Автоматика для скважины: основные виды, принцип работы и схемы подключения

Схема управления задвижками насосной станции

Рассмотрим схему насосной задвижки, которая управляется через редуктор малогабаритным асинхронным электродвигателем. При поданном напряжении на схему начинает вполнакала светится зеленая лампа. Она сигнализирует о закрытом положении заглушки. Запуск насосного агрегата осуществляется реле уровня РУ. Один из контактов РУ дает команду на запуск электродвигателя М1 насосного агрегата, а второй – замыкает цепь катушки реле РП1, управляющей работой двигателя заглушки М2.

После пуска насоса и повышении давления в водопроводной системе до нормального уровня, замыкается контакт реле давления РД, включенный последовательно с контактном РУ в цепи катушки РП1. Реле РП1 подтягивается, замыкает нормально разомкнутый контакт и подает напряжение на контактор открытия задвижки КО. Контактор запускает электродвигатель М2 на открытие задвижки. Процесс открытия задвижки контролируется концевиком ВК2, а также ярко горящей красной лампой. После того, как задвижка полностью откроется, контакты ВК2 разомкнутся, отключится КО, двигатель управления задвижкой остановится. Красная лампа станет гореть вполнакала, а зеленая полностью погаснет. Аналогично работает схема закрытия задвижки. Для аварийного отключения схемы управления используется аварийный выключатель ВКА. При срабатывании выключателя гаснут обе сигнальные лампы.

Из каких частей состоит автоматический блок

Применяется автоматика разных видов: от простой до высокотехнологичных блоков. Принято различать 3 группы таких устройств. К первому поколению относятся простые приборы:

Автоматический блок.

• реле давления, работающее совместно с гидроаккумулятором;
• реле холостого хода;
• поплавковый выключатель, способный в некоторых случаях заменить реле сухого хода.

Блоки управления второго поколения

Состоят из электронной части и набора датчиков, которые размещаются единым блоком на насосе или в магистрали водопровода. Управляет работой электронный блок, который принимает сигналы от датчиков. Параметры настраивают на электронной части. Многие модули работают только с фирменными электронасосами, настройки выставлены производителем.

С такими блоками управления насосом системы могут работать без гидроаккумулятора. Вода накапливается в трубах, где установлен датчик. Когда падает давление, он отсылает сигнал на электронный блок, тот включает насос.

Подобно приборам первого поколения, они реагируют на изменения давления, но существенно расширились возможности:

• отключение помпы происходит в течение секунды при нарушении параметров;
• обмотка защищена от перегрева в результате работы вхолостую;
• тонкая электронная регулировка;
• плавный пуск двигателей.

При протечке исключается многократный запуск и отключение, как это случается с электромеханическим реле, когда оно беспрестанно клацает в подобных случаях.

Третье поколение

Приборы сохранили достоинства второго поколения и приобрели новую возможность регулировать обороты двигателя электронасоса. Осуществляется она тонкой настройкой электроники. Это увеличивает ресурс работы помпы. При небольшом заборе воды двигатель работает на низких оборотах. Если потребление увеличивается, возрастает мощность помпы. Экономная работа позволяет существенно экономить на плате за электроэнергию.

Приборы третьего поколения.

Автоматические модули третьего поколения наиболее подходят для насосов водоснабжения без гидроаккумулятора. В системе всегда одинаковое давление, вода подается ровным потоком.

Модульная автоматика для скважины: преимущества и недостатки

Автоматика последних поколений собрана в небольшом блоке, подключить ее легко. Преимущества перед ранними электромеханическими приборами — в расширенных возможностях, это:

• тонкая электронная настройка;
• простой контроль и управление;
• увеличивается срок службы оборудования;
• экономится электричество;
• водопроводом с постоянным давлением удобнее пользоваться.

Не лишена модульная автоматика недостатков. Потребители относят сюда, прежде всего, высокую стоимость. Она в 10 раз выше цены на простые устройства. Работа зависит от качества электроснабжения, плохо переносятся скачки напряжения. Многие модули настроены на электронасосы одной марки.

Обзор скважинных насосов для водоснабжения

Глубинные насосы для скважины необходимо выбирать по совокупности параметров. Данное оборудование приобретается на долгие годы, поэтому главным требованием является его высокое качество. Эксплуатационные характеристики лучших моделей скважинных насосов для водоснабжения представлены в следующей таблице.

