Hydrofor na bazie pompy SKA 4.02

Strona w budowie.

Jest to mój pierwszy opis projektu na tej stronie i od razu zacznę od czegoś konkretnego - projekt instalacji hydroforowej zasilanej wodą z własnej studni, opartej na pompie grudziądzkiej i zbiorniku przeponowym.

Na początek lojalne ostrzeżenie:

Słowem wstępu… #

Jak wszyscy wiemy, woda jest nam niezbędna do życia. Jedną z bardziej powszechnych metod dostarczania jej do gospodarstw domowych, stosowaną od wielu stuleci, było (i nadal pozostaje) kopanie własnej studni. Praktyka, która w dawnych czasach potrafiła decydować o przetrwaniu, dziś pozwala na - przynajmniej częściowe - uniezależnienie od wodociągu.

Jest to szczególnie ważne, jeśli używamy wody np. do podlewania czy innych celów, po których nie trafia ona do kanalizacji, czyniąc z niej tzw. wodę bezpowrotnie zużytą. Kwestia kosztów też nie jest bez znaczenia. W moim przypadku wydobycie własnej wody do podlewania i celów gospodarczych jest dużo tańsze niż używanie tej samej ilości zasobu z wodociągu.

Można oczywiście zamontować dodatkowy wodomierz ogrodowy i nie płacić za odprowadzanie ścieków. Nadal jednak jest to według mnie niezbyt dobre rozwiązanie, ponieważ używamy czystej, uzdatnionej wody do celów, które nie wymagają jakości wody pitnej. Jest to szczególnie istotne w obliczu coraz częstszych susz, gdy wodociągi mają problemy z ciśnieniem czy nawet brakiem wody. Priorytetem stają się wówczas cele bytowe i często pojawiają się zakazy podlewania. W większości sytuacji dotyczą one właśnie wody miejskiej - warto jednak sprawdzić lokalne przepisy, by uniknąć nieprzyjemności.

Co więc zrobić w sytuacji, gdy chcemy uszanować decyzje gmin, myśląc nie tylko o swoich potrzebach, ale jednocześnie zapewnić nawadnianie ogrodu właśnie wtedy, gdy woda jest najbardziej potrzebna?

Z pomocą przychodzi wtedy właśnie wspomniana własna studnia, jednak żeby wygodnie z niej korzystać i nie być skazanym na prehistoryczne sposoby naszych przodków, jak pompa ręczna czy kołowrót studzienny potrzebujemy instalacji hydroforowej. Jej zadaniem jest pobranie wody ze studni i utrzymywanie jej pod ciśnieniem umożliwiającym wygodne doprowadzenie jej do punktów poboru.

Cel i historia #

Moim założeniem i celem było uproszczenie korzystania z już posiadanej, kopanej studni kręgowej.

Do tej pory, od 2016 roku, służył mi mały zestaw ze zbiornikiem 24l napędzany prostą pompą typu JET100A.

Oprócz pojemności zbiornika w samej idei nie było nic, co jakoś bardzo mi przeszkadzało. Problemem był komfort i bezpieczeństwo użytkowania.

Studnia znajduje się daleko od ogrodu, więc każdorazowe użycie wiązało się z ciągnięciem długich odcinków węża ogrodowego oraz przedłużacza do zasilania pompy.

Do tego można się jeszcze przyzwyczaić, ale jako że lubię dbać o sprzęt, to po skończeniu podlewania zawsze okrywałem maszynę workiem na śmieci, żeby uchronić ją przed warunkami atmosferycznymi i w konsekwencji - rdzą.

Jak widać, rozwiązanie było prowizoryczne, niewygodne a w skrajnych przypadkach - bardzo niebezpieczne. O przedłużacz łatwo się potknąć, nie wspominając o bezpieczeństwie elektrycznym. Wystarczy, że ktoś z domowników użyje przedłużacza bez przewodu ochronnego, co w przypadku przebicia izolacji silnika i w połączeniu z wodą oraz wilgocią dookoła może stworzyć bardzo groźną sytuację.

Narodził się pomysł usuwający wszystkie problemy:

„Co by było, gdyby umieścić wszystko w budynku?”

