Дозирующий насос или инжектор Вентури: насосы для дозирования удобрений при фертигации

Что такое насос-дозатор и чем он отличается от инжектора Вентури?

Насос-дозатор — это объёмный насос, подающий точно заданный, регулируемый объём жидкости за каждый ход или оборот. Это позволяет вводить удобрение, кислоту или хлор с контролируемой подачей в оросительную линию под давлением. Инжектор Вентури выполняет аналогичную задачу без двигателя и движущихся частей: вода, проходящая через узкую горловину, создаёт разрежение, которое втягивает концентрированный раствор в линию.

Оба устройства используются для подачи питательных веществ и реагентов для обработки воды в теплицах, на вертикальных фермах, в плодовых садах и открытом грунте. Насос-дозатор выигрывает по точности и независимости от давления в линии, а инжектор Вентури — по простоте и цене покупки. В этом руководстве объясняется, как работает каждое устройство, какие существуют основные типы дозирующих насосов, как подобрать насос для подачи реагентов и в каких случаях инжектор Вентури для удобрений будет лучшим выбором. Более широкий обзор всех групп инжекторов приведён в нашем руководстве по инжекторам удобрений и системам фертигации.

Как работает насос-дозатор?

Насос-дозатор перемещает фиксированный объём за каждый ход и регулирует подачу изменением длины хода, частоты ходов или скорости двигателя. Поскольку объём за ход остаётся почти постоянным во всём номинальном диапазоне давления насоса, подача предсказуема даже при изменении давления в линии. У качественных мембранных насосов-дозаторов отклонения при повторных измерениях обычно составляют несколько процентов, а для многих качественных моделей в стабильных условиях заявлена погрешность около плюс-минус 1–2%.

Термины «дозирующий насос», «насос-дозатор реагентов», «насос подачи реагентов» и «насос впрыска реагентов» в орошении и водоподготовке используются практически как взаимозаменяемые. Слово «дозирующий» обычно описывает задачу — добавление небольшого отмеренного количества, а «насос-дозатор» подчёркивает точность. На практике насосы-дозаторы и дозирующие насосы относятся к одной группе оборудования.

Какие существуют основные типы дозирующих насосов?

• Электронные мембранные насосы с электромагнитным приводом. Электромагнит импульсно приводит в движение мембрану с покрытием из PTFE. Эти электронные насосы-дозаторы рассчитаны на малую подачу, обычно от значений значительно ниже 1 L/h до примерно 50 L/h, при давлении до приблизительно 10–20 bar (145–290 psi). Они принимают сигналы 4–20 mA, импульсные или цифровые сигналы, поэтому легко подключаются к контроллеру EC (электропроводности) или pH. Это типичный электрический насос для удобрений или дозирующий насос для реагентов в тепличном узле фертигации.
• Механические мембранные насосы с электродвигателем. Электродвигатель и редуктор приводят мембрану в движение, обеспечивая более высокую подачу — от десятков до сотен литров в час — и более равномерный поток. Такие промышленные дозирующие насосы широко применяются в крупных узлах фертигации и на установках водоподготовки.
• Мембранные насосы с гидравлическим приводом и поршневые (плунжерные) насосы. Их применяют при высоком давлении в линии или когда требуется небольшая подача при высоком давлении, например для ввода реагентов в напорную магистраль или промышленный технологический процесс.
• Перистальтические насосы. Ролики сжимают гибкую трубку, поэтому жидкость контактирует только с ней. Эти насосы самовсасывающие и хорошо работают с жидкостями, выделяющими газ, например с гипохлоритом натрия, но трубки изнашиваются и требуют регулярной замены. Такие насосы популярны в дозаторах питательных растворов для гидропоники.
• Пропорциональные инжекторы с приводом от потока воды. Поток воды приводит в движение поршень, который втягивает концентрат в фиксированной пропорции, часто регулируемой примерно от 1:500 до 1:50 (0.2–2%). Они не требуют электричества и сохраняют пропорцию дозирования при изменении расхода, что подходит для питомников и небольших теплиц.

Как работает инжектор Вентури?

Инжектор Вентури ускоряет воду при прохождении через узкую горловину, в результате чего давление в боковом всасывающем патрубке падает ниже атмосферного, и жидкость из открытой ёмкости втягивается в поток и смешивается с водой. Для создания этого разрежения необходим перепад давления между входом и выходом; без перепада всасывания не будет.

Производители публикуют таблицы характеристик, связывающие давление на входе, давление на выходе, расход рабочей воды и подачу всасываемого раствора. Ориентировочно всасывание начинается только тогда, когда давление на выходе заметно ниже входного, часто примерно на 20%, а для номинальной подачи всасываемого раствора обычно требуется больший перепад. Всегда подбирайте устройство по техническим данным конкретной модели, а не по общему правилу.

