В загородных домах для подачи воды обычно используются два типа насосов: поверхностные и погружные насосы. Поверхностные насосы, несомненно, наиболее широко используются и менее дорогие. Они имеют несколько модификаций и могут работать до глубины 150 футов (45,7 м). Погружные насосы обычно применяются на больших глубинах, но могут также использоваться и на мелкозалегающих пластах.
Поверхностный лопастной насос имеет одно рабочее колесо, чтобы закачивать воду по трубам. Для вращения рабочего колеса чаще всего используется однофазный электромотор. Имеются три разновидности поверхностных лопастных насосов: простые, с эжектором и многоступенчатые. Для каждого типа насоса необходим клапан, гидрозатвор, находящийся снизу водоприемной трубы. Этот клапан называется обратный клапан или всасывающий клапан (рис. 8.8).
Рис. 8.8. Типовой обратный клапан
При отсутствии обратного клапана вода в насосе и в трубе опустилась бы до уровня воды в колодце. В результате воздушный карман между уровнем воды и насоса нарушил бы непрерывную подачу воды. В отсутствие постоянного водяного потока насос не будет работать.
Обратный клапан, показанный на рис. 8.8, представляет собой довольно простое устройство. Слабая пружина поддерживает клапан в контакте с седлом, пока насос не работает. Когда насос начинает работать, усилие потока воды преодолевает сопротивление пружины и клапан открывается, засасывая воду в водоприемную трубу.
Насос состоит из мотора и рабочего колеса, и существует несколько основных способов их размещения. Они оба могут быть установлены прямо наверху обсадной трубы колодца или сбоку. При расположении сбоку они могут находиться в 45–50 футах (13,7– 15,2 м) от самого колодца.
После установки поверхностного лопастного насоса перед началом работы его нужно залить водой. Это означает, что насос должен быть заполнен водой, так чтобы рабочее колесо могло создавать напор в магистрали. К новым устройствам должна прилагаться инструкция по эксплуатации. Если же вы заливаете старый насос, то найдите пробку на верхней части корпуса насоса. Некоторые блоки могут иметь одну большую пробку и пробку поменьше рядом. Открутите обе. Маленькая – это входное отверстие, через которое вода затекает в насос и трубы. Залейте воду в большое отверстие до полного заполнения. Если вся система работает нормально, то после заполнения уровень воды будет оставаться постоянным. Если уровень воды в заливочном отверстии продолжает падать, то это иная проблема. Это, вероятно, может происходить либо из-за утечки в водоприемных трубах, либо повреждения обратного клапана (табл. 8.1).
Стандартный поверхностный лопастной насос использует одну трубу для всасывания. Здесь действует такой же принцип, как и тогда, когда мы всасываем содовую воду через соломинку. Стандартный поверхностный лопастной насос приводится в действие за счет создания давления, соизмеримого с атмосферным. Это давление составляет около 14 фунтов/дюйм2 (0,99 кг/см2), что позволяет осуществлять подъем воды только на 22 фута (6,7 м).
Таблица 8.1. Неисправности насоса и их устранение
* Проверьте заливку перед поиском других причин. Отверните заливную заглушку и посмотрите, есть ли вода в заливочном отверстии.
Для глубин от 15 (4,57 м) до 90 футов (27,4 м) используется система насоса с эжектором (jet-системы). Для этой системы характерно наличие двух труб. Вода быстро закачивается сквозь большую трубу напротив отверстия маленькой трубы внутри специального фитинга. Это создает как бы сифон ниже уровня воды в колодце. При этом такой насос может выталкивать воду с бо́льших глубин, чем простой поверхностный насос. По этой причине такие насосы имеют в наличии две трубы от насоса. Одна труба почти всегда меньше, чем другая. Их типовые размеры составляют 1" (25,4 мм) и 1,25" (32 мм).