Таблица характеристик глубинных насосов
Наименование насоса	Даметр, дюймов	Производительность, м³/час	Напор до, м	Цена, %	Страна призводитель
Ручеек-1	4	1,0	60	100	Беларусь
Unipump	4	1,8-4,8	52	400	Китай, Россия
Belamos TF	3	1-3,3	60	720
Aquario	3	1,5	60	1120	Италия, Россия
ESPA	4	4,2	60	1240	Испания
Pedrollo		9,0	135	1400	Италия
TWU	3	3,8	70	1400	Германия
Lowara	4	1,4	105	1440	Италия
Gardena	4	1,5	60	1560	Германия
Grundfos	3	1,5	80	2000	Дания
Wilo	3	2,6	88	2000	Германия

Надеемся, что изложенные рекомендации помогут Вам приобрести необходимое оборудование для закачки воды. Следующий далее видеоролик наглядно демонстрирует правила выбора и монтажа скважинного насоса.

Обзор популярных моделей

Реле давления бывают двух видов: механические и электронные, последние намного дороже и редко применяются. На рынке представлен широкий ассортимент приборов от отечественного и зарубежного производителя, облегчающий выбор необходимой модели.

РДМ-5 Джилекс (15 у. е.) — наиболее популярная качественная модель от отечественного производителя.

РДМ-5

Характеристики

• диапазон: 1,0 — 4,6 атм.;
• минимальный перепад: 1 атм.;
• рабочий ток: максимум 10 А.;
• класс защиты: IP 44;
• заводские настройки: 1,4 атм. и 2,8 атм.

Genebre 3781 1/4″ (10 у.е.) — бюджетная модель испанского производства.

Genebre 3781 1/4″

Характеристики

• материал корпуса: пластик;
• давление: верхнее 10 атм.;
• соединение: резьбовое 1.4дюйма;
• вес: 0,4 кг.

Italtecnica PM/5-3W (13 у.е.) — недорогое устройство итальянского производителя со встроенным манометром.

Italtecnica PM/5-3W

Характеристики

• максимальный ток: 12А;
• рабочее давление: максимум 5 атм.;
• нижнее: диапазон регулировки 1 — 2,5 атм.;
• верхнее: диапазон 1,8 — 4,5 атм.

Из каких частей состоит автоматический блок

В настоящее время существуют различные виды автоматики, начиная от простейших дискретных приборов и заканчивая малогабаритными блоками с широтно-импульсной модуляцией. Все ее виды можно разделить на три группы в зависимости от используемых технологических разработок и диапазона выполняемых функций.

Первое поколение

В этом случае автоматическое управление осуществляется с помощью простейших узлов, к которым относятся:

1. Реле давления и холостого хода. Их функционирование подробно описано выше, приборы несложно своими руками установить в трубопровод и настроить.
2. Гидроаккумулятор. Представляет собой емкость для сбора воды, объем которой может колебаться в значительных пределах, основное назначение – поддержка напора и компенсация гидроударов в системе.
3. Манометр. Элемент, необходимый для контроля давления и настройки гидрореле.

Рис. 9 Автоматика для насоса 1-го поколения

Блоки управления второго поколения

Модули данного класса существенно отличаются от первого вида за счет следующих параметров:

1. все дискретные детали, включая объемный гидроаккумулятор, смонтированы в одном модуле;
2. существенно расширены выполняемые функции;
3. настройка параметров производится электронным способом;
4. многие модули рассчитаны на функционирование с конкретными моделями электронасосов и имеют предустановленные настройки.

Автоматизация управления насосом модулями второго поколения позволяет реализовать следующие функции:

• Отключение помпы спустя несколько секунд при повышении давления выше допустимых параметров или отсутствии жидкости в магистрали.
• Защиту обмотки от холостого хода.
• Возможность тонкого регулирования настраиваемых параметров.
• Электронная индикация, отражающая гидравлические показатели и состояние оборудования.
• Гашение гидроударов за счет установки гидроаккумулятора небольшого объема.
• Плавный пуск, увеличивающий срок службы насосного агрегата.
• Антицикличность, предотвращающая многократное включение электропитания в случае утечки в трубопроводе.

