Автоматизация водоснабжения индивидуального дома
М. МУРАТОВ, г.Уфа, Башкирия
При разработке предлагаемых ниже конструкций автор стремился достичь их надежной работы при простоте изготовления, дешевизне и доступности элементов и безопасности эксплуатации. Они поддерживают заданный уровень воды в баке, не допускают бесполезной работы насоса и отключают его от сети при отсутствии воды в источнике или повреждении подводящих ее труб.
Общий недостаток автоматов управления водяным насосом, собранных по опубликованным в разное время описаниям [1—4], состоит в том, что они не отключают насос при повреждении водопроводных труб или переливе воды в баке. А эксплуатация еще одного блока управления насосом выявила серьезный недостаток, которым могут страдать и другие автоматы. При аварийном снижении напряжения питания насос оставался подключенным к сети нормально замкнутыми контактами исполнительного реле с множеством "вытекающих" последствий. Автоматы, в которых датчики уровня воды построены на базе микропереключателей, крайне ненадежны по причине коррозии контактов, постоянно находящихся в среде с повышенной влажностью.
Применять в автомате современные бесконтактные датчики давления или уровня жидкости было признано нецелесообразным. Это значительно увеличивало затраты на приобретение деталей, не избавляя от необходимости устанавливать исполнительное реле и почти не уменьшая объем слесарных и монтажных работ.
Рис.1
Схема первого варианта автомата показана на рис. 1, а конструкция накопительного бака с датчиками — на рис. 2. Бак 1 прямоугольной формы с входным патрубком 12 и выходным 3 сварен из нержавеющей стали. Он установлен на чердаке дома вплотную к дымоходу и теплоизолирован вместе с ним. Внутрь бака опущена герметично закрытая снизу труба 2 из пластмассы или другого водостойкого немагнитного материала. Если труба металлическая, например алюминиевая, необходимо во избежание коррозии исключить ее электрический контакт с баком.
Рис.2
Внутри трубы расположены герконы 5 (SF1 по схеме на рис. 1) и 8 (SF2 по той же схеме), соединительные провода выведены через верхнюю открытую часть трубы.
На трубу свободно насажены цилиндрические пенопластовые поплавки 6 и 11 с установленными на них ферритовыми постоянными магнитами (соответственно 7 и 15) от магнитных систем акустических динамических головок мощностью 1 ...2 Вт. Зоны перемещения поплавков ограничены надетыми на трубу резиновыми кольцами 4, 9 и 10. При сборке конструкции магниты 7 и 15 лучше установить так, чтобы они взаимно отталкивались.
В нижнем и верхнем положениях поплавка 6 под действием магнита 7 должны срабатывать герконы соответственно 5 и 8. Кольцо 10 располагают на такой высоте, чтобы магнит 15 вызывал срабатывание геркона 14 (SF3), установленного на заслонке 13, когда она отклонена струей воды из входного патрубка 12 и занимает положение, показанное штриховой линией. В отсутствие напора заслонка 13 висит вертикально, магнит 15 удален от геркона 14, который разомкнут.
Поплавок 11 страхует систему от случайного перелива воды (например, при заклинивании поплавка 6). Всплывая, он уводит магнит 15 от геркона 14, в результате чего тот размыкается. В реальной конструкции необходимо ограничить угол отклонения заслонки, чтобы она не упиралась в поплавок, препятствуя его всплытию.
После включения автомата выключателем SA1 начинает работать источник напряжения 24 В, состоящий из трансформатора Т1, диодного моста VD1 и конденсатора С1. Замкнутый при недостатке воды в баке геркон SF1 (датчик нижнего уровня) переводит реле К2 — дистанционный переключатель с двумя устойчивыми состояниями — в то из них, в котором контактами К2.1 замкнута цепь питания исполнительного реле К1. Контактами К1.1 и К1.2 оно включает насос, подающий воду.
Через замкнувшиеся контакты К1.3 напряжение питания поступает на реле времени, собранное на резисторах R4— R6, конденсаторе С2, стабилитроне VD5, транзисторе VT1 и реле КЗ с защитным диодом VD6. При нормальной работе системы геркон SF3 замкнут, транзистор VT1 закрыт. Идет наполнение бака, пока не сработает геркон SF2, после чего реле К2, изменив состояние, отключит реле К1 и насос.
Если вода в бак не поступает или работа не остановленного вовремя насоса грозит переливом, геркон SF3 разомкнется и начнется зарядка конденсатора С2. Через некоторое время напряжение на конденсаторе достигнет значения, достаточного для открывания транзистора VT1. Сработавшее реле КЗ разомкнет цепь обмотки реле К1, насос прекратит подавать воду или работать вхолостую в ее отсутствие. При указанных на схеме номиналах элементов продолжительность подачи напряжения на насос в аварийной ситуации не превышает 20 с. Так как контакты КЗ.2 и КЗ.З блокируют реле КЗ в сработавшем состоянии, чтобы возобновить работу насоса после устранения неисправности, вызвавшей защитное отключение, придется автомат выключить и вновь включить выключателем SA1.
