Автономное водоснабжение дома

Как работает автоматика и защитные механизмы

Задача автоматики для скважины – обеспечить оптимальное функционирование электронасосов любого типа, отключать их от электропитания в ситуациях, которые грозят поломкой. Устройства реагируют на параметры воды, разрыв цепи выполняется электромеханическими контактами или через электронные блоки.

Управление насосом по давлению

Работу выполняет гидрореле. Оно отключает питание электронасоса при верхнем давлении и включает при падении до низшего. Работает совместно с гидроаккумулятором, реагируя на изменения, происходящие в этом резервуаре.

В бачке имеется мембрана, которая разделяет внутреннее пространство на 2 части – одну занимает воздух, другую – вода. Когда закачивается жидкость, давление в гидроаккумуляторе возрастает. Через подвижный шток мембрана воздействует на контакты реле, которые размыкают электрическую цепь. Когда из бачка забирают воду, давление падает, контакты на реле замыкаются.

Управление насосом по давлению.

Регулируется устройство всего 2 винтами. Их вращением устанавливают пороги срабатывания. Прибор автоматически управляет подачей воды в систему в зависимости от давления в ней. Такие реле используют для насосных станций и других видов помп.

Реле давления с защитой от работы на сухую

Иногда уровень воды падает настолько, что насосу грозит перегрев и поломка. Необходим прибор с датчиком сухого хода, подающим сигнал на реле, которое отключит помпу, чтобы не сгорела. Оно реагирует на понижение давления жидкости в электронасосе до критического уровня. Устройство и действия полностью совпадают с реле давления. Границу срабатывания регулируют 2 винтами.

Разновидности поплавковых механизмов

Поплавки включают в общую схему водопровода. Различают изделия, встроенные в электронасосы и отдельные. В первом варианте они служат выключателем помпы, когда кончается вода. Это предохраняет агрегат от работы насухо и поломки.

Наружные поплавковые механизмы располагают в емкостях, куда закачивается жидкость. В домашнем водопроводе это бачок, который устанавливают для создания напора в системе, если нет гидроаккумулятора. Поплавок управляет работой насоса, отключая его, чтобы избежать перелива. Защитными функциями от сухого хода такие модели не обладают.

Контролирование работы по уровню воды

Устройство необходимо поместить в колодец.

Глубинный электронасос охлаждается водой. Когда она в источнике падает и обнажается корпус агрегата, а двигатель продолжает работать, горит обмотка. Это самая опасная поломка для погружных помп, поэтому на многих моделях устанавливают защиту от перегрева.

Когда она отсутствует, применяют поплавковый выключатель, который реагирует на понижение уровня воды и отключает электричество.

Такие устройства размещают в колодцах, в скважине не хватает места. Конструкция простая: в корпусе находится шарик и рычаг. Когда поплавок опускается, шарик своим весом заставляет рычаг разомкнуть контакты. Жидкость прибывает, поплавок всплывает, помпа включается. Порог срабатывания выставляют, меняя точки подсоединения проводки.

В скважине устанавливают поплавки с другим принципом работы. Они оборудованы электролитическим выключателем. Когда есть жидкость, проходит ток. При падении уровня цепь разъединяется, электричество не подается. В приборе применяется электронная схема.

Пресс-контроль

Устройство находится в водопроводе, откуда управляет перекачивающим агрегатом. Состоит из намагниченной шторки (лепестков) и электронного блока. Когда в магистрали есть вода, лепестки подняты, замыкают своим магнитным полем геркон – электромагнитный коммутатор. Если поток жидкости прекращается, шторка падает, герконовые контакты размыкаются.

Через них проходит малый ток на электронную часть устройства. Она состоит из мощных элементов, управляющих подачей напряжения на водяной насос.

Пресс-контроль.

Простейшие приборы регулируются размерами шторок. Тонкая настройка производится герконом на моделях, в которых предусмотрено его перемещение относительно лепестков. В зависимости от расстояния меняется сила магнитного поля и порог срабатывания герконового переключателя.

Выбор реле

Приборы устанавливаются на гидробаках, поверхностных и глубинных помпах. Условия эксплуатации отличаются, поэтому предъявляются разные требования к защите от влажности. Самые простые в этом отношении – устанавливаемые на гидроаккумулятор в сухом помещении. Максимальная надежность – у блока автоматики для погружной помпы.

