Реле уровня воды в скважине

Защита скважинного насоса от сухого хода — виды датчиков

Любой электрический насос, перекачивающий воду из колодца или скважины, нормально функционирует только при наличии рабочей среды. Вода для данного механизма является одновременно смазкой и охлаждением. Если помпанасосный агрегат будет работать вхолостую, то уже спустя несколько минут может прийти в негодность. Следить за наличием воды, протекающей через насос, призван датчик сухого хода для насоса. По его команде подаваемое на насос питание должно отключаться при отсутствии воды.

Причины сухого хода и его вред для насоса

Итак, сухой ход — это наиболее частая причина поломки насоса. Причем, в этом случае невозможно будет даже выполнить гарантийный ремонт, если экспертиза докажет данную причину поломки. Случиться такая неприятность может в следующих ситуациях:

1. Неправильный выбор высоты подвешивания насоса в колодце или в скважине. Это может случиться, если глубина водной емкости заранее не была промеряна. Когда помпа выкачает воду до уровня своего расположения, она начнет захватывать воздух, в результате чего произойдет перегрев электродвигателя.
2. В источнике естественным путем уменьшилось количество воды. Например, колодец (скважина) заилился или вода просто не успела набраться в колодец после последней выкачки. После полной выкачки воды из колодца необходимо выждать определенное время для заполнения колодца.
3. Если применяется поверхностная помпа, которая находится на водной поверхности, то причина ее поломки может быть другой. Часты случаи, когда всасывающий патрубок насоса теряет свою герметичность. Вода всасывается вместе с воздухом, в результате чего двигатель насоса не получает достаточного охлаждения.

При выборе насоса важно соизмерить его производительность с дебетом водоисточника

Итак, если защита скважинного насоса от сухого хода отсутствует, то помпа перегревается и сгорает. Это касается не только электродвигателя. Современные насосы имеют большое количество пластиковых деталей. Пластик, при отсутствии охлаждения и смазки, также может деформироваться. Это вначале приведет к уменьшению производительности устройства, а затем вызовет его перегрев, заклинивание вала и отказ двигателя. Мастерам знаком такой вид отказа, возникающий в результате перегрева. Разобрав агрегат, можно легко обнаружить те его части, которые подверглись перегреву.

Виды датчиков сухого хода и особенности их работы

Дорогостоящие модели насосов уже имеют встроенные датчики защиты от сухого хода. В частности, все насосы от производителя Grundfos уже изначально укомплектованы подобными датчиками. При эксплуатации более дешевых агрегатов датчик сухого хода для погружного насоса приходится устанавливать дополнительно. Попробуем разобраться в тонкостях устройства и работы датчиков сухого хода различных типов.

Всего существуют 3 категории датчиков: реле защиты, датчики уровня, датчики потока воды и ее давления.

Датчики уровня воды

Данная категория оборудования предназначена для измерения фактического уровня воды в колодце или водной скважине. Могут использоваться датчики двух типов:

1. Поплавковый выключатель. Схема подключения датчика сухого хода для насоса должна быть выстроена так, чтобы его контакты были включены в цепь питания двигателя помпы. Поплавок находится на плаву. Когда уровень воды падает, поплавок изменяет свое местоположение, его контакты автоматически размыкаются, в результате чего питание насоса отключается. Это наиболее простой вид защиты, отличающийся надежностью и простотой работы.

Совет: Чтобы поплавок сработал вовремя, необходимо его правильно отрегулировать. Важно, чтобы в момент срабатывания датчика корпус помпы еще был погружен в воду.

2. Датчик контроля уровня воды. Рассмотрим более подробно такой датчик сухого хода для насоса и его принцип работы. Это реле, состоящее из двух отдельных датчиков, опущенных на разную глубину. Один из них погружается до минимально возможного уровня функционирования насоса. Второй датчик размещается немного ниже. Когда оба датчика находятся под водой, между ними течет небольшой ток. Если водный уровень уменьшается ниже минимального значения, ток течь перестает, срабатывает датчик и размыкает цепь питания.

