От форсунки до скважины

Тяговая сила до 7 т

Требуемая тяговая мощность турбины составляет от 0,5 до 1,5 бар. Благодаря редуктору, большие установки с турбинным приводом развивают тяговую силу до 7 т. Компьютер, работающий от солнечной батареи, управляет также поливом в начале и конце поля. По желанию, его можно оснастить GSM-модулем для приема и рассылки SMS, чтобы можно было включать или выключать установку с помощью мобильного телефона или принимать сообщения об ошибках.

В сельскохозяйственных барабанных установках диаметр труб обычно составляет от 65 до 140 мм. Длина шланга зависит от размера барабана и поперечного сечения труб. Чем длиннее труба, тем больше должно быть поперечное сечение. В хозяйствах по выращиванию овощей обычно используются установки длиной 300 м, а на картофелеводческих предприятиях – 500-600 м (основная доля в ассортименте большинства производителей). Самые мощные, но менее распространенные машины достигают 750 м.

Преимущества установок барабанного типа:

■ Возможность передвижения и гибкость.
■ Использование на нескольких полях.
■ Орошение определенных культур.
■ В зависимости от длины шланга и дальнеструйного дождевального аппарата полив до 5 га в одной полосе.
■ В зависимости от оснащения, их можно использовать и для внесения навозной жижи и сточных вод.

Недостатки:

■ Сравнительно большие потери давления в системе из-за длинных подводящих шлангов к дождевальной установке.
■ Необходимость большего давления (до 11 бар), что ведет к высоким производственным расходам.
■ На больших площадях время установки больше, чем с круговыми и линейными дождевальными системами.

Дальноструйный или консольный агрегат?

Подача воды осуществляется дальнеструйным дождевальным аппаратом или консольным агрегатом. В зависимости от типа и давления, дальнеструйные аппараты могут обеспечить
дальность полива от 30 до 70 м. Теоретически это соответствует двойной ширине захвата. Из-за ветра и перекрытия, фактически охваченная площадь составляет 85 %. В сельском хозяйстве обычно используются форсунки с поперечным сечением от 20 до 40 мм. Слишком маленькие форсунки приводят к большим потерям давления, но выпускают более мелкие капли с меньшей энергией, большие же форсунки выпускают большие капли с большей дальностью полета. В результате этого повышается энергия столкновения капель с почвой.

Преимущества дальнеструйной дождевальной машины:

■ Большая длина полета частиц воды, большая ширина полосы полива.
■ Интенсивность полива меньше, вода успевает просачиваться.
■ Можно вносить большое количество воды.
■ Деревья, столбы и т.д. не мешают.
■ Небольшое время установки.
■ Низкие производственные затраты.
■ Можно использовать и для высоких культур.

Недостатки:

■ Крупные капли, большая энергия столкновения, уплотнение почвы, повреждение нестойких культур.
■ Требуется давление от 6 до 10 бар, большие затраты энергии.
■ Чувствительность к ветру, уровень потерь выше.

Агрегаты консольного типа работают с консолями, оснащенными форсунками. На концах можно дополнительно установить так называемые конечные дождевальные насадки. Дальность маленьких дальнеструйных аппаратов составляет 15 м, их использование позволяет увеличить ширину захвата консоли до 30 м.

При таком охвате деревья или столбы проблем не создают. Но и при работе с консолями препятствия можно огибать. В этом случае штанга поворачивается на поворотном круге и огибает помеху. Но это происходит не автоматически и требует некоторого времени.

Оросительные установки консольного типа предлагаются с шириной захвата до 100 м.

Преимущества:

■ Более равномерное распределение.
■ Капли меньшей формы, подходят и для чувствительных культур.
■ Нечувствительны к воздействию ветра, полив ближе к растениям.
■ Небольшое давление и потребление энергии.