Рис. 10 Модули 2-го поколения

Третье поколение

Третьему поколению автоматики присущи все перечисленные функции второго с дополнительной возможностью регулировки скорости вращения вала электродвигателя. Эта особенность дает следующие преимущества:

• Насосный двигатель работает с учетом водозабора, включая высокие обороты при большом объеме потребления и замедляя свою скорость при малом потоке.
• В модуле отсутствует гидроаккумулятор – в нем нет необходимости, так как водоподача происходит плавно без скачков.
• В водопроводе всегда поддерживается постоянный напор.
• На 30 – 40% экономится электроэнергия при функционировании двигателя в экономичном режиме на малых оборотах.

Модульная автоматика для скважины – преимущества и недостатки

Преимуществами использования автоматики в модулях 2 и 3 поколения являются следующие особенности:

• Все узлы собраны в одном блоке, который занимает мало места и легко подключается к водопроводу.
• Приборы обладают широкими функциональными возможностями для управления.

Рис. 11 Блоки автоматики 3-го поколения

• При использовании увеличивается срок службы электронасоса и других узлов водопроводной магистрали, происходит экономия электроэнергии.
• Упрощается процедура контроля, диагностики, настройки и управления.
• За счет постоянного давления в системе повышается комфортность пользования водопроводом.

К недостаткам можно отнести следующие особенности:

• Большая стоимость модулей третьего поколения, которая в несколько раз превышает второе и на порядок больше первого.
• Работоспособность приборов сильно зависит от напряжения в сети.
• Многие системы рассчитаны на работу только с определенной маркой электронасоса, имеют фиксированные настройки и не подходят для использования с другими приборами.

Рис. 12 Схема установки поверхностного насоса

Насосная автоматика

Управление и контроль за всеми установленными в системе  апаратами обеспечивает блок автоматики. На него возложена задача по включению-выключению электромотора, защита от «сухого пуска» насоса, предупреждение аварийных ситуаций в цепях электроснабжения. 

Автоматический блок содержит:

• Устройства защиты обмоток электродвигателя от перегрева и фазного перекоса в сети.
• Реле давления, регулирующее момент снижения давления в сети до предельного минимума и включения мотора, с последующим выключением в момент достижения рабочего значения.
• Защита от включения двигателя при отсутствии воды в насосе.

Насосная автоматика делится на три разновидности:

• Универсальная
• Для установки в системах с гидроаккумулятором
• Для систем без него

В зависимости от сложности и функциональности устанавливают системы автоматики трех поколений:

• Простотой, надежностью и доступностью отличается механическое управление.
• Электромеханические системы второго поколения характеризуются совершенным управлением и защитой основных узлов. Получили наибольшее распространение.
• Электронная система, включающая цифровые приборы, микрочипы и импульсное управление двигателем насоса. Устанавливается для моделей погружных насосов с частотным регулированием оборотов.

Что такое автоматика для скважины

Автоматические системы управления включают в себя электронику (реле давления, холостого хода, протока), манометр, гидроаккумулятор или модули, в которых эти элементы объединены – все они отвечают за оптимальное функционирование водопроводной магистрали.

В водоподающей линии автоматика выполняет следующую роль:

1. Управляет электронасосом, отключая его по мере наполнения магистрали. В высокотехнологичных системах вместо отключения используется регулировка его скорости вращения электродвигателя.
2. Защищает водопроводную магистраль от гидроударов и способствует созданию некоторого водного запаса при поломке оборудования или пропадании электричества.
3. Включает в себя защитные устройства для насоса, которые прерывают поступление на него электрического тока в случае отсутствия воды в источнике.

Рис. 2 Пример устройства скважинного водозаборного источника

Принцип действия и разновидности

Принцип работы автоматики для скважинного электронасоса основан на изменении физических параметров воды в линии и водозаборном источнике. Насос для скважины с автоматикой отключается и включается при изменении давления, высоты водяного столба в источнике, скорости движения жидкости по трубопроводу или ее пропадании в линии.

При использовании погружных электронасосов в трубопровод устанавливают отдельные узлы управления и гидроаккумулятор, в более современных модульных моделях все приборы объединены в одном блоке.