Датчик уровня для насоса

Датчики, осуществляющие контроль за уровнем воды, хороши тем, что позволяют отключать насос еще до того, как корпус агрегата окажется над поверхностью воды. Следовательно, оборудование надежно защищено от повреждения.

Реле защиты

Это электромеханическое приспособление, контролирующее давление воды, протекающей через насос. При падении давления цепь питания насоса размыкается. Реле защиты от сухого хода насоса состоит из мембраны, контактной группы и нескольких проводов.

Мембрана следит за давлением воды. В рабочем положении она разомкнута. Когда давление падает, мембрана сдавливает контакты реле. При замыкании контактов насос отключается. Мембрана срабатывает при давлении 0,1-0,6 атмосфер. Точное значение зависит от выставленных настроек. Падение давления до такого уровня свидетельствует о наличии таких проблем:

• давление воды упало до минимального значения. Это может произойти по нескольким причинам. В том числе, потеря производительности самим насосом по причине выработки ресурса;
• засорился насосный фильтр;
• насос оказался выше уровня воды, в результате чего давление упало до нуля.

Реле защиты может быть вмонтировано в корпус насоса или устанавливаться на поверхности как отдельный элемент. Если система прокачки воды включает в себя гидроаккумулятор, то защитное реле устанавливается совместно с реле давления, перед гидроаккумулятором.

Установка реле защиты насоса от сухого хода при использовании гидроаккумулятора

Датчики потока и давления воды

Существует 2 вида датчиков, контролирующих прохождение рабочей среды через насосный агрегат и обеспечивающие защиту от сухого хода насоса. Это реле протока и контроллеры протока, которые и будут рассмотрены ниже.

1. Реле протока — это устройство электромеханического типа. Они бывают турбинные и лепестковые. Принцип их работы также различается:

• В роторе турбинных реле имеется электромагнит, который вырабатывает электромагнитное поле при прохождении воды через турбину. Специальные датчики считывают вырабатываемые турбиной электрические импульсы. Когда импульсы пропадают, датчик отключает помпу от питания;
• В лепестковых реле имеется гибкая пластина. Если вода в насос не поступает, пластина отклоняется от своего первоначального положения, в результате чего механические контакты реле размыкаются. При этом питание насоса прерывается. Этот вариант реле отличается простотой конструкции и доступной стоимостью.

Пример датчика потока Такие блоки выключают насосное оборудование, если отсутствует поток воды и включают его, если давление в системе упало ниже заданного уровня

2. Контроллеры протока (блок автоматики, прессконтроль). Это электронные устройства, отслеживающие одновременно несколько важных параметров водного потока. Они контролируют давление воды, сигнализируют о прекращении ее поступления, автоматически включают и отключают насос. Многие устройства оборудованы обратными клапанами. Высокая надежность обусловила и высокую стоимость данных приборов.

Какую защиту выбрать?

Подобрать нужный вариант защитного устройства непросто. Необходимо учитывать одновременно несколько факторов:

• глубина водной емкости;
• диаметр скважины;
• особенности используемого насосного оборудования. Например, используется погружной насос или поверхностный;
• свои возможности в финансовом плане.

Например, наиболее простым и дешевым средством защиты насоса от сухого хода является поплавковый датчик. Однако необходимо учитывать, что его использование в скважине небольшого диаметра невозможно. А вот для колодца он подойдет идеально.

Если вода в рабочей емкости заведомо чистая, то наиболее оптимальным вариантом будет использование датчика уровня воды. Если же вы не уверены в качестве подаваемой в насос воды, лучше использовать реле протока или датчик давления воды.

На заметку: Если существует вероятность засорения фильтра насоса мусором или грязью, то датчик уровня использовать нецелесообразно. Он будет показывать нормальный уровень воды, хотя вода в насосный агрегат подаваться не будет. Результатом будет перегорание двигателя насоса.