Недостатки оросительных консолей:
■ Время установки больше.
■ Большая интенсивность при работе с большими объемами, вода сконцентрирована на узкой полосе.
■ Требует больших капиталовложений.
■ Более трудоемкий процесс огибания препятствий.
■ Использование на высоких культурах ограничено.

Эффективные для больших площадей

Круговые и линейные оросительные системы наиболее подходят для использования в районах, где мало воды, а не площади. Оба типа установок выполнены в виде трубчатой конструкции. Примерно каждые 60 м имеется передвижная опора с двумя колесами с электрическим приводом. А поскольку машины передвигаются медленно, то достаточно от 0,75 до 1 л.с.

Эти установки могут оснащаться различными форсунками. Стандартные дождевальные насадки работают с давлением 0,8-1 бар. Ширина захвата такой насадки ограничена, поэтому интенсивность довольно высокая. Новые форсунки с вращающейся отражательной пластиной (к примеру, „i-Wob“) обеспечивают большую дальность полета частиц – на 30 %. Интенсивность полива в полосе орошения уменьшается, а у почвы появляется больше времени для того, чтобы впитать воду.

Круговая система орошения вращается с консолью длиной до 1 000 м вокруг центральной опоры посередине поля. Приводом управляет простой механизм: внешняя передвижная опора задает скорость. На каждой опоре специальный датчик определяет отклонение гибких соединений в трубопроводе и таким образом распознает, когда эта опора должна приводиться в движение, т.е. все внутренние опоры следуют за внешней в виде небольшой дуги.

Преимущество такой системы заключается в простой конструкции и центральной подаче воды. Но если говорить об использовании площади, то здесь есть слабая сторона: при работе на площади идеальной квадратной формы системой кругового полива охватывается около 79 %. А если установить дополнительный дальнеструйный аппарат на конце, который включается в углах участка, то этот показатель возрастает до 85 %. Но чтобы вся установка не работала под большим давлением только для подачи воды к конечной насадке, прямо перед ней устанавливается насос с системой Boost, регулирующий мощность. Системы кругового орошения рентабельны на площадях размером 20 га и более.

Поскольку скорость по окружности ближе к краю повышается, то за короткий период времени сюда необходимо подать больше воды, чем ближе к середине. Из-за ограниченной дальности полета частиц происходит концентрация воды на узкой полосе, интенсивность полива повышается и ограничивает производительность установки.

В линейных системах центральная часть тоже движется, поэтому квадратную площадь она охватывает на 100 %. Ее минус по сравнению с круговой системой в том, что подачу воды приходится перестраивать от 1 до 3 раз в день из-за того, что центральная часть тоже передвигается. Поэтому в районе полива обычно имеются открытые водоемы, откуда вода напрямую всасывается в систему (в Западной Европе очень редко). Линейные установки оправдывают себя на площадях от 30 до 50 га.

Третий тип установки – это комбинация систем кругового и линейного орошения. В этих установках центральный элемент тоже может передвигаться. Помимо этого, штанга, управляемая компьютером, выполняет орошение вдоль участка или по кругу. Такие установки позволяют производить орошение и неравномерных участков, а также площадей с препятствиями. Такие комплексы, как например, Center-Liner от компании Bauer или Hippodrome от Beinlich, работают главным образом в таких странах как Австралия.

Преимущества круговой или линейной системы орошения:

■ Простая и прочная конструкция.
■ Небольшая энергия капель, целенаправленный полив.
■ Давление невысокое (от 2 до 3 бар), высокая эффективность полива.
■ Производственные расходы небольшие.
■ Работает в автоматическом режиме 24 часа.

Недостатки этих установок:
■ Высокие требования к структуре поля, особенно это касается установок кругового орошения.
■ Установки предназначены для больших площадей.
■ Деревья, столбы и дороги являются помехой.
■ Более трудоемкий процесс перемещения на другое поле.

Благодаря отводу колес, „передвижные“ установки можно перемещать на соседние площади, конечно, если это позволяет рельеф поля.