При использовании поверхностных агрегатов все управляющие элементы монтируют на один каркас, модуль называют насосная станция – использовать ее намного удобнее, чем самостоятельно устанавливать все элементы в линию.

Выбор реле

При выборе гидрореле руководствуется его диапазоном в водопроводе, стандартное значение составляет 1,5 – 3 бар. При подключении с помощью манометра производят его настройку регулировочными винтами. Аналогичным образом поступают с реле сухого хода, настраивая его на отключение питания при напоре в линии менее 1,5 бар. Если частный дом имеет высокую этажность, то для подачи воды с требуемым напором на верхние этажи реле дополнительно настраивают, повышая верхний и нижний пороги срабатывания.

К примеру, если высота подъема на верхние этажи составляет 5 метров (1 бар. соответствует 10 метрам вертикального водного столба), то к верхней и нижней границам срабатывания добавляют по 0,5 бара и в итоге получают диапазон срабатывания от 2 до 3,5 бар. Выбираемая для водоснабжения дома марка должна иметь соответствующий напорный диапазон по паспорту.

Рис. 8 Насосные агрегаты с поплавками и электролитическими датчиками

Зачем автоматизировать работу дренажных нагнетающих устройств ↑

Дренажный насос ещё называют «насосом для грязной воды», так как он может перекачивать жидкости, содержащие большое количество твёрдых частиц. В поверхностном или погружном исполнении это оборудование незаменимо для перекачки воды из резервуаров, которые нуждаются в поддержании «уровня»: котлованов, приямков, скважин, аккумулирующих ёмкостей, коллекторов, крупных сточных труб, сливных ям и т.д.

Каскад из двух насосов с поплавковыми выключателями и пультом управления

Такие приборы помогут защитить уязвимые помещения, которые периодически подвергаются затоплению (подвалы, погреба, цокольные этажи). Также дренажные насосы применяют для обслуживания (чистить, отводить лишнюю воду) искусственных водоёмов с грунтовым дном, они позволяют без проблем качать воду для полива сельхозугодий из естественных источников – рек и озёр.

Главная задача автоматики для дренажных насосов – включать и отключать насос при достижении заданных условий, благодаря чему появляется возможность не просто принудительно осушать и набирать ёмкости, а поддерживать необходимый безопасный уровень жидкости без участия домовладельца.

Насосы – дорогостоящие устройства. Они «не любят» работать без воды, которая, будучи перекачиваемой рабочей средой, также играет немаловажную роль в смазке некоторых движущиеся частей и охлаждении оборудования. Сухой ход для дренажного насоса так же вреден, как и для любого другого прибора. Практика показывает, что невозможно быть на сто процентов уверенным, что этого не случится, даже если уровень в источнике/резервуаре активно восполняется. Избежать таких ситуаций позволяет автоматика, которая в нужный момент отключает питание.

Вариант комплектации станции управления дренажным насосом

Автоматика для дренажного насоса – не просто выключатель. Её нужно рассматривать как сложное многокомпонентное устройство, так называемый «пульт управления», который помимо прочего защищает силовое оборудование от:

• короткого замыкания;
• перепада напряжения (от повышенного и слишком низкого);
• тока утечки (в том числе человека от поражения током);
• обрывов фазного провода и перекоса фаз (для устройств на 380 вольт);
• повышения силы тока (при заклинивании рабочих колёс);
• подгорания/залипания контактов и клемм.

В продаже имеются полностью готовые пульты, к которым нужно только подсоединить необходимые датчики и произвести программирование. При наличии опыта можно и самим на DIN-рейке отдельного щитка собрать функциональный управляющий блок.

Принцип действия и разновидности

Принцип работы автоматики для скважинного электронасоса основан на изменении физических параметров воды в линии и водозаборном источнике. Насос для скважины с автоматикой отключается и включается при изменении давления, высоты водяного столба в источнике, скорости движения жидкости по трубопроводу или ее пропадании в линии.

При использовании погружных электронасосов в трубопровод устанавливают отдельные узлы управления и гидроаккумулятор, в более современных модульных моделях все приборы объединены в одном блоке.

При использовании поверхностных агрегатов все управляющие элементы монтируют на один каркас, модуль называют насосная станция – использовать ее намного удобнее, чем самостоятельно устанавливать все элементы в линию.