При выборе реле ориентируются на давление воды в магистрали. В стандартных условиях минимальное – 1,5 атм, максимальное – 3 атм. Модели рассчитаны на диапазон наименьшего и наибольшего значений, в пределах которых могут работать. Если максимальное давление в системе 3 атм, то выбирают реле с таким же предельным значением.

Учитывают высоту: для подъема воды на каждые 5 м дополнительно необходимы 0,5 атм. Например, для 2 этажа дома понадобится реле с рабочим диапазоном 2-3,5 атм.

Современные скважинные насосы имеют на корпусе посадочное место под реле. Если прибор установить на самой помпе, повышается работоспособность системы. Для перекачивающих агрегатов, опущенных в колодец или скважину, желательно применить реле с защитой от сухого хода.

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.

Установка погружной помпы и ее подключение

Возможны 2 варианта монтажа – через оголовок в кессоне, где находится все оборудование, или посредством адаптера. Тогда автоматика размещается в здании. Ее выбирают исходя из модели насоса для воды. К недорогой отечественной или китайской покупают такую же систему управления – с этими помпами возможности продвинутой автоматической системы полностью не реализуются. Для фирменных моделей необходимы соответствующие автоматические модули.

Подключение производится по линейной схеме обвязки. Начинают с гидроаккумулятора, если он используется:

  • подматывают на резьбу фум-ленту, устанавливают «американку»;
  • к ней подсоединяют переходник;
  • к нему – манометр и реле;
  • через фитинг трубу крепят одной стороной к переходнику гидроаккумулятора, другой – к насосу.

Дальше приступают к подготовке помпы:

  • присоединяют подающий шланг;
  • закрепляют на корпусе страховочный трос;
  • его и кабель хомутами фиксируют на шланге;
  • опускают в скважину.

Электрокабель через реле подключают к сети. Включают насос, начинается закачка воды в гидроаккумулятор. Открывают кран, спускают воздух, затем закрывают. Смотрят на показания манометра. Когда вода закачана, стандартное давление 2,8 атм. Включаться помпа должна при падении давления до 1,5 атм.

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

Для индивидуального водоснабжения используются скважинные и колодезные источники чистой воды, забор которой осуществляется с помощью погружных или поверхностных электронасосов. Они не могут работать непрерывно и должны отключаться по мере наполнения магистрали, управление циклами включения отключения электронасоса осуществляет автоматика для скважины или колодца.

При организации системы водоснабжения частного дома электронасос подбирают, исходя из дебита, после чего монтируют автоматическую систему управления его работой, включающую электронику и накопительную емкость. От правильного подбора и настройки электронных управляющих устройств зависит эффективность водоподачи, срок службы электронасоса и удобство пользования водопроводом.

Рис.1 Пример обустройства водоснабжения

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 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.

Автоматика позволяет регулировать работу погружного или поверхностного электронасоса, отключая цепь его питания в электроприборах, реагирующих на поведение жидкости. Размыкание электрической цепи происходит непосредственно через контакты или с помощью мощных радиодеталей.

Рис. 3 Поверхностная станция в кессонной яме

Монтаж реле давления производится в водоподающую магистраль на фитинги после фильтров, при использовании станции оно закрепляется на пятивходовой штуцер, размещенный на гидроаккумуляторе.

Гидравлическое реле является основным управляющим элементом во всех системах водоподачи, оно прерывает поступление электроэнергии при повышении давления в системе до определенного предела.

Принцип действия прибора основан на смещении мембраны, на которую давит жидкость, при этом закрепленный на ней толкатель механически размыкает внутренние контакты. Для настройки в корпусе установлены два регулировочных винта, вращением которых выставляется верхняя граница срабатывания и разница между порогом включения и отключения.

Для защиты помпы от выхода из строя при отсутствии жидкости в скважинном канале, автоматическая система должна обязательно включать в себя реле с защитой от холостого хода, которое устанавливается в линию рядом с другими узлами. Его принцип действия и конструкция полностью идентичны вышеописанному гидрореле с единственной разницей – электроприбор разрывает цепь подачи электричества на помпу при понижении напора в системе до определенного порога. Границы срабатывания прибора задаются двумя подпружиненными регулировочными винтами, помещенными под крышкой, для подсоединения проводов на выходе имеются два клеммных разъема.