Для глубин от 75 (22,9 м) до 150 футов (45,7 м) используются поверхностные многоступенчатые насосы. Они направляет водяной поток к передней части стенок фитинга в нескольких местах, для того чтобы создать специальную многоступенчатую конструкцию гидравлической части.
Решающими факторами при выборе насоса является скорость течения воды, расходы на установку и подключение и глубина водоносного пласта. Большинство моторов для поверхностных насосов питаются напряжением 110 В или, при некоторых простых изменениях проводки, напряжением 220 В для более эффективной работы. Простые поверхностные насосы менее дороги и проще в установке, чем поверхностные насосы с эжектором. В табл. 8.2 представлены основные типы для сравнения. Как вы можете видеть, существует перекрывание в размере нескольких футов при изменении глубины от одного типа насосов к другому. Но также можно заметить, что чем глубже данный тип насоса используется, тем меньший поток воды обеспечивается.
Погружные насосы используются на глубинах, превосходящих область использования поверхностных насосов. Как показано на рис. 8.9, погружной насос представляет собой группу рабочих колес, находящихся в одной обсадной трубе. Вся система располагается ниже уровня воды в колодце и поднимает ее наверх. Несколько рабочих колес действуют совместно для увеличения мощности. Количество рабочих колес, используемых в насосе, варьируется, но наиболее стандартное число 10. Десять рабочих колес, как вы можете представить, обеспечивают достаточную мощность, чтобы поднять воду на поверхность земли.
Таблица 8.2. Типовые требования к поверхностным насосам с эжектором и многоступенчатым насосам
*Простые поверхностные насосы используются до глубины 20 футов (6,1 м).
К недостаткам этого типа относится то, что такой насос дороже, чем поверхностный, для управления им требуется больше энергии, а оборудование подвергается большим опасностям выхода из строя. Как вы можете видеть на рис. 8.9, насос погружается в колодец и его вес поддерживается трубами. Коррозия или плохие соединения могут ослабить его, и он может затонуть на дне колодца. Для того чтобы извлечь его, потребуются специальные «рыболовные» инструменты. Кроме того, провода, идущие к электромотору, погружены в воду, поэтому существует большая вероятность появления электрических неполадок.
Рис. 8.9. Скважинные погружные насосы имеют мотор и несколько рабочих колес, расположенных ниже уровня воды
Резервуары для воды
Почти все резервуары для воды, используемые в загородных домах, могут быть двух типов. Первый, и наиболее старый тип, это резервуар с воздушной подушкой, как это показано на рис. 8.10. Во втором типе используется эластичный баллон из толстой пластмассы для воды, и он известен как эластичный резервуар.
Рис. 8.10, а. Работа резервуара с воздушной подушкой. При минимальном давлении в резервуаре, при котором насос качает
Рис. 8.10, б. Насос закачивает воду в резервуар, которая сжимает воздух вверху резервуара. Насос отключается при крайнем большом давлении
Эластичные резервуары. Они имеют несколько преимуществ перед металлическими (жесткими) резервуарами. Оба типа резервуаров используют воздушный объем, который сжимается водой, когда она закачивается в резервуар. Однако вода в эластичных резервуарах не соприкасается с металлом резервуара, и таким образом, резервуар не подвергается действию коррозии. Поскольку вода не касается металла резервуара, она не приобретает частичек ржавчины и неприятный вкус. Когда резервуар устанавливают в первый раз, то в нем создают избыточное давление.
В верхней части резервуара будет находиться воздушный клапан, так же как на автомобильной шине. Воздух закачивается в резервуар до рекомендованного давления, обычно 35 фунтов/дюйм2 (2,46 кг/см2). Затем вода накачивается в резервуар, сжимая воздух до, приблизительно, 55 футов/дюйм2 (3,87 кг/см2), и система готова к работе. Управляющий выключатель, имеющийся в системе, предназначен для включения насоса, когда давление упадет до минимального, и выключения его, когда давление достигнет максимума. Стандартный диапазон давлений от 25 (1,76 кг/см2) до 50 фунтов/дюйм2 (3,5 кг/см2). Давление определяется при помощи манометра на насосе или водопроводной трубе и подбирается так, чтобы выключатель давления включался и выключался соответственно при нижнем и верхнем значениях давления.
