Изменения климата, особенно заметные в последние пару десятков лет, стимулировали активность в направлении совершенствования систем ирригации для сельского хозяйства, где сегодня приоритетными стали разработки напорного орошения – дождевание с использованием разбрызгивателей, струйное с применением распылителей и капельное (поверхностное, реже подпочвенное).

В приоритете любых решений систем напорного орошения:

• энергосбережение и повышение энергетической эффективности систем ирригации;
• обеспечение максимальной работоспособности и долговечности всех компонентов от насосных агрегатов, установок до разбрызгивателей/распылителей;
• возможность комбинации орошения с водоподготовкой (очисткой, окислением для разложения органических материалов и кислованием для смягчения жесткой воды) и фертигацией (добавками удобрений в воду для полива).

Современная концепция систем напорного орошения для ирригации сельскохозяйственных культур.

В современной концепции напорное орошение уже не делят на системы с постоянным расходом или постоянным давлением (напором), поскольку, например при водозаборе из скважины по мере ее выработки и в зависимости от объема осадков в месяц уровень воды снижается, что требует увеличения напора. В то же время давление в системе будет разным в зависимости от числа и типа подключаемых установок дождевания, распыления, а также от состояния распылителей, разбрызгивателей, трубок капельного полива, фильтрующих элементов.

В свою очередь введение в воду для орошения удобрений изменяет ее вязкость, причем если для фертигации используется объемный (поршневой, ротационный) насос с целью впрыска небольших доз удобрения, то изменения напора (давления) будут резкими и носить прерывистый характер, что может спровоцировать гидравлический удар и привести к нарушению герметичности сети трубопроводов. Нельзя забывать и о сравнительно медленном, но стабильном повышении сил трения из-за загрязнений и деструкции материала трубопроводов с повышением шероховатости поверхности, выработке эмиттеров (разбрызгивателей, микроразбрызгивателей, струйных микрораспылителей и пр.), а также самих насосов (и компонентов привода).

В целом поэтому сегодня нерационально применение:

• насосных установок, агрегатов с традиционным (прямым или через устройство плавного пуска) параллельным или последовательным подключением насосов для увеличения (соответственно) расхода или напора (см. рис. ниже).
  
  
  
  
  
  Рис. насосные установки с параллельным (сверху) и последовательным (снизу) подключением насосов для увеличения (соответственно) расхода или напора.

  Оптимальным вариантом параллельного или последовательного подключения насосов в ирригационной системе для увеличения (соответственно) расхода или напора считается применение частотно-регулируемого привода (Variable Frequency Drives – VFD) с возможностью каскадного управления.

• решений байпасов, дросселирования клапанами, использование которых приводит к дополнительным тратам энергии и увеличивает риски гидравлического удара в сравнении с частотно-регулируемыми приводами.
  
  
  
  
  
  Рис. потери энергии при использовании регулирования байпасом (слева сверху), дросселирующими клапанами (справа сверху) и частотно-регулируемыми приводами (снизу).

Значительные сложности при эксплуатации систем напорного орошения для ирригации сельскохозяйственных культур создают:

• сезонность использования (обычно с апреля-мая до сентября-октября в зависимости от региона и погодных условий).
  В период «простоя» с очень малой зависимостью от качества обслуживания при консервации (установок, систем в целом) в сети трубопроводов, фильтрующих элементах, эмиттерах, самих насосах загрязнения в виде отложений кристаллизуются и становятся сложно-растворимыми, что увеличивает сопротивление напору, требует работы насоса с большей скоростью для создания требуемого давления;
• неравномерность необходимого расхода, как в сезон эксплуатации (больше в жаркие месяцы без осадков), так и в отдельные месяцы (в зависимости от погоды), что требует широкого диапазона доступных скоростей электродвигателя в приводе и может быть решено только с помощью частотного преобразователя;
• применение разных типов орошения в одном хозяйстве (для разных культур, различного состава почв, рельефа) при водозаборе из одного источника насосным агрегатом (или установкой), т.е. здесь будут переменными и расход, и напор, а значит единственно правильным решением проблемы остается каскадный частотно-0регулируемый привод.

Частотные преобразователи в системах ирригации сельского хозяйства.

Системы ирригации напорного орошения в сельском хозяйстве базируются на насосных агрегатах (п. 2.1.1.2 ГОСТ ISO 17769-1-2014), состоящим из электропривода переменного тока с регулируемой скоростью с комплектным преобразователем и электродвигателем, трансмиссии и собственно насоса (насосов). В насосные агрегаты и установки, используемые непосредственно для полива, как правило включают центробежные насосы, при комбинации орошения с окислением, кислованием, фертигацией подачу химических веществ или удобрений в большинстве случаев осуществляют объемными насосами (см. более детально о насосных системах, насосах и их характеристиках в этом материале).

Проблема точного и эффективного управления работой и динамических центробежных, и объемных насосов, как проблемы регулирования при переменном напоре и/или расходе, решаются применением привода с частотным преобразователем каскадного типа, однако не следует забывать о том, что:

• в подавляющем большинстве случаев питание сельскохозяйственных объектов осуществляется по «воздушным» линиям электропередач, где потери мощности существенно больше, чем в подземных кабельных, а провалы напряжения, перенапряжения, а также наброс токов гармоник могут привести к авариям. Поэтому при выборе частотного преобразователя для привода насосного агрегата, станции системы ирригации нужно учитывать все возможные негативы влияния VFD на силовую сеть (см. более подробно в этом материале);
• использование любого, а тем более каскадного частотного преобразователя будет негативно влиять на электродвигатели и сам привод, что требует превентивного нивелирования (или смягчения) возможной проблемы (более детально о внутрисистемных электротехнических проблемах при эксплуатации VFD здесь).

В целом правильный выбор частотно-регулируемого привода для систем ирригации в сельском хозяйстве аналогичен выбору VFD для промышленности и должен основываться на тщательной оценке ряда факторов, приведенных в этом материале, но с учетом алгоритма, описанного здесь.

Возврат к списку