Помпи и помпени станции в земеделието

Помпените станции в земеделието представляват относително сложни инженерни съоръжения, които осигуряват надеждно транспортиране на вода от различни източници до напоителните системи. В тази статия на списание АгроБио Техника се спираме на основните принципи на проектиране, избор на оборудване и конструктивни решения, както и ключови елементи от водопроводната и електрическата инсталация. Специално внимание е отделено на видовете помпи, автоматизацията, хидравличните режими и интеграцията с напоителни технологии. Разглеждаме също въпроси, свързани с поддръжката, диагностиката и екологичните аспекти, както и специфичните особености при използването на потопяеми и сондажни помпи.

Текст: списание АгроБио Техника

Помпените станции са инженерни съоръжения, чиято цел е да транспортират определено количество вода до дадена точка от напоителната мрежа преодолявайки определена денивелация на терена. Те са ключов елемент от системата, и работата им е от съществено значение за доброто функциониране на цялата напоителна система в даден регион. Изграждането им не е евтино начинание и трябва да се съобразява с множество изисквания.

Водата за напояване може да се раздели най-общо на два големи вида – повърхностни и подземни. Повърхностните са водите от различни водоеми или напоителни канали. При тях помпената станция се изгражда непосредствено до брега на водния басейн и посредством смукатели снабдени с помпени агрегати се засмуква и изпомпва по тласкателен тръбопровод до съответната желана точка. При подземните води водата се изпомпва чрез сондажи и отново по напорен тръбопровод достига до своята крайна точка.

При проектирането на помпените станции се съобразяват много неща, както от нормативна така и практична гледна точка за да може станцията да е пълноценно звено от системата, и да е лесна за експлоатация. Много е важно на първо място да се избере местоположението на помпената станция. Необходимо е до нея да има подходящ път, и електрозахранване, което понякога е нужно да бъде и трифазно. След като са налице път и електрозахранване е нужно да се пресметне на каква височина трябва да се изтласка водата и колко това е икономически и технически оправдано и възможно. Ако денивелацията е твърде голяма, тогава разходите за единица изтласкана вода ще бъдат много високи.

Един път заради разхода за електроенергия и нуждата от мощни помпи. Втори път заради потенциални аварии по напорния тръбопровод, които ще работи на много високо налягане. Поради всички изброени фактори се прави обстоен анализ на различни варианти за разполагане на помпените станции и се избира най-целесъобразния. Както стана вече дума наличието на път е от ключово значение.

В сградата на самата помпена станция и по-точно в нейната машинна зала се оставя транспортен вход. Неговата роля е много важна, за да може да се доставят различни части до вътрешността на самата станция, а не да се налага същите да се носят на ръка от работници. Отделно всяка по-голяма помпена станция се оборудва с телфер или мини портален кран за всички подемно-транспортни задачи свързана с експлоатацията на станцията. Освен машинната зала се предвижда и складово помещение за резервни части, а понякога и съблекалня за персонала на станцията.

Възможно е да има и кът за отдих и хранене. Задължително условия е машинната зала да е осветена, добре топлоизолирана и отводнена чрез подови сифони. Последните са особено важни, защото в случай на авария по водопроводите в станцията, същата без отводняване ще се наводни и щетите ще бъдат големи. Топлоизолирането също е много важно, а когато е необходимо станцията трябва и да се отоплява, защото всяко замръзване нанася огромни материални щети върху всички възли и агрегати на станцията.

При земеделските помпени станции, това е по-скоро изключение, защото в студените месеци обикновено земеделието не е така активно, но времето винаги може да ни поднесе изненади. Около самата помпена станция задължително се прави ограда и се надписва и обозначава какъв е този обект. Задължително е също да се предвиди система за охрана и по-възможност за видеонаблюдение, това е от особено значение, защото често помпените станции са отдалечени от населените места и това ги прави уязвими за кражби и вандализъм. 

Елементи от водопроводната инсталация

Както стана дума вече помпените станции в земеделието работят или с повърхности или с подземни води. Трябва да се има предвид, че все пак тези води не минават през пречистване и това е предпоставка при определени обстоятелства водата да е замърсена с механични примеси. Това е важно да бъде елиминирано с подходящи филтри, които да се поддържат в адекватно състояние. Те обикновено се слагат още на входа на захранващата тръба, а според вида на примесите може да има и втори филтър за по-фино пречистване. Задължително преди филтъра се монтира спирателен кран, на входящата тръба за да може водата да се спира при обслужването му. 