Небольшая проблема при установке эластичного резервуара связана с тем, что вам необходим источник сжатого воздуха. Для этой цели может быть использован практически любой источник, такой как, например, маленький аварийный компрессор, работающий от прикуривателя в автомобиле. Но первоначальная установка требует того, чтобы в резервуар был закачан воздух.
Вначале резервуар будет требовать небольшого внимания к себе. Однако несколько месяцев спустя давление в резервуаре надо будет проверять при помощи шинного манометра, просто как вы проверяли бы его в шине автомобиля. Когда стержень клапана в резервуаре изнашивается, то он может протекать, и поэтому нуждается в периодической замене.
Резервуары с воздушной подушкой. Эти резервуары самые старые. Кроме того, для них используется термин резервуар с воздушной полостью. Большинство типов таких резервуаров оцинкованы внутри и снаружи. Существует несколько основных модификаций. Некоторые покрыты пластмассой или эмалью. Такие резервуары работают практически как эластичные баки. Вода омывает внутреннюю часть резервуара. Пока покрытие внутри резервуара не повреждено, стальной материал резервуара не будет загрязнять воду. Однако срок использования резервуаров с воздушной подушкой меньше, чем эластичного резервуара.
Заполнение резервуара с воздушной подушкой очень несложно. Как можно видеть на рис. 8.11, а, в резервуаре есть отверстие на высоте одной трети. Когда насос залит и готов закачивать, вы удаляете заглушку из отверстия. Затем включаете насос до тех пор, пока вода не начнет вытекать из отверстия, и только тогда выключаете его (рис. 8.11, б). Вставьте заглушку в отверстие и убедитесь, что она плотно закрыта. Используйте тефлоновую ленту или пасту для уплотнения. Затем включите насос снова. Когда насос наполняет резервуар, воздух в верхней части сжимается до определенного максимального значения. В этой точке датчик давления отключает насос. Проверьте на утечки по пузырькам воды или пятнам влаги.
Рис. 8.11, а. Резервуар с воздушной подушкой. Первоначальное положение – резервуар пуст
Рис. 8.11, б. Резервуар наполнен до уровня заглушки, и она закрыта
Рис. 8.11, в. Резервуар следует наполнить на две трети для оптимальной работы
Рис. 8.11, г. Наполненный резервуар может быть осушен до заглушки и снова заполнен
Некоторые резервуары с воздушной подушкой имеют две заглушки. Одна располагается на высоте одной трети. Вторая может быть наверху или на высоте двух третей. Обычно вам не нужны эти верхние заглушки для заполнения резервуара. Однако они полезны, когда вам надо осушить его.
Судить о заполнении резервуара вы можете, просто касаясь рукой его боковой стороны (рис. 8.12). Дело в том, что температура воды из колодца отличается от температуры воздуха, находящегося в верхней части резервуара. При теплой погоде вода холоднее, а зимой вода будет теплее воздуха. Поэтому вы можете почти всегда судить об уровне воды, просто дотрагиваясь рукой до резервуара.
Рис. 8.12. Прикоснитесь к стенке резервуара, чтобы определить уровень воды
Для резервуаров с воздушной подушкой характерно, что постепенно они теряют наполнение и готовы к новой заливке. Когда это происходит, насос включается всякий раз, когда открывают воду, и работает только несколько минут, после того как вода будет отключена. Вы можете потрогать боковую сторону резервуара. Если вы не чувствуете разницу температур, то, вероятно, резервуар наполнен водой. Для того чтобы в этом убедиться, немного приоткройте нижнюю заглушку. Если вода начнет вытекать из отверстия, то резервуар наполнен.
Для обслуживания резервуара отсоедините датчик давления, отключив электропитание насоса. Это предотвратит подключение насоса. Затем открутите немного заглушку на резервуаре. Откройте водопроводный кран и дайте воде вытекать до тех пор, пока она не дойдет до уровня нижней заглушки. Закройте кран. Проверьте уровень воды, ослабляя заглушку и убеждаясь, что уровень воды достиг нужной точки.
Если уровень воды находится на правильной отметке, просто закройте отверстие в резервуаре и подключите электричество. Насос завершит работу.
Если в резервуаре имеются две заглушки, то снова заполнить его намного легче. Откройте кран и снимите верхнюю заглушку. При этом в систему поступит воздух, и вода из резервуара вытечет намного быстрее. Ослабьте нижнюю заглушку, чтобы вода из отверстия начала понемногу вытекать. Спускайте воду из резервуара до тех пор, пока не перестанет вытекать через нижнюю заглушку. Закройте кран, установите на место обе заглушки и убедитесь, что они плотно закрыты. Снова включите насос, и он завершит работу.
Водонапорные резервуары. Водонапорные резервуары, один из которых показан на рис. 8.13, «уступают дорогу» компактным резервуарам с наддувом. Однако они все еще используются во многих местах. Преимуществом такого резервуара является то, что он работает до тех пор, пока в баке есть вода, даже при отсутствии электричества. Недостаток в том, что для размещения резервуара необходима специальная конструкция башенного типа. Для достижения необходимого давления воды резервуар должен быть расположен более чем на 15 футов (4,57 м) выше самого верхнего этажа в доме.
К этой высоте также добавляется расстояние по вертикали, на которое насос должен поднять воду. Например, если уровень воды в колодце на 18 футов (5,48 м) ниже уровня земли, а резервуар располагается на высоте 20 футов (6,1 м) над землей, то насос закачивает воду на 38 футов (11,58 м), а не на 18 (5,48 м).
Башенная конструкция для крепления резервуара должна быть очень прочной. Ведь эта конструкция предназначена для того, чтобы поддерживать резервуар емкостью 400 галлонов (1512 л) и выдерживать вес более чем 2800 фунтов (1271 кг). Вес одного галлона (3,78 л) воды около 7 фунтов (3,18 кг). Кроме того, добавляются проблемы, связанные с изоляцией наружных труб, ухудшением ландшафтных пейзажей и т. д.
Рис. 8.13. Водонапорный резервуар
Система водоснабжения и методы ее управления и контроля
Когда колодец пробурен, насосная система и резервуар функционируют, то вода должна поступать от колодца в дом. Но относительно несложным это кажется только на первый взгляд, т. к. существуют некоторые проблемы. Первой проблемой является необходимость предохранять трубы от замерзания зимой. Для этого их располагают под землей ниже уровня промерзания почвы. Уровень промерзания, который еще называют глубиной промерзания почвы, это глубина, на которой влага в почве замерзает при холодной погоде, как это показано на рис. 8.14. На юге почва не промерзает очень глубоко, по сравнению со штатом Монтана или Мэн. Лучший способ узнать глубину промерзания почвы в вашей местности – проконсультироваться в местной проектной службе, поскольку для этого существуют свои местные стандарты.
Рис. 8.14. Труба от колодца к дому должна быть проложена ниже уровня промерзания почвы. Насос и резервуар могут располагаться в подвале, в колодце или быть теплоизолированными
Типы труб. Очень важен тип трубы для использования в данном случае. Конечно, труба из оцинкованной стали прочнее, но она подвергается коррозии. Пластмассовые и медные трубы менее чувствительны к этому. Однако есть несколько других важных моментов при выборе типа труб. Они касаются обитающих поблизости животных и техники, работающей в данной местности. Например, суслики являются самыми распространенными животными в сельскохозяйственных угодьях. Они роются в земле и могут перегрызть почти все, что им попадется. Таким образом, к сожалению, этой угрозе часто подвергаются нежесткие водопроводные трубы и, даже, электрический кабель. Суслики – это не единственная проблема, но этот пример очень показателен.
В местности, где распространены суслики, следует прокладывать оцинкованные стальные трубы или заключать другие более мягкие типы труб в жесткие стальные оцинкованные трубы или лотки. Электрические кабели для водопроводного насоса, проложенные в земле, должны быть также защищены оцинкованной изоляционной оболочкой.
Кроме того, надо учитывать то, что в сельской местности может быть интенсивное движение сельхозтехники. Трактора, механические плуги, тяжелые грузовики могут работать вблизи от дома. По возможности, трубы и кабели следует располагать в земле в стороне от возможной зоны перемещения транспорта и сельхозтехники. Если труба проходит неподалеку от пахотной зоны, то она должна располагаться несколькими дюймами глубже, чем возможная глубина вспашки.
Система управления и контроля. Система контроля состоит из нескольких водопроводных вентилей, по крайне мере одного крана и нескольких электрических систем контроля. Как показано на рис. 8.15, вам следует иметь, по меньшей мере, два вентиля вблизи резервуара. Вентиль между насосом и резервуаром позволяет отключать воду от резервуара при работе с насосом. Пока ведутся работы, резервуар может подавать воду в дом.
Рис. 8.15. Желательные характерные особенности водопроводной системы насоса. Вентили позволяют отсоединить каждую секцию при проведении ремонта или осушения и заполнения резервуара. Наружный кран работает как осушитель резервуара или дополнительный кран
Вентиль, установленный после резервуара, служит для отсоединения насоса и резервуара от домашнего и садового водопровода. Это позволяет проводить ремонт садовых кранов или ремонтные работы в точках подачи воды к хозяйственным постройкам и надворным строениям. Кроме того, этот вентиль помогает отключить трубы на зиму.
Кран у резервуара позволяет спускать воду из насоса, резервуара и труб в данной схеме. Это может быть необходимым при проведении ремонтных работ или для предупреждения повреждений при возможном промерзании.
Запорный вентиль, расположенный у входа водопроводных труб в дом, как это показано на рис. 8.16, может отключать подачу воды в дом во время выполнения ремонтных работ. Лучше всего, если этот вентиль является вентилем, показанным на рис. 8.16. Это вентиль с краном для слива воды, который иногда называется спускным вентилем. Этот вентиль позволяет спускать воду, осушая тем самым трубы в доме. Это очень важно, если дом должен быть закрыт без прогревания в морозную погоду.
Рис. 8.16. Типовая схема водопроводной системы от колодца к дому. Вентиль с краном для слива воды позволит осушить трубы в доме на зимний период
Насос водоснабжения должен иметь несколько электрических элементов управления и контроля. Во-первых, как показано на рис. 8.17, специальный выключатель включает и выключает насос в требуемом диапазоне давления. Однако, как показано, также неплохо иметь ручной выключатель и электрическую розетку на линии. Это позволило бы вам отключать электроэнергию от насоса, но иметь электрическое освещение в данном месте. Освещение иметь очень полезно, если ремонт или регулировки необходимо провести в ночное время. Освещение также является источником тепла, чтобы предотвратить проблемы замерзания. Розетка и выключатель должны быть помещены в кожух, пригодный для использования на открытом воздухе.
Рис. 8.17. Желательные электрические элементы управления и контроля для колодезного насоса: водонепроницаемая распределительная коробка с ручным выключателем насоса и розетками на напряжение 110 В переменного тока, работающих всегда в положении «вкл», и отдельный автомат защиты цепи в главном энергоузле
Электрическая цепь насоса должна управляться и контролироваться отдельным автоматом защиты цепи или предохранителем. Неразумно объединять насос с другим электрическим устройством.