Как устанавливают инжекторы Вентури для удобрений?

• Байпас с дросселирующим клапаном. Инжектор устанавливается на параллельной обходной линии вокруг клапана в основной магистрали. Частичное закрытие клапана создаёт перепад давления, обеспечивающий работу инжектора Вентури. Это самая простая схема монтажа, распространённая в малых и средних системах.
• Байпас с повысительным насосом. Небольшой насос на обходной линии создаёт перепад без дросселирования основной магистрали, поэтому ввод раствора не снижает давление в системе. Большинство автоматических установок фертигации используют эту схему с несколькими каналами Вентури, каждый из которых оснащён расходомером и электромагнитным или импульсным клапаном.
• Установка непосредственно в магистрали. Весь поток проходит через инжектор Вентури большего размера. Схема проста, но вызывает значительные потери давления в системе, поэтому применяется главным образом при достаточном запасе давления.

Подача обычного инжектора Вентури меняется в зависимости от давления и расхода в линии, поэтому сам по себе он не является точным дозирующим устройством. Когда контроллер считывает EC и pH ниже по потоку и импульсно управляет клапаном каждого канала, система Вентури становится точным дозатором жидких удобрений с обратной связью. Именно так наша интеллектуальная установка фертигации подмешивает в поливную воду растворы из нескольких баков с маточными растворами.

Насос-дозатор, инжектор Вентури и пропорциональный инжектор: сравнение

Выбор подходящего инжектора зависит от требуемой точности, доступного электропитания, допустимых потерь давления и дозируемых реагентов. В таблице сравниваются распространённые варианты.

Какие вещества дозируют насосы для подачи реагентов в сельском хозяйстве?

В сельском хозяйстве насосы такого типа чаще всего дозируют жидкие удобрения, кислоты и окислители, причём каждая жидкость предъявляет свои требования к материалам контактирующих с ней деталей. Подбор головки насоса, уплотнений и трубок с учётом реагента так же важен, как и подбор по подаче.

• Маточные растворы жидких удобрений, обычно в двух баках (A и B), чтобы хранить кальций отдельно от сульфатов и фосфатов. Насосу для подачи жидких питательных удобрений необходимы умеренная точность и хорошая коррозионная стойкость; обычно используются головки из PVC, PP или PVDF. Целевые значения приведены в нашем руководстве по питательным растворам для гидропоники, EC и pH.
• Кислоты, например азотная, фосфорная или серная, используются для снижения pH и содержания бикарбонатов, а также для растворения минеральных отложений в капельницах. Используйте контактирующие с жидкостью детали из PVDF или PTFE и соблюдайте указания паспорта безопасности поставщика.
• Хлор (гипохлорит натрия) и перекись водорода применяются для борьбы с биоплёнкой в капельных трубках и гидропонных каналах. Гипохлорит выделяет газ, поэтому предпочтительны насосы с дегазирующими головками или перистальтические насосы. Никогда не смешивайте кислоту и хлор в одном баке или в одной точке ввода.
• Средства защиты растений вносятся с поливной водой, если это разрешено инструкцией на этикетке препарата. Во многих штатах США такое внесение регулируется и требует специальных устройств защиты от обратного потока и блокировки, поэтому перед вводом любого пестицида уточните местные правила.

В тракторных агрегатах для внесения жидких удобрений на опрыскивателе или раме для междурядной подкормки используются насосы с теми же принципами работы. В стационарных системах орошения инжектор обычно находится в головном узле рядом с фильтрами и контроллером.

Как подобрать насос-дозатор реагентов или насос для подачи удобрений?

Насос-дозатор реагентов подбирают по расходу поливной воды, пропорции разбавления маточного раствора и давлению в точке ввода. Основная формула проста: подача раствора = расход системы × целевая концентрация ÷ концентрация маточного раствора.

1. Определите максимальный расход системы. Ориентируйтесь на зону орошения с наибольшим расходом, например 10 m³/h (около 44 US gpm).
2. Задайте пропорцию разбавления. Если ваша рецептура питания предусматривает смешивание маточных растворов в пропорции 1:100, вам потребуется 10,000 L/h ÷ 100 = 100 L/h каждого маточного раствора.
3. Предусмотрите запас производительности. Выберите насос или канал Вентури с номинальной подачей примерно в 1.25–1.5 раза выше расчётной, чтобы устройство работало в середине своего диапазона, где точность наилучшая. В данном случае — около 125–150 L/h.
4. Проверьте давление нагнетания. Давление насоса должно с запасом превышать давление в линии в точке ввода. Для линии с давлением 3 bar (44 psi) разумно выбрать насос, рассчитанный на 5 bar или выше.
5. Проверьте совместимость реагентов и материалов. Убедитесь, что головка, мембрана, уплотнения, всасывающие и нагнетательные трубки совместимы со всеми реагентами, с которыми будет работать насос.
6. Определите способ управления. Решите, будет ли насос работать с фиксированной подачей, по импульсам расходомера (пропорциональное дозирование) или от контроллера EC/pH (с обратной связью).
7. Выполните калибровку после монтажа. Проведите проверку по снижению уровня жидкости в калибровочной колонке или мерном цилиндре и корректируйте настройку, пока измеренная подача не совпадёт с целевой.

