Краткий ответ
Насос для орошения подаёт воду из скважины, пруда или резервуара в капельные линии или линии дождевания с требуемым расходом и давлением. Подбирайте его по расходу самой крупной зоны и полному динамическому напору, который складывается из высоты подъёма, потерь на трение и рабочего давления, используя формулу: kW = m³/h × напор в m ÷ (367 × КПД). Например, при расходе 12 m³/h, напоре 40 m и КПД 65% требуется около 2.0 kW (2.7 hp).
Что такое насос для орошения и как его выбрать?
Насос для орошения — это центробежный, погружной насос или насос с приводом от двигателя внутреннего сгорания, который подаёт воду из скважины, пруда, резервуара или канала в систему орошения с расходом и давлением, необходимыми капельным линиям или дождевателям. Для выбора насоса рассчитайте расход самой крупной зоны и полный динамический напор (высота подъёма плюс потери на трение и требуемое давление), затем подберите насос, характеристика которого проходит через эту рабочую точку вблизи максимального КПД.
В этом руководстве рассмотрены типы насосов, формула подбора с примером расчёта, различия между насосами для дождевания и капельного орошения, контроллеры и фильтры, монтаж и типичные цены. Циркуляционные насосы для гидропонных систем — отдельная тема, рассмотренная в нашем руководстве по насосам и трубопроводам для гидропоники.
Типы насосов для орошения
Выбор типа насоса для орошения прежде всего зависит от расположения воды: для поверхностных источников и неглубоких колодцев используют поверхностные насосы, для глубоких скважин — погружные или турбинные, а на удалённых полях часто применяют привод от двигателя внутреннего сгорания или питание от солнечных панелей. В таблице сравниваются основные типы.
| Тип насоса | Источник воды | Типичный рабочий режим | Преимущества | Ограничения |
|---|---|---|---|---|
| Центробежный с торцевым всасыванием | Пруды, резервуары, каналы, неглубокие колодцы | Большой расход, умеренное давление (часто 2–5 bar) | Простая конструкция, высокий КПД, удобное обслуживание | Практическая высота всасывания около 6–7 m (20–23 ft); требуется предварительное заполнение водой |
| Многоступенчатый центробежный | Резервуары, водопроводные сети, повышение давления | Умеренный расход, повышенное давление (часто 4–10 bar) | Компактность, высокое давление для дождевателей и длинных трубопроводов | Более чувствителен к песку и мусору |
| Погружной скважинный | Буровые скважины | Широкий рабочий диапазон; подъём воды с глубины от десятков до сотен метров | Не требует предварительного заполнения водой, работает тихо, не ограничен высотой всасывания | Для обслуживания требуется подъём из скважины |
| Вертикальный турбинный | Крупные скважины, водосборные приямки, реки | Очень большой расход | Двигатель над землёй, длительный срок службы | Высокие капитальные затраты |
| Эжекторный насос | Неглубокие колодцы | Малый расход | Самовсасывающий, недорогой | Низкий КПД; для садового и бытового применения |
| Насос с приводом от двигателя внутреннего сгорания или вала отбора мощности (PTO) | Реки, пруды, удалённые поля | Большой расход и высокое давление | Не требует электросети, переносной | Расход топлива, шум, обслуживание |
| Насос на солнечной энергии | Скважины, резервуары, пруды | Малый или умеренный расход | Без затрат на топливо, автономная работа | Без накопления энергии производительность зависит от солнечного освещения |
Подбор солнечных панелей и накопителей для полей без электроснабжения описан в нашем руководстве по системам орошения на солнечной энергии.
Как рассчитать параметры насоса для орошения?
Подбор насоса сводится к двум параметрам — расходу и полному динамическому напору (TDH), — а также КПД насоса в этой рабочей точке. Правильный расчёт обоих параметров позволяет избежать двух наиболее распространённых проблем: низкого давления в конце поля и лишнего расхода энергии из-за чрезмерно мощного насоса.
Пошаговый расчёт параметров насоса
- Определите расход зоны. Сложите расходы капельниц или дождевателей в самой крупной зоне, работающей одновременно. Пример: 4,800 m капельной ленты с расходом 2.5 L/h на метр дают 12,000 L/h, или 12 m³/h (около 53 gpm).
- Определите статическую высоту подъёма. Это расстояние по вертикали от уровня воды при откачке до насоса плюс подъём от насоса до самой высокой точки поля.
