборудования, поможет установка отстойника перед всасывающей линией насоса.

Отстойник

Для того чтобы посторонние включения, находящиеся в поверхностных водах, могли осесть в отстойнике в виде осадка, к отстойнику предъявляются следующие требования: он должен быть не менее шести метров в длину и с таким уровнем воды, чтобы при расчетном значении подачи максимальная скорость потока в отстойнике не превышала 0,015 м/с.

Если длина участка гидродинамической стабилизации потока меньше шести метров, то внешние факторы, такие как ветер и волнение на воде, а также типоразмер насоса могут отрицательно сказаться на работе отстойника и выполняемых им функциях.

Ш x В = 0,015 х Q / 2826 Q - расчетное (паспортное) значение подачи, м3/ч Ш - ширина, м В - высота, м

Примечания:

• При проектировании необходимо предусмотреть такую ширину отстойника, чтобы была возможность удаления скопившегося осадка механическим путем. Перед началом проведения работ по поливу для обеспечения нормальной работы насосной системы необходимо подготовить отстойник и удалить из него грязь.
• В летний период происходит обильный рост и развитие водных организмов (моллюсков, личинок, водорослей), которые могут стать причиной возникновения неисправностей в насосной системе. Для предотвращения размножения вышеуказанных организмов, оказавшихся в отстойнике, необходимо исключить попадание в него солнечной энергии и тепла, для чего отстойник покрывается защитным материалом.

Вода может поступать в насос напрямую из отстойника Отстойный пруд представляет собой отстойник, состоящий из двух секций

Работа в засушливый период

Если есть вероятность осушения в жаркий сезон водоема, из которого предполагается осуществлять водозабор, то необходимо оборудовать его дополнительной нагнетательной скважиной. Такое исполнение можно назвать системой со скважинной подпиткой.

Скважинная подпитка

В дождливый период уровень воды в реках достаточно высок, и в водоносные слои поступают большие объемы воды. В засушливое время года, когда уровень воды в реках становится минимальным, недостаток воды для полива будет восполнен погружным насосом, установленным в нагнетательной скважине.

Снижение уровня воды из-за откачки ее другими потребителями (для нужд коммунального водоснабжения)

Если в жаркое время года водозабор из данного водного источника помимо Вас производится и другими потребителями (например, муниципальными службами), то данное обстоятельство также необходимо принимать во внимание. Здесь может быть два решения данного вопроса:

• Создание водохранилищ (резервуары, колодцы, карьеры)
• Углубление уже существующего водохранилища 

Выход из строя оборудования в результате наводнения или паводка

Если существует вероятность затопления (в результате наводнения или паводка), то вместо насоса со стандартным электродвигателем необходимо установить погружной насос. Показанная на рисунке верхняя часть защитной конструкции насосной установки не является защищенной от попадания внутрь воды. Если в случае затопления уровень воды поднимется до уровня, зафиксированного несколько лет назад (как на нашем рисунке), то насос и двигатель окажутся незащищенными от воды и выйдут из строя.

Риск кражи оборудования

Если отсутствует возможность обеспечить надлежащую охрану и защиту насосного оборудования, что создает определенный риск его кражи, мы рекомендуем установку специальной защитной конструкции. В этом случае над погружным насосом устанавливается внешняя защитная конструкция, достать насос из которой станет непреодолимой задачей для злоумышленников. 

Дождевая вода и технология очистки воды NEWater

Если отсутствует источник грунтовых или поверхностных вод или запасы воды в нем недостаточны для того, чтобы обеспечить полив в сезон пиковой нагрузки, можно попытаться найти другие источники поливной воды, среди которых:

• Сбор дождевой воды
• Улучшение технических показателей имеющейся воды (NEWater / очистка воды)
• Доставка воды для полива в цистернах

Сбор дождевой воды

Сбор дождевой воды подразумевает прокладку приспособлений и коммуникаций для сбора воды, попадающей на различные поверхности в виде дождя, таким образом, чтобы в последствии собранную воду можно было использовать для полива. Обычно используется дождевая вода, которая, попадая на крыши зданий и построек, собирается и затем хранится в специальных баках или бочках. Наряду с этим можно использовать потоки воды, образующиеся в результате дождя на поверхности земли. Поверхности, которые можно использовать для сбора дождевой воды, называются "водосборными площадями” и представляют собой:

• Крыши зданий и построек
• Дороги
• Пешеходные тротуары

Емкость водного источника

Для обеспечения достаточного количества воды для полива прибегают к специальным расчетам водосборных площадей, при этом необходимо учитывать следующие факторы:

Пиковая нагрузка

• Среднее количество осадков, приходящееся на данную площадь
• Объем цистерн или других емкостей, в которых предполагается хранение собранной дождевой воды
• Затем, исходя из выделенного на эти цели бюджета, нужно будет сопоставить площадь водосбора и объем цистерн с требуемым для полива количеством воды. 