Можно сделать небольшое заключение. Использовать насос без защиты от сухого хода можно лишь в том случае, если есть возможность постоянно контролировать поступление воды из колодца или скважины. В этом случае можно быстро отключить питание помпы, если вода прекратит поступать из источника. Во всех остальных случаях лучше перестраховаться, установив защитный датчик. Его цена вполне окупает себя, если учитывать стоимость покупки нового насоса взамен сгоревшего оборудования.

Датчик уровня воды в скважине

Датчик уровня воды в скважине незаменим для защиты скважинного насоса, контроля динамического уровня воды, отслеживания уровня и температуры подземных вод. Датчик уровня воды в скважине выполняет роль сигнализатора или уровнемера.

Пользователи подземных грунтовых вод в процессе эксплуатации артезианских скважин сталкиваются с однотипными проблемами:

• Выход из строя глубинных насосов по причине падения уровня воды («сухой ход»);
• Перерасход электроэнергии по причине отсутствия информации о динамическом уровне воды в скважине, и как следствие выбора насоса завышенной мощности;
• Дополнительные финансовые расходы на ведение записей об уровне воды в скважине для экологического надзора.

Информация об уровне и температуре подземных вод необходима для оперативного наблюдения, чтобы избежать негативных последствий:

• Провалов грунта;
• Затопления шахт, выработок, инженерных сооружений;
• Перерасхода природных подземных запасов питьевой и технической воды;
• Катастроф, связанных с экологией.

В скважине датчики уровня решают задачи:

• Защита насосов от «сухого хода»;
• Контроль динамического уровня воды в скважине;
• Отслеживание уровня воды в скважине;
• Отслеживание температуры воды в скважине.

Защита глубинных насосов от «сухого хода»

Для этих целей применяются кондуктивные датчики уровня или погружные гидростатические уровнемеры совместно со вторичными приборами.

Применение кондуктивных датчиков уровня для защиты глубинных насосов от «сухого хода» подробно описано в статье Удаленное управление скважинным насосом.

В основе решения кондуктивные системы Nivocont.

Гидростатические уровнемеры выбираются в зависимости от глубины скважины, диаметра обсадной трубы и типа применяемого глубинного насоса. Для подбора конкретной модели воспользуйтесь таблицей подбора погружных гидростатических датчиков уровня для скважин.

Для преобразования токового сигнала уровнемера в релейный (для управления пускателем насоса) применяют токовое реле Unicont PKK или любой индикатор-преобразователь, например KN2000W.

Контроль динамического уровня воды в скважине. Отслеживание уровня воды в скважине

Для контроля уровня применяются гидростатические датчики уровня погружного типа и вторичные приборы. Выбор вторичных приборов зависит от задач, стоящих перед пользователем:

Визуальное наблюдение
за значением уровня

Визуальное наблюдение
и сигнализация
о критических уровнях

Хранение данных
и/или передача
их в АСУ

Удаленная
передача данных

Отслеживание температуры воды в скважине с помощью датчика уровня

Для применений, когда помимо слежения за уровнем воды, требуется наблюдение за ее температурой, применяются скважинные погружные уровнемеры со встроенными датчиками температуры.

В рамках одной статьи невозможно описать варианты датчиков уровня воды в скважинах и вторичные приборы, применяемые совместно с ними.

Если вы не нашли здесь ответ на свой вопрос или у вас есть проблемы, связанные с измерением уровня воды в скважинах, обращайтесь к нашим специалистам:

Техотдел компании РусАвтоматизация Дата публикации статьи: 2015-02-05
	Хотите сохранить эту статью? Скачайте её в формате PDF		Остались вопросы? Обсудите эту статью на нашей странице В Контакте		Хочешь читать статьи первым, подписывайся на наш канал в Яндекс.Дзен

Рекомендуем прочитать также:

Система автоматизации и телеметрии водозаборных скважин.