- Добавьте потери на трение. Учтите потери во всасывающей трубе, магистральном и распределительных трубопроводах, клапанах и фитингах по таблицам потерь производителя труб.
- Добавьте потери в оборудовании. Фильтры, инжекторы удобрений, расходомеры и устройства защиты от обратного потока создают потери давления; на чистом дисковом фильтре они могут составлять около 0.2–0.5 bar, а на загрязнённом — больше.
- Добавьте требуемое рабочее давление. Это давление, необходимое на входе в зону, например около 1–1.5 bar для капельной ленты с регулятором или 2–4 bar на сопле импульсных дождевателей.
- Переведите значения в напор и сложите их. 1 bar соответствует примерно 10.2 m напора; 1 psi — примерно 2.31 ft. Сумма составляет TDH.
- Рассчитайте мощность и проверьте характеристику насоса. Выберите насос, характеристика которого проходит через точку с вашим расходом и TDH вблизи точки максимального КПД (BEP).
Формула мощности насоса с примером расчёта
Стандартная гидравлическая формула, которую используют университетские службы сельскохозяйственного консультирования:
- Метрическая система: мощность на валу (kW) = расход (m³/h) × TDH (m) ÷ (367 × КПД насоса).
- Английская система мер: мощность на валу в лошадиных силах = расход (gpm) × TDH (ft) ÷ (3,960 × КПД насоса).
Пример расчёта: описанному выше хозяйству с капельным орошением требуется 12 m³/h. Статическая высота подъёма составляет 8 m, потери на трение в трубах и фитингах — 7 m, потери на фильтре и инжекторе — 10 m (около 1 bar), а на входе в зону требуется 15 m (около 1.5 bar). В результате TDH составляет 40 m (131 ft). При КПД насоса 65% мощность равна 12 × 40 ÷ (367 × 0.65), то есть около 2.0 kW (2.7 hp). Следующая стандартная мощность двигателя — 2.2 kW (3 hp). КПД насосов обычно составляет от примерно 50% для небольших моделей до 80% и более для крупных, правильно подобранных насосов, поэтому всегда используйте значение из характеристики производителя.
Насосы для дождевания и капельного орошения
Насосам для дождевания требуется более высокое давление, чем насосам для капельного орошения, поэтому при одинаковом расходе необходимая мощность может быть примерно в два-три раза выше. Эта разница часто становится решающим фактором при переходе хозяйств с дождевания на капельное орошение.
- Насос для дождевания: импульсным и роторным дождевателям требуется около 2–4 bar (30–60 psi) на головке, а дальнеструйным дождевателям — больше, поэтому для дождевания часто используют многоступенчатые или высоконапорные центробежные насосы. Повысительный насос применяют, когда давления водопровода или скважинного насоса недостаточно для работы дождевателей.
- Насос для капельного орошения: капельные зоны работают при давлении около 0.5–2 bar в поливной линии, поэтому большая часть напора расходуется на подъём воды и преодоление потерь в оборудовании фильтрации и фертигации. Капельная система часто может работать с двигателем меньшей мощности, чем заменяемая ею система дождевания.
Для частных участков при заборе воды из озера или неглубокого колодца обычно используют центробежные насосы для дождевания мощностью 0.75–2 hp, а для нескольких зон капельного орошения достаточно насоса мощностью менее 1 hp. В коммерческих хозяйствах действуют те же принципы, но расходы больше, зон несколько, а эффективности уделяют больше внимания. Требуемое давление для каждой системы приведено в обзоре типов систем орошения.
Фильтры для насосов дождевания и контроллеры насосов для орошения
Каждому насосу для орошения нужна защита с обеих сторон: сетчатый фильтр на всасывании предотвращает попадание мусора в насос, а фильтр на напорной линии не допускает попадания частиц в капельницы. Управление должно обеспечивать включение и выключение насоса согласованно с работой клапанов зон.
Фильтр насоса для дождевания и защита на всасывании
- Приёмный обратный клапан и сетчатый фильтр на всасывающей линии сохраняют заполнение насоса водой и задерживают крупный мусор.
- Сетчатого фильтра после насоса обычно достаточно для дождевателей.
- Дисковые или песчаные фильтры необходимы для капельного орошения; полностью автоматический дисковый фильтр выполняет обратную промывку по сигналу перепада давления. Размеры ячеек фильтрующих сеток описаны в нашем руководстве по фильтрам для орошения.