Характеристика устройства

Посредством автоматики удается обеспечить защиту электрооборудования, а также продлить срок службы всего приспособления.

Ознакомиться с характеристиками устройства можно в интернете

Автоматизация погружного насоса имеет ряд преимуществ:

1. Существует множество видов указанных приспособлений, предназначенных для скважинного оборудования. Выбирая изделие, следует отдать предпочтение модели, которая обладает идеальной совместимостью с используемым насосом.
2. Готовые агрегаты продаются с настроенными узлами. Не нужно самостоятельно подыскивать узлы, после чего комплектовать их в единый блок.
3. Для систем автоматического функционирования характерно безопасное включение насосного оборудования, регулирование его мощности. При помощи подобной системы отпадает необходимость постоянно контролировать работу оборудования.

Помимо указанных положительных характеристик подобные устройства имеют несколько недостатков. Так, система в готовом виде будет дорого стоить. Чтобы сэкономить, но сделать качественный контроль за погружным насосом, можно самостоятельно подобрать требуемые узлы.

Блок автоматики следует применять с гидроаккумулятором. Но такое приспособление придется приобретать отдельно.

Если планируется использовать вибрационный насос, необходимо провести смену настроек. Показатели входного давления не должны превышать 0,3 атм.

Схемы компоновок системы автоматического водоснабжения

При организации автономного водоснабжения недостаточно приобрести нужную модель насоса, помимо этого, необходимо позаботиться об организации автоматики.

Пример схемы компоновок системы автоматического водоснабжения

Существует несколько вариантов компоновок устройства:

1. «Насос в бочке». Схема так названа вследствие расположения узлов в определенной области. Подобная компоновка максимально компактна. Удалось добиться мобильности за счет гибкого шланга, обеспечивающего подпитку гидроаккумулятора. Автоматика устанавливается на водяной скважинный прибор, а узлы управления выносятся на поверхность.
2. Модуль устройства располагается на гидравлическом аккумуляторе. Устройство для водоснабжения дома и прилегающего к нему участка представлено компоновкой узлов на поверхности аккумулятора. Коллектор соединяется с выходным насосным шлангом, который располагается непосредственно в скважине.
3. Современные станции устанавливаются возле коллектора холодной воды, что позволяет добиться требуемого давления. Гидроаккумулятор размещается под ванной, а водная магистраль будет отходить от насоса.

Блок, отвечающий за работу оборудования, носит название пресс-контроль. Данное реле потока предназначено для запуска насоса при открытии крана. Если происходит его закрытие, пресс-контроль реагирует выключением оборудования. Данное приспособление принято использовать для поверхностных устройств.

Установка погружной помпы и ее подключение

Для установки погружной помпы обычно используют оголовок, помещенный в кессонную яму вместе с оборудованием или адаптер, врезанный в боковую стенку обсадной трубы. В последнем случае все автоматические узлы помещаются в жилом доме или отдельном хозяйственном строении.

Рис.13 Схема подключения и установки глубинных насосов в скважину

При выборе автоматики для насоса основным критерием является ее стоимость, связанная с применяемым погружным электронасосом. При использовании недорогих электронасосов отечественного или китайского производства достаточно применения простейших автоматических приборов – функции дорогих управляющих блоков с такими агрегатами не будут полностью реализованы. Если приобретается дорогой аппарат (например электронасос Grundfos за 1000 у.е.) с частотным регулированием скорости вращения электродвигателя, использование любых других устройств кроме родного модуля Grundfos PM2 не имеет никакого смысла.

>

Классификация кессонов

Кессон – это герметическая емкость, предназначенная для защиты устья скважины от мороза, осадков и прочих негативных явлений. Его форма может быть разнообразной, но достаточной для того, чтобы внутрь мог спуститься человек для обслуживания оборудования. Кессон для скважины может быть изготовлен из нескольких видов материалов:

Схема устройства кессона.