Благодаря гидрантам, время установки короче

Благодаря проложенной сети гидрантов, можно сократить время монтажа дождевальной установки, особенно барабанного типа. Важно все тщательно спланировать: где проходит самый короткий путь трубопроводов, где следует установить гидранты? Чем короче путь трубопровода, тем ниже уровень потерь. Расстояние между гидрантами зависит от ширины захвата установки и формы участка. На протяженных площадях гидранты следует монтировать посередине. Поворотный круг позволяет барабанной установке работать по обе стороны. Чаще всего трубы выполнены из полиэтилена, реже – из поливинилхлорида. Полиэтиленовые трубы длиной от 6 до 9 м привариваются друг к другу, что не представляет особых затруднений.

Важно учитывать класс давления труб. Для системы кругового или линейного полива вам понадобится класс давления PN 6 (рабочее давление 6 бар), для барабанного типа – PN 10 (10 бар). Чем выше класс и больше диаметр труб, тем выше цена (примерно на 40 %). Еще нельзя забывать и о стоимости прокладки труб. Правда, эту работу можно вполне выполнить своими силами. Гидранты могут иметь различный диаметр. Наиболее распространенные размеры – 3, 4 и 6 дюймов.

Внимание: прежде, чем засыпать траншеи сети гидрантов, испытайте систему на герметичность давлением, равным 1,5 показателям номинального давления, как минимум в течение 24 часов! В противном случае вам придется, как и многим уже до вас, изрядно поработать лопатой в поисках места утечки...

Еще желательно не использовать в установке быстрые шариковые клапаны. Более медленные заслонки предотвращают гидравлические удары в трубопроводе. Стоит подумать и о защите от избыточного давления, например, подпружиненным клапаном.

Мощность насоса и давление

На производительность насоса влияют следующие факторы:

■ тип дождевальной установки;
■ орошаемая площадь;
■ необходимое количество воды, стадия роста растений;
■ эффективность установки (дальнеструйный аппарат – от 75 до 85 %; установка кругового полива, капельный полив – от 85 до 92 %);
■ осадки, почва, испарение.

Многие сельскохозяйственные палаты и ведомства в Германии предоставляют таблицы с соответствующими параметрами. 1 мм влаги соответствует 10 м3 воды на гектар. Так, если потребность растения в воде в день – примерно 4,5 мм, то необходимое количество воды будет составлять 45 м3/га. Поэтому для полива площади размером 30 га требуется 1 350 м3 в день. Исходя из этого, устанавливается ежедневное количество часов работы дождевальной установки, например 20 часов для передвижной дождевальной машины. И тогда получаем необходимую производительность насоса – 68 м3 в час.

Однако на практике полив производится с запасом и не каждый день на одной и той же площади. Как правило, периодичность полива в зависимости от погодных условий составляет где-то 7 дней (в день примерно 4,3 га). Отсюда следует уровень полива: 4,5 мм x 7 дней = 31,5 мм. На производительность насоса это не влияет, так как хоть и вносится в семь раз больше воды на гектар, но лишь на одной седьмой площади в день (4,3 га x 315 м3 = около 1 350 м3 в день).

Периодичность полива зависит, разумеется, и от степени развития корневой системы. Чем глубже корни, тем большее количество воды можно внести за один полив. Песчаные почвы удерживают воду хуже, чем тяжелые почвы и поэтому требуют полива через более короткие интервалы. Чем меньше промежуток времени между поливами и чем больше времени занимает монтаж установки, тем больше должна быть производительность насоса.

Всасывающий или нагнетательный насос?