Датчики динамического уровня воды в скважине.

Применение датчиков уровня воды в колодцах.

Герконовые датчики уровня воды для автоматического управления насосом

Большую емкость для воды на даче или приусадебном участке можно использовать для полива или водоснабжения дома. При ее наполнении нет необходимости постоянно забираться вверх по лестнице и целый день следить за уровнем — это вполне могут сделать электронные датчики.

Область применения датчиков уровня воды

• Продвинутые дачные и фермерские хозяйства, занимающиеся выращиванием плодоовощной продукции, в своей работе используют системы полива наподобие капельной. Для обеспечения автоматической работы поливочного оборудования конструкция требует наличия большой емкости для сбора и хранения воды. Ее заполнение обычно производят погружными водяными насосами в скважине, при этом требуется отслеживать уровень давления воды для насоса и ее количество в водосборном баке. В этом случае необходимо управлять работой насоса, то есть включать его при достижении определенного уровня воды в накопительной емкости и отключать в случае полного заполнения водяного бака. Эти функции можно реализовать с помощью поплавковых датчиков.

Рис. 1 Принцип действия поплавкового датчика уровня (ПДУ)

• Большой накопительный бак для воды может потребоваться и для водоснабжения дома, если дебит водозаборной емкости очень мал или производительность самого насоса не может обеспечить потребление воды, соответствующее необходимому уровню. В этом случае устройства контроля уровня жидкости для автоматической работы системы водоснабжения также необходимы.
• Систему контроля за уровнем жидкости можно использовать и при работе с устройствами, в которых отсутствует защита от сухого хода скважинного насоса, датчик давления воды или поплавковый выключатель при откачивании грунтовых вод из подвалов и помещений с уровнем ниже поверхности земли.

Виды датчиков уровня воды

Все датчики уровня воды для управления насосом можно разделить на две большие группы: контактные и бесконтактные. Бесконтактные способы в основном используются в промышленном производстве и делятся на оптические, магнитные, емкостные, ультразвуковые и т.п. виды. Датчики устанавливаются на стенки водяных баков или непосредственно погружаются в контролируемые жидкости, электронные компоненты помещены в шкаф управления.

Рис. 3 Вертикальные и горизонтальные герконовые датчики

Устройство герконового переключателя

Основной исполнительный элемент герконового датчика — герконовый выключатель. Устройство представляет собой маленький стеклянный баллон, наполненный инертным газом или с откачанным воздухом. Газ или вакуум препятствуют образованию искр и окислению контактной группы. Внутри колбы находятся замкнутые контакты из ферромагнитного сплава прямоугольного сечения (пермаллоевая проволока) с золотым или серебряным напылением. При попадании в магнитный поток контакты герконового переключателя намагничиваются и отталкиваются друг от друга — происходит размыкание цепи, по которой течет электрический ток.

Рис. 6 Поплавковые вертикальные датчики уровня воды

Аналогичная схема управления насосом, помещенная в шкаф управления, может быть использована при отслеживании уровня в емкости с жидкостью, если герконы поменять местами, то есть SV2 будет находиться вверху и отключать насос, а SV1 в глубине бака с водой его включать.

Датчики уровня могут быть использованы в быту для автоматизации процесса при заполнении больших емкостей водой при помощи водяных электронасосов. Наиболее просты в установке и эксплуатации герконовые виды, выпускаемые промышленностью в виде вертикальных поплавков на штангах и горизонтальных конструкций.

Управление насосами в зависимости от уровня жидкости

Управление оборудованием в зависимости от уровня жидкости — это просто!

• Наполнение и опорожнение бассейнов
• Защита от протечек и затопления
• Автоматическая откачка воды из подвалов, шахт, колодцев, котлованов и пр.
• Откачка канализационных стоков
• Наполнение накопительных емкостей
• Защита насосов от работы без воды
• Регулирование рабочего уровня в малодебитных скважинах и колодцах
• Защита нагревательных приборов от работы без воды

Рассмотрим подробнее:

Электрический поплавковый выключатель

Чаще всего, поплавковый выключатель, выходит из строя по причине прогорания контактов переключателя поплавка. Чтобы избежать этого, следует подключать поплавковый выключатель к насосу через магнитный пускатель или устройство с аналогичными функциями.