1. Пластик – это самый удобный и практичный вариант, который обладает оптимальной стоимостью. Пластиковая конструкция отличается небольшим весом, монтаж ее простой и быстрый, он не требует особого опыта. Жесткость получается в данном случае не слишком высокая, хотя это можно компенсировать, залив по контуру бетонное кольцо.
2. Кессон для скважины из бетона является тоже практичным, долговечным, но монтаж его сложный, требует определенных знаний при планировании. После установки необходимо обеспечить отличную тепло- и гидроизоляцию.
3. Кирпичные модели обладают высочайшим качеством, но своими руками их практические невозможно осуществить. Требуется опытный специалист, так как монтаж сложный.
4. Емкость из металла получается максимально прочной, долговечной, обладающей отличными эксплуатационными свойствами. Металл подвержен коррозии, поэтому необходимы работы по гидроизоляции. Зато прочность и способность выдерживать нагрузки у такой конструкции высокие.

Гидроаккумулятор для водоснабжения

Металлический бак с резиновой мембраной (грушей). В бак через ниппель закачивается воздух с P=1,5 атм. Когда закрывают кран, давление в системе повышается, вода наполняет грушу и сжимает воздух в баке. Вода – несжимаемая жидкость, и, чем больше воды в баке, тем выше в нем давление. Когда краны открывают, давление падает и воздух выталкивает воду из мембраны в трубу.

У гидроаккумулятора две основных функции:

• Защита от гидроудара. При закрывании кранов поток воды встречает преграду и возможен гидроудар. Очень сильный удар может повредить трубы и даже сорвать скважинный насос. Гидробак временно забирает лишнюю воду, ударная волна не возникает.
• Защита скважинного насоса от быстрого изнашивания. В баке накапливается вода, которая при открывании крана поступает в систему. Реле «не чувствует», что давление упало, и не включает насос. Тем самым экономится его рабочий ресурс.

Подбор гидроаккумулятора по объему

Для вычисления объема гидробака выведена формула:

Где:

16,5 – коэффициент;

Q – общий расход воды домовой сантехникой, л/мин;

А – лимит включений насоса в час;

Pмин – P в системе, когда скважинный насос включен (в среднем 1,4 атм);

Pмакс – P в системе, когда скважинный насос выключен (в среднем 2,8 атм);

P0 – Р воздуха в пустом гидроаккумуляторе (Pмин минус 10%).

Примерный расчет объема гидроаккумулятора:

• А – до 20 включений в час;
• Q – 35 л/мин;
• P0 – 1,26 атм.

Подставляем цифры в формулу и получаем:

Многие задают вопрос, нужен ли гидробак с «умной автоматикой». Она включает и выключает скважинный насос при изменении давления и гидробак в идеале не нужен. Мы считаем, что гидроаккумулятор надо ставить обязательно. Всегда есть вероятность, что автоматика даст сбой. Лучше заранее обезопасить себя и поставить гидробак, чем потом тратиться на ремонт.

Выбор реле

При выборе гидрореле руководствуется его диапазоном в водопроводе, стандартное значение составляет 1,5 — 3 бар. При подключении с помощью манометра производят его настройку регулировочными винтами. Аналогичным образом поступают с реле сухого хода, настраивая его на отключение питания при напоре в линии менее 1,5 бар. Если частный дом имеет высокую этажность, то для подачи воды с требуемым напором на верхние этажи реле дополнительно настраивают, повышая верхний и нижний пороги срабатывания.

К примеру, если высота подъема на верхние этажи составляет 5 метров (1 бар. соответствует 10 метрам вертикального водного столба), то к верхней и нижней границам срабатывания добавляют по 0,5 бара и в итоге получают диапазон срабатывания от 2 до 3,5 бар. Выбираемая для водоснабжения дома марка должна иметь соответствующий напорный диапазон по паспорту.

Рис. 8 Насосные агрегаты с поплавками и электролитическими датчиками

Заключение

При помощи различных средств автоматического регулирования и управления можно построить стабильную, надежную систему водоснабжения с применением погружного или любого другого насоса. Выбор конкретного оснащения зависит от будущих условий эксплуатации. Для дачи или загородного дома, где живут один сезон, вполне хватит станции с автоматикой первого уровня. Более сложная система позволит постоянно, в комфортных условиях потреблять большое количество воды. А тем, кто хочет получить гарантированную надежность, удобство, экономию электроэнергии, стоит останавливать выбор на дорогих автоматических средствах управления третьего поколения.