Варианты управления насосом для орошения
Управление насосом для орошения может быть простым — через пусковое реле, включаемое таймером полива, — или более сложным, с частотным преобразователем (VFD), поддерживающим постоянное давление при переключении зон. Полезные функции и компоненты:
- Пусковое реле насоса, срабатывающее по сигналу выхода контроллера для насоса или главного клапана.
- VFD для плавного пуска, поддержания постоянного давления и снижения энергопотребления при работе зон разного размера.
- Отключение при сухом ходе, низком и высоком давлении для защиты насоса и труб.
- Реле давления и гидроаккумулятор для небольших повысительных систем.
- Удалённый контроль расхода, давления и мощности; см. умные контроллеры орошения.
Как правильно установить насос для орошения
Большинство отказов насосов связано с неправильным монтажом, особенно на всасывающей стороне. При установке поверхностного центробежного насоса выполните следующие действия:
- Разместите насос как можно ближе к воде и как можно ниже с учётом практических условий, чтобы минимизировать высоту всасывания.
- Используйте всасывающую трубу диаметром не меньше входного патрубка насоса, делайте её короткой и прокладывайте с подъёмом к насосу, без локальных верхних точек, в которых может скапливаться воздух.
- Установите приёмный обратный клапан с сетчатым фильтром или систему предварительного заполнения, а на входе насоса — эксцентрический переход.
- На напорной стороне установите обратный клапан, запорную арматуру, манометр и клапан выпуска воздуха.
- Обеспечьте надлежащую электрическую защиту, заземление и пускатель либо VFD, подобранный под двигатель.
- Заполните насос водой, запустите его при частично открытой задвижке, затем проверьте давление, расход и потребляемый ток по характеристике насоса.
Подберите диаметр магистрального трубопровода так, чтобы потери на трение оставались приемлемыми; наше руководство по трубам, фитингам и коллекторам для орошения содержит таблицы расхода в зависимости от диаметра.
Цены на насосы для орошения и факторы, влияющие на них
Цены на насосы для орошения варьируются от примерно $100–$500 за небольшие садовые насосы до нескольких сотен — нескольких тысяч долларов за центробежные и погружные насосы для хозяйств; крупные турбинные насосы и агрегаты с двигателем внутреннего сгорания стоят ещё дороже. Основные факторы, влияющие на цену:
- Мощность двигателя и напряжение питания (однофазное или трёхфазное).
- Материалы: рабочие колёса и корпуса из чугуна, нержавеющей стали или бронзы.
- Тип насоса и количество ступеней.
- Средства управления и оснащение: VFD, гидроаккумуляторы и панели защиты.
- Монтаж: работы со скважиной, электроснабжение, насосное помещение и трубопроводы.
Сравнивая коммерческие предложения на насосы, учитывайте рабочую точку и КПД, а не только мощность в лошадиных силах: более дешёвый насос, работающий далеко от своей BEP, за несколько сезонов может обойтись дороже из-за расходов на электроэнергию. Насос — лишь одна статья общего бюджета, описанного в нашем руководстве по стоимости системы орошения.
Что проверить при выборе насоса для орошения
Лучший насос для орошения — тот, характеристика которого соответствует вашей рабочей точке, а материалы подходят для вашей воды. Перед запросом коммерческих предложений подготовьте следующие сведения:
- Тип источника воды, глубина до уровня воды при откачке и сезонное снижение уровня.
- Расход самой крупной зоны в m³/h или gpm и расчётный TDH в m или ft.
- Доступный источник питания: однофазная или трёхфазная сеть, дизельный двигатель или солнечная энергия, с указанием напряжения и частоты (50 или 60 Hz).
- Качество воды: наличие песка, солёность, содержание железа или коррозионная активность.
- Будет ли насос подавать воду в узел фертигации, фильтры или капельницы с компенсацией давления.
- Необходимые средства управления: пусковое реле, VFD, защита от сухого хода, удалённый мониторинг.
Распространённые ошибки — выбор чрезмерно мощного насоса «с запасом», что ведёт к лишнему расходу энергии и может создавать избыточное давление в капельных линиях, недостаточный диаметр всасывающей трубы и неучтённые в TDH потери на фильтрах и инжекторах.
Следующие шаги
Mars Vertical Farm производит головные узлы орошения, объединяющие насос, фильтрацию и фертигацию, включая насосные системы орошения с приводом от двигателя внутреннего сгорания для полей без электроснабжения. Пришлите нам сведения об источнике воды, расходе зоны и схему поля, и наши инженеры подберут насос и головной узел орошения под ваши параметры по ценам напрямую с завода.