Электрический поплавковый выключатель Taurus

К сожалению, обычный поплавковый выключатель не подходит для применения с агрессивными и фекальными стоками, т.к. налипающие частицы нарушают нормальную работу поплавка.
Уникальный поплавок Taurus оснащен тремя герметичными камерами и системой переворачивания с металлической дробью. Это позволяет устанавливать выключатель без дополнительного груза — поплавок, переворачивается вокруг своей оси. Это, так же, позволяет сократить необходимое свободное пространство в колодце или емкости.
Специальная форма и большой вес, делают поплавок не чувствительным к грязи и налипаниям.

Ознакомиться подробнее с примерами использования и схемами подключения можно здесь
Кондуктометрический метод управления

Существует значительно более надежный метод контроля и управления за уровнем жидкости — это кондуктометрический метод. Подходит, правда, только для токопроводящих жидкостей, но подавляющее большинство задач касается регулирования уровня воды, которая отлично проводит ток.
Принцип основан на том, что в жидкость погружаются электроды, между которыми протекает малый ток с небольшим напряжением. Специальный контроллер, таким образом с абсолютной точностью отслеживает уровень жидкости. Метод обладает высокой надежность, точностью регулирования и более гибки режим, т.к. можно произвольно выставить уровни.

Приведем пример: существует скважина с низким дебитом, соответственно скважинный насос требуется защитить от работы без воды максимально надежно и обеспечить его комфортную работу. Только кондуктометрическим способом мы можем обеспечить правильный режим эксплуатации насоса и высокую надежность срабатывания.
Мы можем задать режим, при котором насос будет отключаться при недопустимом уровне жидкости, а включаться только при полном восстановлении уровня воды в скважине. Это позволит не только защитить насос, но и обеспечить редкий запуск насоса. В противном случае его ресурс сильно сократится, т.к. небольшой подъем воды включит насос, который в считанные секунды эту воду выкачает и вновь отключится. И так короткими циклами. Это и некомфортно и быстро выведет насос из строя.
Контроллер — универсальное коммутирующее изделие, которому можно найти массу применений и расширить функционал. Например, вы хотите знать о аварийной ситуации — подключаем модульный зуммер или лампу, которая будет сигнализировать о неисправности. Подключив краны с сервоприводом, легко построить систему защиты от протечки воды. И многое другое.

В качестве электродов для кондуктометрической системы подойдет любой токопроводящий металлический предмет. Но так, как многие материалы окисляются и ржавеют, то рекомендуется в качестве электродов использовать элементы из латуни и нержавеющей стали.
Предлагаемые заводские электроды можно посмотреть здесь

В качестве общего (нижнего) электрода, так же можно использовать корпус контролируемой емкости, если она металлическая. При автоматизации погружного насоса в качестве общего электрода может выступать корпус самого насоса, тогда просто подключаем клемму общего электрода на контакт земли кабеля насоса.

HRH-5 — самое продвинутое, на данный момент, решение по управлению оборудованием в зависимости от уровня жидкости.

Выбираем датчик уровня воды в резервуаре и емкости

Для автоматизации многих производственных процессов необходимо контролировать уровень воды в резервуаре, измерение проводится при помощи специального датчика, подающего сигнал, когда технологическая среда достигнет определенного уровня. Без уровнемеров невозможно обойтись и в быту, яркий пример этому – запорная арматура бачка унитаза или автоматика для отключения насоса скважины. Давайте рассмотрим различные виды датчиков уровня, их конструкцию и принцип работы. Эта информация будет полезной при выборе устройства под определенную задачу или изготовлении датчика своими руками.