NEWater или очистка вод

Технология NEWater представляет собой обработку и очистку воды путем микрофильтрации и обратного осмоса. За последние годы наука шагнула далеко вперед, и качество мембранных технологий заметно возросло, что позволяет, например, делать питьевую воду из морской воды при затратах на электроэнергию менее 3 кВт-ч/ м3. Именно низкие энергозатраты позволяют использовать технологию обратного осмоса при обработке воды для полива высокосортных сельскохозяйственных культур.

Срок эксплуатации мембран, используемых в обратноосмотических установках, составляет около пяти лет, причем компании, занимающиеся производством мембран, постоянно работают над улучшением их износостойкости и увеличением срока службы.

Сравнение затрат на электроэнергию при разных способах получения и обработки воды для полива

Главный фактор, влияющий на стоимость воды для полива - это стоимость электроэнергии, необходимой для обработки воды и ее конечной доставки к растениям в заданном объеме при заданном давлении. Для осуществления полива низкосортных сельскохозяйственных культур необходимо наличие источника поверхностных либо грунтовых вод определенного объема и с хорошими характеристиками.

За последние годы эффективность использования энергии при введении мембранных технологий в процессы по очистке воды возросла, что снижает энергозатраты до 3 кВт-ч на кубический метр поливной воды. Это обстоятельство делает целесообразной технологию по обработке и очистке самых разных видов сточных вод. В частности, для полива высокосортных сельскохозяйственных культур можно использовать воду, полученную в результате опреснения соленой морской воды. 

Водохранилища

Если объем воды, поступающей из источника, недостаточен для работы при максимальной (пиковой) нагрузке, то для решения этой задачи можно посоветовать создание водохранилища, откуда можно производить откачку воды в периоды максимальной нагрузки на систему.

Итак, водохранилище устанавливается для того, чтобы уравнять количество воды, поступающей из какого-либо источника, и количество воды, которое требуется для полива в периоды максимальной нагрузки на систему. Для расчета объема водохранилища нужно воспользоваться следующей формулой:

Объем = (Пиковая нагрузка Q x Кол-во часов работы при макс. нагрузке) - (производительность источника x Кол-во часов работы при заданной производительности)

Открытые резервуары

Хранение запасов воды можно осуществлять в открытых резервуарах, покрытых современной качественной пленкой, уменьшающей расплескивание воды из резервуара на землю.

Преимущества:

• Дешевизна установки
• Дешевизна демонтажа

Недостатки:

• Испарение воды в жаркое время года
• Рост мха и водорослей
• Из-за испарения воды увеличивается концентрация соли
• Порча оборудования крупным рогатым скотом или в результате предумышленных действий
• Использование участков пахотных земель под установку оборудования
• Риск возникновения несчастных случаев (в резервуар с водой могут попасть животные или человек) 

Цистерны для воды или подземные водохранилища

Если перечисленные выше недостатки открытых резервуаров делают их установку нецелесообразной, то компания Grundfos рекомендует использование альтернативных водохранилищ, в зависимости от сложности которых потребуется разная сумма капиталовложений.

Цистерны для воды: изготавливается из гофрированной стали или из сборных бетонных блоков. Подземное водохранилище: устанавливается под землей, а сверху покрывается слоем пахотной почвы.

Преимущества:

• Низкие потери воды из-за испарения
• Незначительный рост мха и водорослей
• Низкая концентрация соли из-за незначительного испарения воды
• Защита от загрязнения воды животными или растительностью
• Над водохранилищем можно установить крышу, которая попутно может использоваться и для других целей
• Отсутствует риск возникновения несчастных случаев (утопления)

Недостатки:

• Дороговизна установки
• Дороговизна демонтажа

Установки повышения давления (бустерные)

При проектировании распределительной насосной системы для откачки воды из водохранилища рекомендуется устанавливать бустерные насосные установки с параллельно-включенными насосами, поскольку они отличаются малыми типоразмерами электродвигателей. Другими преимуществами таких установок являются:

• Уменьшение пикового значения тока при включении
• Уменьшение гидравлического удара при включении / выключении
• Настройка режима потока в зависимости от типа сельскохозяйственных культур и от фактической потребности в поливной воде, без необходимости приобретать дополнительное оборудование