Projekt #

Od samego początku założeniem było zrobienie wszystkiego od zera samodzielnie. Oszczędności absolutnie nie były tutaj oczywistym priorytetem (co zresztą będzie doskonale widoczne po skali absurdu końcowego tworu). Najważniejsze były dla mnie: ciekawość świata, chęć zrealizowania konkretnego celu, zdobicie doświadczenia, perspektywa ogromnej satysfakcji z wykonania i przede wszystkim - poprawa wygody i bezpieczeństwa użytkowania.

Studnia #

Studnia to klasyczna studnia kopana o głębokości około 4 metrów, obramowana betonowymi kręgami o średnicy 80 cm. Wykonano ją prawdopodobnie w latach siedemdziesiątych ubiegłego stulecia. Lustro wody utrzymuje się zazwyczaj na poziomie 1,5 metra od dna, jednak nie jest to wartość stała a zależna m.in. od pory roku, czy stanu wód gruntowych. Podobna zależność dotyczy napływu wody do studni. Sam poziom wody niewiele mówi o wydajności studni, ale wynikająca z niego objętość może być bardzo cenna przy słabym napływie robiąc za użyteczny bufor.

Warto tutaj przytoczyć trzy pojęcia:

• statyczny poziom wody - poziom lustra wody gdy woda nie jest wypompowywana
• dynamiczny poziom wody - poziom lustra wody podczas pompowania
• wydajność studni - wydajność dopływu, czyli ile wody studnia jest w stanie dostarczyć przy aktywnym odpompowywaniu w jednostce czasu

Ta ostatnia w praktyce stanowi największe ograniczenie i decyduje o tym w jaki sposób będziemy ze studni korzystać oraz ma znaczenie przy doborze pompy i jej zabezpieczeń. W praktyce nawet studnia z bardzo słabym dopływem może zgromadzić użyteczną ilość wody i oddać ją w krótkim czasie kosztem późniejszej, dłuższej regeneracji. Nie przeszkadsza to nawet wbrew pozorom w budowie systemu nawadniania. Jeśli zaprojektujemy go mając z tyłu głowy ograniczenie i mądrze zaprogramujemy strefy i czasy nawadniania, to możemy zadbać nawet o większy ogród. Sekret stanowią czas, bufor i zabezpieczenia przed suchobiegiem. Nie o tym jednak jest ten artykuł i owego systemu na razie nie planuję.

Nie udając eksperta, zachęcony licznymi materiałami dostępnymi na kanale youtube „HYPO - wszystko o pompach” postanowiłem się z nimi skontaktować w kwestii doboru pompy.

Efekt? Przesłana przez nich odpowiedź była technicznie uzasadniona i do tego, co tam przeczytałem (a dużo tego nie było) nie mogę się doczepić. Trudno mi jednak nie odnieść wrażenia, że cała ta wymiana przypominała trochę rozmowę z kiepskim modelem językowym na wczesnym etapie rozwoju.

W swojej wiadomości poruszyłem dość dużo wątków, zapytałem o konkretne rozwiązanie i wyraziłem otwartość na propozycje. Odpisująca mi osoba postanowiła prawie w całości pominąć treść mojego wywodu, nie rozwinęła żadnego wątku, a temat wykorzystania własnego silnika został zamieciony pod dywan. Zamiast tego otrzymałem kilka gotowych rozwiązań, które wprawdzie były rozsądne, sprawdzone i na 99% wystarczyłyby zdecydowanej większości osób w podobnej sytuacji. Ja jednak chciałem czegoś z większą pompą. Dosłownie i w przenośni.

Silnik i pompa #

Zastane przeze mnie warunki umożliwiają zastosowanie pompy powierzchniowej oraz głębinowej. Zdecydowałem się na wybór pierwszego rozwiązania. Warto od razu wyjaśnić, że pompy powierzchniowe mogą również pracować z napływem i nie są ograniczone wyłącznie do ssania, jednak gdy mówimy o pompach hydroforowych przyjęło się uproszczenie „pompa powierzchniowa = pompa ssąca” i często używa się ich zamiennie, dlatego w artykule będę się nimi posługiwał dokładnie w ten sposób.

Powodów dla wyboru pompy ssącej było kilka:

• łatwiejszy serwis - maszyna znajduje się na powierzchni i dzięki temu jest łatwo dostępna,
• studnia ma małą głębokość, a jednocześnie słup wody nie daje dużego obszaru roboczego dla pompy głębinowej,
• związana z powyższym konieczność stosowania specjalnego płaszcza chłodzącego pompę głębinową, który wymusza przepływ wody wzdłuż silnika,
• trudność z zawieszeniem pompy w szerokiej studni kręgowej, przez co montaż i serwis byłby kłopotliwy,
• posiadam silnik, dla którego długo szukałem sensownego zastosowania.