Рис. 4 Гидроаккумулятор и манометр – подключение

Поплавковые механизмы могут использоваться как отдельные детали, закрепляемые на стенках водозаборной емкости, так и встроенные в оборудование систем водоснабжения.

Их принцип действия основан на замыкании или размыкании контактов при изменении положения поплавковой головки за счет движения помещенного внутрь предмета (шара), оказывающего давление на рычаг или контакты.

Отдельно стоящие поплавки во взаимодействии с погружным насосом используются, когда поднятая жидкость поступает в накопительную емкость, расположенную на верхних этажах здания. В этом случае расположенный на ее стенках поплавок отключает подачу электроэнергии на агрегат при достижении определенной отметки. При таком применении поплавок не выполняет защитных функций электронаса, а служит лишь средством для предотвращения затопления дома.

Рис. 5 Электронная автоматика – подключение реле для защиты от работы на сухую и давления

Для функционирования отдельно стоящего поплавка в качестве защитного элемента необходимо свободное пространство, которое отсутствует в скважинах, насосные агрегаты с закрепленным поплавковым выключателем на корпусе работают в колодцах.

Для узких скважин могут подойти помпы, в которых используется аналог поплавка – электролитический выключатель, также реагирующий на уровень жидкости.

Низкий уровень воды в скважине приводит к выходу из строя помпы из-за отсутствия водяного охлаждения обмотки электродвигателя, если она не оснащена датчиками защиты от перегрева. В некоторых моделях погружных электронасосов предусмотрено отключение питания при отсутствии жидкости в водоеме посредством встроенных деталей – поплавкового или электролитического выключателя.

Электронасосы с поплавковым выключателем используются только в колодцах – в скважинных каналах для размещения поплавка слишком мало места. Поплавок представляет собой простой механизм, состоящий из металлического шара и рычага, замыкающего контакты – при опускании пластмассовой головки шарик давит на рычаг и контакты размыкаются, прерывая подачу напряжения на обмотку двигателя. Таким образом, при понижении водного уровня насос отключается и начинает работать снова, когда жидкость прибывает и поднимает головку. В поплавковых моделях возможна регулировка порога срабатывания по уровню за счет крепления кабеля в разных точках на ручке корпуса.

В скважинных источниках для контроля уровня можно использовать агрегаты с электролитическим выключателем, представляющим из себя два проводника, закрепленных на ручке корпуса. При наличии жидкости проводники находятся в замкнутом состоянии, проводя через нее ток, а когда водный уровень падает, цепь размыкается, прерывая подачу энергии на помпу через встроенную электронную схему.

Рис. 6 Конструкция поплавковых датчиков

Пресс контроль

Данное устройство рассчитано на управление работой электронасоса в зависимости от наличия жидкости в трубопроводе. Простейшая модель представляет собой намагниченную шторку или лепесток на выходе штуцера прибора, опущенные в водный поток. При прохождении жидкости шторка поднята, и ее магнитное поле замыкает контакты, расположенные внутри геркона, но как только вода в трубопроводе исчезает, шторка опускается и контакты геркона размыкаются.

Это приводит к тому, что в слаботочной цепи пропадает ток, управляющий через мощные электронные элементы подачей напряжения на электронасос – цепь питания размыкается и двигатель останавливается. Порог срабатывания многих устройств определяется площадью лепестков, которые подбираются из нескольких экземпляров, если возникает необходимость тонкой настройки, используют модель, в которой герконовый датчик перемещается, приближаясь или удаляясь от шторки.

Данное устройство редко используется с погружными электронасосами, иногда его применяют для отключения наружных электронасосов, не оснащенных релейной защитой от сухого хода.

Рис. 7 Датчик потока

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

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

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

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

Перед подключением наружных станций первым делом оборудуют скважину – чаще всего монтируют кессон, внутри которой находится водозаборное оборудование вместе с гидроаккумулятором и работает насос. Так как в поверхностных моделях глубина забора не превышает 9 метров, монтаж глубокой ямы помимо защиты оборудования служит и для повышения давления воды в системе – всасывающий патрубок можно опустить ниже уровня земли на 1 метр. При использовании станции все оборудование уже смонтировано и остается только подключить к ней входной и выходной патрубки.

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.

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *