Как работает автоматика для скважинного насоса и зачем она нужна

Недавно у соседки сгорел новый скважинный насос — горе-мастера подключили контролирующую автоматику так, что она не срабатывала и насос работал непрерывно «на закрытый кран», не отключаясь.

Собственно, и сам я стал «умным» после того, как у меня тоже сгорел насос. Мой, правда, продержался 3 года, но все равно это срок небольшой. И вот я решил рассказать об устройстве скважины и скважинной автоматики, а также разобрать возможные недостатки различных решений — как станет ясно далее, я со всеми этими недостатками столкнулся на практике.

Устройство скважины

Скважина есть, по сути, глубокая дырка в земле. Настолько глубокая, чтобы доставать до водоносных слоев, которые могут быть на глубине 15 метров, а могут и на 50-100-150 метрах. В некоторых случаях воды может и вовсе не быть, в южных вододефицитных регионах такое встречается достаточно часто — впрочем, этот вариант мы обсуждать не будем, потому и обсуждать тут нечего, только заказывать привозную воду.

В пробуренную скважину погружается перфорированная ПВХ труба. Перфорированная — это значит, в ней проделаны отверстия, сквозь которые в скважину и будет просачиваться вода. Есть трубы с готовой перфорацией, либо можно сделать прорези самостоятельно болгаркой — никакой принципиальной разницы нет.

Пока все очевидно, но вот я подхожу к первому нюансу, который люди часто понимают неправильно. Если вода в скважине закончилась — это не значит, что вы выкачали всю воду из подземного источника. «Выкачать всю воду» нельзя, как нельзя выкачать ее из протекающей реки. Но запас воды в скважине — той, которая успела набраться — действительно ограничен.

Поэтому на глубину скважины влияет не только расположение водоносных слоев, но и необходимость иметь запас воды. Рассчитать его легко. По формуле PiR² 1 метр трубы стандартным диаметром 125 мм содержит 12 литров воды. При достижении водоносного слоя бурение не прекращают: во-первых, могут быть еще и другие водоносы, расположенные ниже. А во вторых — дополнительный метраж скважины ниже первого водоноса как раз и обеспечивает требуемый запас воды. Допустим, вода появилась на уровне 20 метров, а скважину сделали глубиной 35 метров. Итого максимально в скважине может быть 15 м *12 л = 180 литров. Это и есть то количество воды, которое вы можете использовать одномоментно.

В некоторых случаях эти расчеты значения не имеют — иногда дебет скважины такой, что насос ее выкачивать не успевает. Запас не нужен, потому что поступление воды в скважину превышает любой потенциальный расход.

В моем, например, случае, это не так. Дебет моей скважины зимой составляет около 2 кубов в сутки, а летом падает вдвое. И если вода в скважине закончилась, то придется ждать несколько часов пока труба заполнится снова. Неудобно, а главное, насос может выйти из строя — но об этом ниже.

Зачем нужна скважинная автоматика

Насос включается при подаче электропитания. Воду он качает, а что там с ней происходит дальше — не знает и знать не хочет. Но в доме водой мы пользуемся не постоянно. Получается, работу нужно организовать так, чтобы при открытии крана насос запускался, а при закрытии — отключался.

Реализуется это с помощью устройства под названием гидроаккумулятор в связке с реле давления. Гидроаккумулятор — это бак, в котором находится резиновая мембрана. С одной стороны закачивается воздух, с другой вода. Воздух сжимается, давление в гидроаккумуляторе набирается до 4 атмосфер (цифры давления могут быть и другими, я указываю наиболее стандартные). Когда мы открываем кран сжатый воздух начинает выталкивать воду в систему водоснабжения. Насос в этот момент вообще не работает — а вода в доме есть. Напор ее будет постепенно ослабевать, а когда давление упадет значительно — включится скважинник и снова наполнит гидроаккумулятор.

Синий бак ниже — это и есть гидроаккумулятор. А за своевременное включение и отключение насоса отвечает реле давления — на фото обведено красным.

Механическое реле давления

Самый простой вариант — механическое реле. Стоят такие устройства в районе 1 000 рублей и представляют из себя две пружинки, которые замыкают и размыкают контакты.

Пружинка нижнего порога (давление включения) замкнет контакт при падении давления до 2 атмосфер и насос включится. При достижении верхнего порога в 4 атмосферы (давление отключения) сработает вторая пружинка, разомкнет контакты и отключит насос.

Дополнительно в систему устанавливается реле защиты от сухого хода. Оно отключит насос полностью, если давление упадет ниже заданного минимально, например 0.5 атмосферы. Это уже расценивается как аварийный режим, перезапустить насос можно будет только вручную.

Механическое реле — простое, недорогое и эффективное устройство, но имеет ряд недостатков.

Потенциальные недостатки: пружинки и контакты иногда могут закисать, и в результате реле перестает срабатывать. Если откажет реле «нижнего порога» — то ничего страшного, просто вода пропадет и станет понятно, что нужно искать причину. Хуже, если не сработает реле отключения — тогда насос будет работать непрерывно. Он накачает гидроаккум до 5-6-7 атмосфер (сколько осилит) и дальше продолжит работу «на закрытый» кран. Вода в доме есть (и даже течет под бОльшим напором, чем обычно), проблема в глаза не бросается, а насос вскоре выйдет из строя.

С закисающими контактами я лично столкнулся, к счастью вовремя обратил внимание на повышенный напор воды в кранах. Но в моем случае это была не самая грозная проблема.

Как я уже писал выше, скважина у меня с малым дебетом — т. е. «в моменте» (в дневное время) расход воды превышает приток. И когда воды в скважине остается мало, то насос уже не осиляет обеспечить штатное давление — работает, но больше 3-3.5 атмосфер не выдает. Что имеем в результате:

1. Реле включения срабатывает и запускает насос.
2. Давление до верхней границы не набирается даже при закрытых кранах, реле отключения не срабатывает.

С точки зрения автоматики все выглядит так, как будто идет активный разбор воды — насос качает, но давление отключения не набирается. По факту же насос несколько часов работает без перерыва «на закрытый кран» или как еще говорят «сам на себя». Проблема эта появляется летом — когда уровень подземных вод и дебет скважины падает, а расход воды, наоборот, увеличивается, к обычным бытовым нуждам добавляется еще и полив.

Электронное реле давления

Один из вариантов решения — электронное реле давления. Суть его та же — включать и отключать насос в заданные моменты, но есть у электронных реле и масса других функций.

Можно, например, выставить предельное время работы насоса. Скажем, даже прием душа занимает не более 15-20 минут. Если насос работает непрерывно более этого времени — вероятны какие-то проблемы.

Еще одна функция — дельта давления. В штатном режиме при включении насоса давление быстро достигает плановых 4 атмосфер. И даже если в данный момент идет разбор воды, давление все равно быстро достигает верхней границы — мощности насоса обычно хватает с избытком. А вот если насос включен, а давление не растет — то вероятна работа «на закрытый кран».

Есть и масса других умных функций. Контроль частоты включения насоса застрахует от выхода из строя гидроаккумулятора — при повреждении мембраны или стравливании воздуха насос начнет включаться с частотой до 10 раз в минуту, что для него не очень хорошо. Есть также некоторые функции электрической защиты и т. д.

Потенциальные недостатки: как и в любых электронных устройствах возможны сбои «в мозгах». Если слетит прошивка, то электронное реле давления начнет работать непредсказуемым образом. И опять таки, хорошо, если оно просто отключит насос — а не переведет его в режим постоянной работы.

Другое дело, что в моем случае механическое реле давления в принципе не функционировало как надо. А потенциально-теоретические проблемы электронного реле — именно что теоретические. И в принципе такое реле было бы неплохим выходом, но я выбрал другой путь.

Установка системы из двух насосов, промежуточной емкости и скважинных датчиков

Хотя электронное реле страховало бы насос от выхода из строя, главной проблемы — нехватки воды — оно бы не решило. Задача увеличить дебет скважины на первый взгляд физически невыполнимая, но это не так. «Выжать» из скважины больше воды нам поможет использование промежуточной накопительной емкости с дополнительным насосом для подачи воды в дом.

Но разве дополнительная бочка увеличит приток воды скважине? Сейчас разберемся. Когда скважина пустая, то работают все водоносные слои. По мере наполнения нижние водоносы «отключаются» (см. схему). При полной скважине приток воды прекращается. Допустим скважина заполнилась к 2 часам ночи, а разбор воды начался в 7 утра. Эти пять часов попросту пропадают — расхода воды нет, но и притока тоже нет, вода не накапливается. Аналогичная ситуация будет и в середине дня, когда дома никого нет.

Запасать воду позволяет промежуточная емкость и установка скважинных датчиков. В скважину погружаются два датчика h1 и h2. Первый устанавливается чуть выше насоса, второй — на три метра выше первого. 3 метра трубы — это 36 литров воды.

Когда уровень воды поднимается до h2 насос включается и выкачивает воду в бочку. При падении уровня до h1 подача воды отключается. В бочке также установлены датчики, чтобы избежать переполнения — если емкость полная, то скважинный насос в любом случае не запустится. При такой схеме получаем сразу массу преимуществ:

1. Увеличивается максимальный запас воды. Например, 1 000 литров в емкости и еще 200-400 литров в самой скважине.
2. Скважина «работает» непрерывно — запас воды формируется в периоды низкого потребления (ночь, середина дня) и расходуется тогда, когда вода больше всего нужна (утром, вечером).
3. Скважина все время находится в «пустом» состоянии — а значит работают все водоносные слои, приток воды максимальный, дебет реально увеличивается.
4. Еще один неочевидный нюанс — сами водоносы имеют тенденцию заиливаться, забиваться. Чем больше они находятся в работе, тем больший приток воды обеспечивают. При пустой скважине водоносы работают постоянно.

На фото ниже — блок управления скважинной автоматикой. Видно, что оба светодиода горят красным — это означает, что и скважина пустая, и в бочке еще есть место. При наполнении и емкости, и скважины лампочки загорятся зеленым.

Подача воды из емкости в дом осуществляется отдельным наземным насосом.

На момент монтажа такая система водоснабжения обходится несколько дороже классической схемы с одним скважинным насосом, но разница не сильно критичная, переплата составит навскидку процентов 30%. И в долгосрочном промежутке это окупается не только комфортом.

Скважинные насосы недешевы. Формально скважинники могут служить лет по 10 и более, но есть в них одно слабое место — какая-то копеечная прокладка, которую периодически нужно заменять (в противном случае вода попадает в мотор и выводит насос из строя без возможности ремонта). В инструкция есть такая замечательная оговорка — мол, состояние прокладки нужно контролировать каждые 500 часов работы насоса. 500 часов наработки — это грубо говоря, каждые полгода насос нужно доставить и проверять его состояние. Но фишка в том, что стоимость работ по подъему и повторной установке оборудования сопоставима с ценой нового насоса, поэтому я не знаю никого, кто бы такую профилактику реально делал. О близком выходе из строя прокладки могут сигнализировать пятна масла в воде — да только как их заметить, когда вода потоком течет из крана? Фактически никак, не настолько там много этого масла.

В схеме с промежуточной емкостью скважинный насос работает 15-20 минут в день против стандартных 2-3-4 часов. Таким образом ресурс дорогого и сложного в замене оборудования многократно увеличивается. А основные часы наработки берет на себя поверхностный насос рядом с емкостью — который и стоит ощутимо дешевле, и меняется быстро и легко.

Потенциальные проблемы: такой уж я видимо везучий, что моя схема дала сбой буквально через месяц после установки оборудования. Датчики в скважине и в емкости отрабатывали корректно, а вот блок управления почему-то решил подачу воды не отключать и начал затапливать мне подвал. Заменили мне его бесплатно по гарантии, включая выезд и собственно работы по монтажу-демонтажу — но это все же иллюстрация к вопросу о надежности любого электронного оборудования.

Вместо заключения

Как на 100% застраховаться от сбоев скважинной автоматики я, если честно, не знаю. Как я убедился на собственном опыте сбоят и механические реле, и электронные. Характерно, что сколько я ни опрашивал соседей, ни у кого правильно смонтированные реле давления за много лет не ломались — а я вот на коротком промежутке времени собрал поломки и механического, и электронного устройств.

Впрочем, уже пару лет полет нормальный — воды хватает даже в нынешнее самое засушливое лето. Надеюсь мой рассказ будет полезным для тех, кто собирается бурить скважину. А начать я рекомендую с опроса соседей — узнать не только на какой глубине есть вода, но и распросить про дебет скважин. Если для вашего региона характерен дефицит воды, то лучше сразу собирать систему водоснабжения с промежуточной накопительной емкостью — это будет дешевле, чем потом модернизировать.