Давление насоса должно соответствовать установке. Кроме этого, следует учитывать потери в потоке в системе трубопроводов и разницу уровней от насоса до дождевальной установки (1 бар соответствует 10 м водяного столба). Чем крупнее диаметр трубопровода, тем ниже потери. При подаче около 150 м3 в час в трубопроводе длиной 600 м и диаметром 150 мм теряется приблизительно 1,7 бар давления. В трубопроводе диаметром 200 мм потери составляют лишь 0,3 бар. Благодаря большому диаметру, можно снизить производственные расходы, и экономия может составить 30 %. Разница в цене составляет около 50 %, но инвестиции окупаются в зависимости от привода насоса через 3-4 года.

В настоящее время скважины являются стандартным элементом дождевальной системы. При этом следует не скупиться на диаметре, если это, конечно, не связано с очень большими затратами. Чем больше диаметр скважины, тем больше может быть диаметр насоса.

Преимущество: насос развивает свою производительность при меньшем количестве передач и имеет более длительный срок эксплуатации. Для дождевальных установок барабанного типа используются в основном насосы диаметром 6-8 дюймов, а для больших установок кругового или линейного полива – от 10 до 12 дюймов.

Максимальная высота всасывания не должна быть больше 5-7 м. Если уровень воды будет ниже, это может привести к возникновению кавитации. При этом образуются пузырьки с паром, которые очень быстро конденсируются и, тем самым, вызывают повреждения в насосе.

По этой причине центробежные или поверхностные насосы следует устанавливать только в скважинах с высоким уровнем воды или при выкачивании воды из водоемов. Если насос работает ниже уровня воды, то проблем с кавитацией не возникает. Насосы могут быть двух различных типов: глубинные – для скважин или погружные.

Глубинные насосы хоть и рассчитаны на глубину максимально 50-70 м, однако, разумная предельная глубина составляет 20 м. Насос приводится в действие валом, расположенным сверху. В отличие от погружного насоса, такой насос может работать с приводом от дизельного агрегата или от ВОМа. Глубинные насосы обычно развивают давление в системе до 20 бар.

Электрические погружные насосы имеют компактную конструкцию, состоящую из электродвигателя и насоса. Специальные насосы развивают давление подачи до 40 бар и более и подходят для использования в очень глубоких скважинах.

Глубинные и погружные насосы работают по принципу центробежного насоса. При этом несколько рабочих колес насоса включаются последовательно друг за другом. Каждое колесо обеспечивает повышение давления на 1-1,5 бар в зависимости от формы и числа оборотов. В целом, следует рассчитать так, чтобы давление на выходе из скважины не превышало 12 бар. Тем самым снижается риск повреждения трубопровода.

Нагрузка на насосы выбирается и с учетом содержания песка в воде. Если этот показатель выше, то следует выбрать насос с более прочными рабочими колесами (из бронзы), которые, правда, стоят примерно на 30 % дороже.

Электрический привод насоса дешевле

Производственные затраты при использовании насосов с электрическим приводом ниже, чем с дизельным. Да и стоимость самого насоса, включая шкаф электрического оборудования ниже, чем дизельных агрегатов. Включение электрического насоса намного проще – например, с помощью SMS или таймера.

Проблема чисто электрических устройств – это подводка: чем больше кабелей необходимо проложить до скважины, тем меньше выигрыш в экономии затрат. Дизельные насосы обычно передвижные, а электрические насосы редко переносят на другое место. В определенных случаях, благодаря мобильному дизельному насосу, можно частично сэкономить на сети трубопроводов по сравнению со стационарным вариантом.

Дизельные насосы с двигателем и прямым приводом более эффективны, чем насосы с приводом от ВОМ трактора. Внимание: если вам необходимо произвести полив площади, расположенной вблизи населенного пункта, то для снижения шума зачастую следует применять насос в звукоизолирующем кожухе.

Новое решение – это дизельный генератор для привода электрических погружных насосов. С помощью регулятора частоты установка может регулировать и число оборотов насоса. А поскольку генератор считается стационарной установкой, допустимо использование более дешевого жидкого топлива. Еще одно преимущество: этот источник тока можно использовать и для других работ.