В устройстве применены резисторы МЛТ и оксидные конденсаторы К53-29. Герконы — КМ-1, КМ-2 или извлеченные из герконовых реле, например, РЭС55. Трансформатор Т1 — ТВК110 с вторичной обмоткой, перемотанной на напряжение 17 В. Реле К1 — РПУ-0 или РМ-4 на 24 В, КЗ — РМУ исполнения РС4.523.303 или РЭС22 исполнений РФ4.500.131, РФ4.500.225. В качестве реле К2 применен дистанционный переключатель РПС20 исполнения РС4.521.751 с рабочим напряжением обмоток 6 В. Излишек напряжения гасят резисторы R1—R3.
При отсутствии дистанционного переключателя вместо него можно установить обычное реле с двумя группами контактов и рабочим напряжением обмотки 24 В. Схема включения такого реле в автомат показана на рис. 3. Контакты К2.1 остаются включенными в цепь обмотки реле К1. Геркон SF2 придется заменить нормально замкнутым.
Рис.3
Во втором варианте автомата в накопительный бак устанавливают наклонно трубу из нержавеющей стали, на которой находятся три поплавковых датчика уровня. Эскиз конструкции датчика показан на рис. 4.
Рис.4
К свободно надетому на трубу 6 диаметром 15 мм пенопластовому поплавку 5 приклеена резиновая полоса 2 размерами 100x20x4 мм. На нижнем конце полосы расположен подвижный контакт датчика — винт Мб из нержавеющей стали 4, соединенный проводом 3 с блоком управления. Неподвижным контактом служит труба 6, на которой вся конструкция закреплена хомутом 1. Всплывая, поплавок отводит подвижный контакт от трубы, разрывая цепь.
Датчики нижнего и верхнего уровней воды одинаковы, каждый из них находится на соответствующей высоте от дна бака. Третий поплавок, установленный в верхней части бака, не имеет контакта 4, но на нем укреплен магнит 7, изображенный на рис. 4 штриховой линией. Заслонка, подобная показанной на рис. 2, отклонившись под напором воды, приближает к магниту закрепленный на ней геркон. При переливе воды поплавок, всплывая, удаляет магнит от геркона. Воду из бака, оборудованного такими датчиками, желательно забирать через фильтр, задерживающий продукты слабого электролиза, сопровождающего их работу.
Схема второго варианта автомата показана рис. 5. После подачи питания, благодаря замкнутым контактам SF2 (датчик нижнего уровня) и К2.1, срабатывает реле К1, которое контактами К1.1 и К1.2 включает насос, а контактами К1.4 — реле времени. Контактная группа К1.3 включает в цепь обмотки реле К1 резистор R1, что снижает потребляемый ток, и одновременно вводит в эту цепь замкнутые пока контакты датчика верхнего уровня SF1. Поэтому после размыкания контактов SF2 насос продолжает работать, пока вода не достигнет уровня срабатывания датчика SF1. Когда вода из бака будет израсходована и вновь замкнутся контакты датчика SF2, цикл работы автомата будет повторен. Схема и работа реле времени не отличаются от описанных ранее.
Рис.5
В этом варианте автомата реле К1 — РМ-4-К 10 А 24 В. Его можно заменить маломощным реле на 24 В с достаточным числом контактных групп, но в этом случае придется управлять мощным насосом через промежуточное реле с контактами, рассчитанными на нужный ток. Реле К2 — РМУ исполнения РС4.523.303 или РЭС22 паспорт РФ4.500.131 или РФ4.500.225.
Оба автомата были собраны навесным монтажом в пластмассовых корпусах подходящих размеров, размещены рядом с распределительным электрощитом и соединены с датчиками четы-рехпроводными кабелями. При изготовлении баков обратите внимание на надежность крепления трубы с датчиками, так как поплавки создают заметную подъемную силу.
Исходя из опыта эксплуатации, рекомендую применять для подачи воды в бак не вибрационный, а центробежный погружной насос. Вибрация насоса приводит к преждевременному "протиранию" водопроводной трубы в местах ее соприкосновения с обсадной трубой или стенками скважины. Да и срок службы центробежного насоса в несколько раз больше, чем вибрационного. Датчик нижнего уровня устанавливайте достаточно высоко, чтобы в случае аварии не остаться без воды на время ее устранения.
ЛИТЕРАТУРА
1. Ганелин Д., Коструба С. Справочник сельского электрика. — М.: Агропромиздат,1988.
2. Ахметжанов Н. Узел управления насосом. — Радио, 1989, № 2, с. 25.
3. Агарков А. Блок управления насосом. — Радио, 1992, № 1, с. 25.
4. Романов Л., Киреев В. Автомат управления вибронасосом. — Радио, 1992, № 6, с. 16, 17. _______