Pompy powierzchniowe mają też konkretne wady. Należą do nich między innymi hałas pracującej maszyny, straty na ssaniu i konieczność zalewania korpusu pompy i rury ssawnej wodą przed pierwszym uruchomieniem (z małym wyjątkiem, ale o tym później). Zastosowanie takich pomp ogranicza również głębokośc z której możemy zassać wodę. Teoretycznie ziemska atmosfera pozwala na zasysanie około 10 metrów w pionie, jednak są to warunki idealne i w praktyce już przy 7-8 metrach jesteśmy już dosłownie na granicy i pompa może nie zassać wody.

W tym miejscu nie ukrywam że wybór pompy przebiegł od końca!

Zazwyczaj dobór zaczyna się od obliczenia wydajności studni, sprawdzenia szacowanego zapotrzebowania na wodę, oszacowania potrzebnego ciśnienia na pokonanie strat długich odcinków węży itd. Tutaj zacząłem od tego że posiadałem zwykły przemysłowy silnik elektryczny i nie miałem pomysłu na jego użycie. Leżał na podłodze, zbierał kurz i często się o niego potykałem. Parametry może na pierwszy rzut oka nie robią wrażenia, zwłaszcza, że to silnik trójfazowy po którym często spodziewamy się dużej mocy. Jest jednak ważne ALE. Sam fakt, że silnik podłączamy do „siły” nie definiuje jego mocy. Ten konkretny model to SZJe 24A. Urządzenie polskiej produkcji z roku 1979, zdolne do obracania wałem o średnicy 22 mm 1420 razy na minutę z mocą 1,5 kW. Bez przerwy - warto dodać o czym informuje nas praca S1 - praca ciągła. Jest to też jedna z przyczyn obok zastosowanych materiałów dlaczego ten silnik jest tak duży i cięzki, osiągając przy swojej niezbyt małej mocy 25,5kg. Co ciekawe - takie urządzenia projektuje się z myślą o trwałości, bo awaria napędu w przemyśle mogłaby skutkować wielogodzinnym przestojem. Nie jest to jednak artykuł o budowie silnika, a o hydroforze, dlatego dla zainteresowanych zamieściłem tabliczkę znamionową wraz z tabelą w formie tekstowej.

Typ silnika

SZJe 24A

Moc znamionowa silnika

1,5 kW

Zasilanie

3 × 380 V Y

Częstotliwość znamionowa

50 Hz

Prąd znamionowy

3,5 A

cos φ

0,80

Stopień ochrony

IP 44

Prędkość obrotowa

1420 obr./min

Praca

S1 - praca ciągła

Klasa izolacji

E

Maks. temperatura otoczenia

40 °C

Dopuszczalny przyrost temperatury uzwojeń

75 K

Masa

25,5 kg

Norma

PN-72/E-06000

Elektrycznie był w świetnym stanie. Jedynym mankamentem był brud i osad z trocin i pyłu drzewnego, jako że wcześniej służył jako napęd prowizorycznej piły do drewna.

Po gruntownym czyszczeniu, wymianie łożysk z typu otwartego na szczelne 2RS, a nawet wymianie śrub obudowy, silnik z racji żeliwnej konstrukcji pomalowałem farbą Hammerite.

Szkoda, że nie mam żadnych zdjęć przed…

Przyszła kolej na pompę.

Użycie swojego silnika wymusiło na mnie użycie pompy grudziądzkiej. Nie robiłem tu większego researchu, bo dobór jest dość skomplikowany. Miałem za to dużo szczęścia.

Na Allegro Lokalnie znalazłem ofertę regenerowanej pompy od tokarza w dużo niższej cenie niż nowa. Napisałem do niego, wysyłając zdjęcia silnika i pytając, czy ten będzie do niej pasował.

Okazało się, że jak najbardziej, przy czym pan okazał się tak miły, że gratis wysłał mi podstawę, sprzęgło do silnika, wkładkę, płytę dystansową pod pompę i uszczelki kryz.

Te ostatnie jako jedyne musiałem dokupić.

Tak samo jak silnik, całość oczyściłem i przemalowałem.

Realizacja #

Prace ziemne #

Test #