Тръбите в самата помпена станция обикновено са стоманени и това е предпоставка за корозия, сериозен шум и вибрации. По отношение на шума задължително е помпените агрегати да се монтират върху специални шумозаглушителни тампони или подложки, които пък се монтират върху специално изградените фундаменти за помпените агрегати. За предотвратяване на вибрациите и шума от включването и изключването на помпите се предвиждат специални гумени компенсатори, които „гасят“ вибрациите, до колкото е възможно, защото те са вреди за всички елементи от водопроводната инсталация на станцията.

Друг елемент е монтирането на манометри на входящата и изходящата тръба. Те са много важни защото чрез тях се следи за правилната работа на станцията и това дали тя работи в предвидените си параметри. Водомерите са също елемент, който е важен и той се монтира на тласкателния тръбопровод с цел да следи водните количества, които станцията изтласква. В случай на авария по разхода на вода веднага ще бъде забелязано, че има нещо нередно и трябва да се търси теч на вода.

Въздушниците са особено важен елемент, защото попаднал във водопроводната мрежа на помпената станция въздуха може да окаже разрушително действие върху работата на помпените агрегати, чрез т.нар.кавитация. Това е навлизане на въздушни мехурчета във водния поток, които се пукат и оказват негативно влияние, чрез излишен шум, вибрации и ерозия на работните колела на помпените агрегати. Конструктивно самите помпи също има пробки за обезвъздушаване, които трябва да се отворят пред да се стартира помпата за да се изгони въздуха от водата в нея. 

Изпускателите са друг елемент, който се прави в най-ниската точка на водопроводната инсталация с цел да се източи водата от тръбите, когато се прави ремонт. Обратните клапи се поставят задължително след помпите като целта им е да не допускат обратен воден поток от тръбопровода с по-високо налягане към помпите и съответно водопровода с по-ниско налягане. 

Електрическото оборудване се монтира в специални табла с нужните прекъсвачи и автоматизации за наблюдение на електроснабдяването. От изключително значение е да се не допуска токов удар, който да унищожи оборудването, като за целта са правят всички възможни защити. В електрическите инсталации могат да работят само обучени хора, поради риска от поражение от електрически ток върху човека. При спиране и пускане на тока по някакви причини се случва помпите да не заработят поради включена защита. Нужно е да бъдат рестартирани по съответния начин за да им се възобнови работата и това обикновено става ръчно от обучен човек.

Видове помпи 

Съществуват много и различни видове помпи според тяхното устройство, но за помпени станции най-разпространените са буталните и ротационните. Те са доказани в конструктивно отношение, като най-подходящи и дълготрайни. При избора им се взема предвид т.нар. Q-H диаграма, която описва в графичен вид колко вода на каква височина може да изтласка дадената помпа. С оглед нуждите и енергийната ефективност се подбира подходящия вид и модел. Обикновено се монтиран поне 2 помпи, като идеята е ако една се повреди работата на станцията да се поеме от другата, която всъщност играе ролята на резервна.

При избора трябва да се има предвид и вида на вода и по-точно нейната чистота. Ако така или иначе водата е замърсена с твърди частици е добре да се помисли и за помпи предназначени специално за работа със замърсени води. Те са специално изработени от по-здрави на абразия материали и живота им е значително по-дълъг. Както стана дума вече кавитацията е най-разрушителното и опасно явление при работата на помпите и трябва да се направи всичко възможно за недопускането на това явление.

Като всяка машина и помпените агрегати имат своя експлоатационен живот. След като вече е доказано износване те подлежат на замяна, а при по-дребни повреди и на ремонт на място. Именно поради тази причина е и от полза телфера, за който вече стана дума, че е добре да се предвиди. Някои помпени станции са оборудвани с доста мощни и големи помпи, които са невъзможни за повдигане от човек.

Потопяеми и сондажни помпи

Потопяемите и сондажните помпи представляват специфичен клас съоръжения, предназначени за работа в условия, при които водоизточникът се намира под нивото на терена и достъпът до него е ограничен. Те се използват основно при експлоатация на подземни води чрез сондажи с дълбочина от 10 m до над 200 m, като конструкцията им е съобразена с необходимостта да функционират изцяло потопени във водна среда. Основното им предимство е, че елиминират нуждата от смукателна линия, което значително намалява риска от кавитация и подобрява общата ефективност на системата.

Конструктивно тези помпи представляват многостъпални центробежни агрегати, при които няколко работни колела са разположени последователно по дължината на вала. Това позволява постигане на високи напори при сравнително малък диаметър, което е критично условие за монтаж в тесни сондажни тръби с диаметър от 100 mm до 300 mm. Електродвигателят е херметично затворен и охлаждан от преминаващата вода, като обикновено работи при напрежение 230 V или 400 V в зависимост от мощността. При по-дълбоки сондажи се използват модели с мощност над 10 kW, които могат да осигурят дебит от 5 m³/h до над 50 m³/h.