Для многоканальных рецептур питания с целевыми значениями EC и pH принципы подбора подробнее рассмотрены в статье «Как подобрать систему фертигации».

Монтаж, комплектующие и безопасность

Надёжная система дозирования реагентов включает не только насос: ей необходимы подходящие комплектующие, правильно выбранная точка ввода и блокировки, прекращающие дозирование при остановке потока воды. Большинство проблем с дозированием на практике связано с особенностями монтажа, а не с самим насосом.

• Приёмный обратный клапан с сетчатым фильтром на всасывающей линии, установленный на несколько сантиметров выше дна бака, чтобы не захватывать осадок.
• Клапан впрыска (обратный клапан) в точке ввода, чтобы поливная вода не могла поступать обратно в линию реагента.
• Клапан противодавления при подаче насосом в линию с низким или переменным давлением — для предотвращения сифонного перетока и передозировки.
• Предохранительный клапан сброса давления для защиты насоса и трубок при закрытии клапана ниже по потоку.
• Демпфер пульсаций для крупных мембранных насосов, подающих жидкость в длинные линии.
• Защита от обратного потока на линии водоснабжения в соответствии с местными нормами водоснабжения и внесения реагентов с поливной водой.
• Электрическая блокировка, обеспечивающая работу инжектора только при работающем оросительном насосе и подтверждённом потоке воды.

По возможности вводите раствор перед основным фильтром, чтобы задерживать нерастворённые частицы, но после любого фильтра, который может быть повреждён реагентом. Самоочищающийся фильтр для орошения, рассчитанный на полный расход системы, защищает капельницы от выпадающих осадков. После фертигации промывайте линии чистой водой, как описано в нашем руководстве по обслуживанию и ремонту капельного орошения.

Что проверить при покупке насосов-дозаторов и инжекторов Вентури

При сравнении производителей насосов для подачи реагентов или поставщиков дозирующих насосов запрашивайте у каждого одинаковую информацию, чтобы коммерческие предложения можно было сопоставить. Ниже приведены характеристики, которые мы просим покупателей подтвердить перед подбором узла фертигации.

• Максимальная и минимальная подача (L/h или gph), а также глубина регулирования при требуемом давлении.
• Максимальное давление нагнетания (bar или psi) и высота всасывания.
• Материалы контактирующих с жидкостью головки, мембраны, клапанов, уплотнений и трубок с проверкой совместимости с каждым реагентом.
• Напряжение питания (например, 220–240 V, однофазное, или 380–415 V, трёхфазное), степень защиты IP и управляющие входы: импульсный, 4–20 mA, RS485 или Modbus.
• Для инжекторов Вентури: подача всасываемого раствора при фактическом давлении на входе и выходе, расход рабочей воды и наличие повысительного насоса в комплекте.
• Количество каналов, расходомеры на каждом канале, датчики EC и pH и функции аварийной сигнализации контроллера.
• Комплекты запасных частей (мембраны, шарики клапанов, перистальтические трубки) и рекомендуемые интервалы обслуживания.

Для мобильной фертигации или небольших объектов комплексная установка на тележке, например наш мобильный интегрированный узел полива и внесения удобрений, объединяет насос, инжекторы и контроллер на одной раме. Давление и расход в основной магистрали также зависят от оросительного насоса; этот вопрос рассматривается в нашем руководстве по насосам для орошения.

Следующие шаги

Насос-дозатор подходит, когда требуется точное, независимое от давления дозирование кислоты, хлора или одного потока питательного раствора, а инжекторы Вентури с повысительным насосом и управлением по EC/pH часто являются наиболее экономичным решением для многоканальной фертигации. Если вы предоставите данные о расходах по зонам, рецептуре маточных растворов, анализе воды и электроснабжении, наши инженеры смогут порекомендовать насос-дозатор, инжектор Вентури или комплектный узел фертигации и подготовить предложение на поставку напрямую с завода, в том числе с индивидуальным количеством каналов. Для начала отправьте нам данные вашего проекта.