Надійне водопостачання дачних селищ. автоматична
робота насоса на водонапірну вежу.
Найбільш широко застосовувана система водопостачання дачних селищ - баштова. Сьогодні пейзаж Росії немислимий без суцільнометалевих водонапірних веж Рожновського. Не можна проїхати і декількох кілометрів, щоб не помітити чергову, що з'явилася на обрії.
Історія суцільнометалевих що не обігріваються водонапірних веж-колон почалася в 1925 році, коли інженер П.І.Земсков на основі проведених ним в зимовий час замірів температури води в водонапірних вежах на залізничній магістралі Омськ - Іркутськ прийшов до висновку про можливість відмови від їх опалення.
У 1936 році інженер А.А.Рожновскій запропонував конструкцію, метод швидкісного монтажу і схему автоматичної роботи суцільнометалевої що не обігрівається вежі.
Розглянемо баштову систему. Надійна робота системи в автоматичному режимі, перш за все, залежить від того, в якій мірі враховані особливості, умови та режими взаємного функціонування всіх елементів системи: свердловина, погружной насос, водонапірна вежа, трубопровід, санітарно-технічні прилади споживача. Останнє визначає режим водоспоживання, який диктує всю роботу системи.
Режим водоспоживання в селищі характеризується великою нерівномірністю витрат, з коефіцієнтом годинної нерівномірності, що досягає 2,5. Це означає, що днем в період максимального розбору води її годинна витрата може в 2,5 рази перевищувати середнє значення (1/24 частина) добового расхода.Ночью, навпаки, витрата води різко скорочується. (Славін Р.М. Гришин А.П. Автоматизація електронасосних установок / Техніка в сільському господарстві, №11,1987, с.33.)
Безпосереднє включення насоса в мережу без вежі в умовах сильної нерівномірності витрати призвело б до ненормальному режиму роботи насоса з недостатнім напором або, навпаки, з малою подачею і надмірним тиском. На такі режими роботи системи й насоси, і мережа водопостачання не розраховані, при цьому в мережі відбувалися б глибокі перепади тиску, перебої в подачі води, різко зросла б споживання електроенергії. Включення в мережу водопостачання водонапірної вежі дозволяє насосу і споживачам води діяти за своїми графіками, причому насос завжди працює в розрахунковому, найбільш вигідному і правильному режимі.
Вежа в системі виконує різні функції.
Основними показниками вежі, що випливають з функціонального призначення, є її висота і ємність бака. Висота вежі визначається необхідним напором, а ємність бака величиною запасу води, регульованого і повного обсягів. Вода в башті розташовується по всій її висоті, як в баку, так і в її стовбурі. У зимовий час усередині вежі на її стінках утворюється лід, який, будучи природним теплоізолятором, дозволяє виключити обігрів вежі. У конструкції вежі на її внутрішніх стінках для цієї мети передбачені льдоудержівателі.
Конструкція вежі складається з наступних основних частин (Типовий проект 901-5-29):
1 напірно-розвідний трубопровід
2 грязьова труба
3 фундаментні штирі
4 бетонний фундамент
5 земляна обсипання
7- 8- зовнішня і внутрішня сходи
Для управління насосом треба чітко уявляти собі поточний рівень води в баку, щоб уникнути переповнення бака, переливу, або навпаки, спорожнення вежі. З цією метою при ручному управлінні насосом застосовують різного роду сигналізатори рівня, що вказують кількість води в баку. При їх відсутності досвідчений персонал виробляє такі практичні навички, які допомагають йому більш-менш задовільно стежити за режимом роботи насоса і вежі, хоча при такій роботі наосліп випадки переливу або, навпаки, нестачі води дуже нерідкі.
Очевидно, що при такому режимі роботи перепад між верхнім і нижньому рівнями води в баку виходить досить великим. Цей перепад і визначає регульований обсяг бака, рівний площі бака, помножений на величину перепаду. Частина, що залишилася утворює невитратний господарський і протипожежний запас.
Зауважимо, що чим менше регульований обсяг, тим більше запас і навпаки. Якщо між самим нижнім і верхнім рівнями розташований весь обсяг бака, це означає, що запасу води в ньому практично немає, тому що вся ємність бака використовується як регульований обсяг. Якщо, навпаки, регульований обсяг обраний малим, це означає, що велика частина обсягу бака використовується для зберігання невитратний запасу води. Надмірне зниження рівня призводить не тільки до зниження напору і порушення водопостачання, а й загрожує замерзанням вежі. Переливи вежі, особливо в зимовий час, також серйозно порушують нормальну роботу. Нерідко взимку можна бачити вежу, що нагадує крижаний стовп. В умовах суворої зими рідкісне і нерегулярне наповнення бака, його повне спорожнення небажано.
Інша справа при використанні автоматичного управління подачею води насосом в вежу. Автоматизація насоса дозволяє уникнути всіх недоліків ручного управління. Завдяки автоматизації такий режим не тільки не вимагає додаткових витрат праці, а й взагалі виконується без участі людини. При досить частою підкачування води можна не побоюватися спорожнення бака і замерзання води, що особливо небезпечно взимку в нічний період, коли витрата води практично припиняється, і бак міг би на тривалий час залишатися з мінімальним запасом води. В цьому випадку в баку фіксуються два рівня - верхній, при досягненні водою якого насос повинен бути відключений, і нижній - при досягненні якого він знову автоматично включається. Вибираючи відстань між верхнім і нижнім рівнями на датчику, ми чітко визначаємо величину регульованого обсягу і невитратний запасу води. Чим же треба керуватися при виборі цих величин? Скорочуючи регульований обсяг, ми збільшуємо запас води, однак при цьому зростає число включення насоса, яке обмежене по ГОСТ трьома включеннями в годину.
Заміри показали, що збільшення частоти включення насоса в добу з 2 до 7 разів дозволяє зменшити регулює обсяг майже в 3 рази і суттєво збільшити запас води. (Славін Р.М. Гришин А.П. Автоматизація електронасосних установок / Техніка в сільському господарстві, №11,1987, с.33.)
Тобто, вимоги до частоти включення електронасоса суперечать умові зменшення регульованого обсягу.
Визначимо залежність між цими величинами. Нехай подача насоса завжди більше годинної витрати води. Число включень насоса в годину, тобто частота включень дорівнює величині, зворотній тривалості ціклаtц. що складається з часу роботи насоса tр і часу паузи tп.
Якщо q н - годинна продуктивність насоса, м3 / год, а
qп - годинна витрата води, м3 / год, споживачами, то:
З урахуванням (2) і (3) частота включень дорівнює:
Математична залежність частоти включень від витрати водоспоживання (4) є крива другого порядку з максимумом при qп = 0,5qн. тоді
Знаючи граничну величину Zтах і продуктивність насоса можна визначити мінімальний регульований обсяг і по ньому мінімальну величину перепаду між нижнім і верхнім рівнями. При цьому запас води в баку вежі буде максимально можливим.
За формулою (5) для граничної величини Zтах = 3 і площі бака S = 7,065 м 2 можна розрахувати для ряду продуктивностей застосовуваних насосів мінімальну величину перепаду між рівнями.
Подача насоса, q н
Такий датчик є універсальним. Однак якщо застосовувати свій датчик з перепадом висот для кожного конкретного насоса, регульований обсяг у міру зменшення їх подач також буде зменшуватися, збільшуючи запас води.