Особеност при експлоатацията на сондажните помпи е необходимостта от точно позициониране в сондажа. Те трябва да бъдат разположени под динамичното водно ниво, но на достатъчно разстояние от дъното, за да се избегне засмукване на пясък и утайки. В практиката се използват защитни кожуси или филтърни секции на сондажа, които ограничават проникването на твърди частици. Допълнително се прилагат датчици за ниво, които изключват помпата при спад на водния стълб, с цел да се предотврати работа на сухо, което води до бързо повреждане на лагерите и уплътненията.

Електрозахранването на потопяемите помпи се осъществява чрез специални водоустойчиви кабели, които трябва да издържат на продължителен контакт с вода и механично натоварване при монтаж и демонтаж. Свързването към електрическата мрежа се извършва чрез контролни табла, оборудвани със защити от претоварване, късо съединение и спад на напрежението. В по-съвременните решения се използват честотни регулатори, които позволяват плавно регулиране на оборотите и адаптиране на дебита към текущите нужди на напоителната система.

Поддръжката на този тип помпи е по-специфична в сравнение с повърхностните агрегати, тъй като достъпът до тях изисква изваждане от сондажа. Това налага използването на подемна техника и внимателно планиране на сервизните дейности. Най-честите проблеми са свързани с износване на работните колела при наличие на абразивни частици, повреди в електродвигателя вследствие на прегряване или проникване на влага, както и механични повреди по кабелите. Поради тези причини е важно да се следят работните параметри и да се извършват регулярни проверки на електрическите характеристики и дебита.

Автоматизация на помпените станции

В съвремието за следене на работата на помпените станции се използват множество дистанционни методи. Чрез модули за наблюдение се следи работното налягане на вход и на изход на станцията. Водомера на тласкатела се оборудва с дистанционно отчитане. Електрическото оборудване се наблюдава като параметри на напрежението и силата на тока. Всички тези параметри могат да бъдат наблюдавани от диспечер в диспечерски пункт, който може да спира и пуска помпите от разстояние или да вижда други проблеми в работата й, като липса на ток например. 

Енергийната ефективност е голяма тема в днешно време и работата на такива обекти като помпените станции е от особено значение да бъде наистина ефективна. Това се постига първо чрез висококачествени помпени агрегати, когато е възможно с честотно регулиране, които изразходват по-малко ток. Отделно от това трябва своевременно да се отстраняват течовете по тласкателя, за да не изтича водата, която е под високо налягане след помпите, за което налягане вече е похарчено определено количество електрическа енергия.

В местата където е възможно, като например станции с по-голям двор или покрив може да се монтират соларни панели, които да спомагат за енергийната ефективност. Ако не толкова работата на самите помпи, то могат да поемат разхода на енергия за осветление, за охранителните системи или за отопление, когато е нужно. 

Интеграция с напоителни системи

Помпените станции не функционират самостоятелно, а са част от по-голяма инфраструктура, включваща канали, резервоари и разпределителни мрежи. Ефективното управление на водните ресурси изисква синхронизация между тези елементи. В практиката често се използват буферни резервоари, които служат за изравняване на дебита и намаляване на пиковите натоварвания върху помпите. Това позволява по-равномерна работа и по-ниски експлоатационни разходи.

Интеграцията с различни методи на напояване също оказва влияние върху работата на станцията. Например при капково напояване се изисква по-нисък дебит, но с висока степен на контрол и филтрация. При дъждуване са необходими по-високи налягания, което поставя различни изисквания към помпените агрегати. Това налага гъвкавост в управлението и възможност за адаптиране към различни режими на работа.

В съвременните системи все по-често се използват сензори за влажност на почвата и климатични станции, които подават данни към централна система за управление. На базата на тези данни се определя кога и колко вода да се подаде към културите. Това води до оптимизиране на водопотреблението и намаляване на излишното напояване, което може да причини ерозия или загуба на хранителни вещества от почвата.

Поддръжка и диагностика

Надеждната работа на помпената станция изисква системна поддръжка и периодична диагностика на всички компоненти. Един от основните методи за контрол е вибрационният анализ на помпените агрегати. Чрез измерване на вибрациите могат да се открият ранни признаци на износване на лагери, дисбаланс на работното колело или разцентровка на вала. Това позволява планиране на ремонт преди настъпване на сериозна повреда. Друг важен елемент е термичният контрол на електродвигателите.

Повишаването на температурата над допустимите стойности може да бъде индикация за претоварване, проблеми с охлаждането или електрически неизправности. За целта се използват температурни датчици, които подават сигнал при отклонение от нормалните параметри. Периодичната проверка на арматурата и тръбопроводите също е задължителна. Дори малки течове могат да доведат до значителни загуби на вода и енергия.