Путешествие к центру Земли

Фото Дмитрия Минкина
Установка оборудования для роторного бурения скважины После проведения всех строительно-монтажных работ по бурению скважины в обсадную колонну устанавливают насос "БОРГЕОКОМ"
Фрагмент гидрогеологической карты участка местности Лотошинского района Подмосковья "БОРГЕОКОМ"
Гидрогеологический разрез того же участка Обсадная труба должна быть выше дна водоподъемной камеры не менее чем на 0,5м Погружные насосы для глубоких скважин диаметром 6", 8" и 10" от CALPEDA Трехдюймовый скважинный насос SQE (GRUNDFOS) и оборудование к нему: мембранный напорный гидробак, блок управления и контроля CU 301, соединительный кабель Корпус скважинных насосов, как правило, изготавливают из нержавеющей стали (GRUNDFOS)

GRUNDFOS
Скважинные насосы предназначены для перекачивания чистых, не содержащих твердых частиц или волокон жидкостей. Обычно эти устройства применяют для подачи грунтовой воды в системы водоснабжения частных домов, для ирригационных систем и перекачивания воды в резервуары Скважина "на известняк" способна прослужить безаварийно десятки лет "БИИКС"
Схема скважины в песчаной породе "БОРГЕОКОМ"
Схема артезианской скважины Кессон представляет собой стальной резервуар цилиндрической формы со съемной крышкой, заглубленный в землю Подготовка насоса к работе GRUNDFOS Скважинные погружные насосы WEBTROL и GRUNDFOS Погружные электродвигатели для насосов SP или SP-6 (GRUNDFOS) Модели из серии OZ6 и FZ6 (LOWARA) Погружной скважинный 4-дюймовый насос SCM (NOCCHI POMPE) При необходимости кессон может быть утеплен листовым пенопластом на деревянном каркасе

Рабочие характеристики насосов SQ 3, SQE3

За городом, там, где нет централизованного водопровода (или он работает неэффективно), в качестве источника воды чаще всего используют скважины, пробуренные до водонасыщенных пород (водоносных слоев). Ускважинного водоснабжения есть много преимуществ по сравнению с колодезным (и, конечно же, с забором воды из так называемых открытых водоисточников- озер, рек)

Подземные воды обычно отличает гораздо более низкий уровень содержания загрязнений, в изобилии "представленных" в поверхностных водах,- канализационных стоков, минеральных удобрений с полей, нефтепродуктов, опасных микроорганизмов и других «незваных гостей». Как правило, скважина обеспечивает устойчивый расход воды, то есть ее постоянное расчетное количество, вне зависимости от времени года. Кроме того, качество воды и производительность скважины (разумеется, правильно устроенной) мало меняются с течением времени. Неудивительно, что за рубежом такой вид водоснабжения во многих случаях считается единственной альтернативой централизованному.

Весь цикл работ по организации скважинного водоснабжения можно разделить на три этапа: первый- подготовительный (получение разрешения на обустройство скважины и подготовка необходимой документации), второй- бурение, третий- подбор и установка насосного оборудования. На первом этапе выбирают примерное место расположения будущей скважины. Лучше всего, если заказчик заранее пригласит гидрогеолога, который порекомендует ему действительно подходящий для этого участок с учетом требований СЭС по размещению скважинных водозаборов. Стоимость подобных консультационных услуг с выездом специалиста на место строительства составляет примерно $100. Но данная сумма несоизмерима с расходами по оформлению пакета документов на лицензирование скважины. «Цена вопроса» зависит оттого, на какой водоносный горизонт предполагается проводить бурение и какой объем воды рассчитывает получить потребитель. Некоторые строительные организации, занимающиеся бурильными работами, предлагают свои услуги по оформлению лицензий. Это обойдется заказчику чуть дороже, зато хлопот будет гораздо меньше.

Примеры установки погружных насосов CALPEDA

1- насос, 2- электрощит, 3- щупы минимального уровня, 4- манометр, 5- обратный клапан, 6- реле давления, 7- бак насосной станции, 8 — мембранный бак, 9- накопительный бак

Песок или известняк?

На стадии проектирования скважины необходимо определить ее разновидность. Широкое распространение получили скважины двух типов- пробуренные до водоносных песчаных грунтов и до трещиноватых известняков (их иногда называют артезианскими). Эти типы скважин сильно различаются между собой. Водоносные пески залегают неглубоко, как правило, на глубинах до 40 метров. Строительство скважин "на песок" ведется быстро, за 1-2 дня, и обходится сравнительно недорого: погонный метр такой скважины, примерно, в 2-3 раза дешевле, чем пробуренной "на известняк". Кроме того, песчаные скважины не подлежат лицензированию. Ксожалению, у них много недостатков: относительно небольшая производительность (порядка 0,5- 1,0м³/ч); срок службы всего 5-8 лет из-за высокой скорости заиливания; низкое качество воды, так как загрязнения с поверхности земли пусть и в малых количествах, но попадают в неглубокие пески (вода на глубине 6-8м по химическому составу может почти не отличаться от воды из близлежащего пруда). Именно вследствие невысокого качества воды песчаные скважины не рекомендуют обустраивать в тех местах, где риск поверхностного загрязнения особенно велик. Это относится к промышленно развитым и густонаселенным районам, например к Московской области. Наконец, водоносные пески есть далеко не везде. Та же Московская область «богата» водоносными песками на северо-западе, а на юге их гораздо меньше.

Скважины, пробуренные до водонасыщенных трещиноватых известняков, отличаются стабильным химическим составом воды, высокой производительностью, долговечностью (30 и более лет). Их глубина и качество воды напрямую зависят от особенностей того или иного региона. Так, например, в Подольском районе Подмосковья известняки вплотную подходят к поверхности земли (и даже кое-где выходят на поверхность). Скважины «на известняк» в таких местах могут быть совсем неглубокими, однако вероятность загрязнения воды в них увеличивается. Наоборот, на севере Московской области известняки залегают на глубине 100-200 и более метров. Вода в них надежно защищена от поверхностного загрязнения, но бывает достаточно сильно минерализована, содержит растворенные соли кальция, магния, железа и другие химические соединения, ухудшающие ее качество.

Тонкости бурового мастерства

На стоимость бурения влияют конечная глубина скважины, методика ее строительства и диаметр ствола. Песчаные скважины часто бурят шнековым методом с помощью специального шнекового бура, напоминающего очертаниями нож и шнек мясорубки. Шнековый метод более дешев (стоимость 1 пог. м- от $30), но применим только при небольших глубинах скважин (до 20-25м) и при условии отсутствия в почве крупнообломочных скальных пород, наличие которых значительно усложняет работу. Скважину бурят до тех пор, пока не будет вскрыт слой песчаного водоносного горизонта с достаточным количеством воды. При достижении этого горизонта в ствол скважины помещают обсадную трубу диаметром 127- 152мм. Для установки насоса ствол колодца заглубляют в водоносный пласт на 2-3м (интервал между насосом и дном- около 1м, длина насоса- порядка 0,6-0,8м плюс запас на колебания уровня воды).

Бурение глубоких скважин производят с промывкой ствола глинистым раствором. После прохождения верхних песчано-глинистых отложений и достижения известняка в шахту опускают обсадную колонну и далее бурят с использованием чистой воды. Обсадная колонна может быть изготовлена из отрезков стальной трубы, сваренных между собой либо скрепленных на резьбовом соединении. Последний вариант надежнее, так как некачественно выполненный сварной шов начинает со временем течь. Стоимость бурения скважин "на известняк" составляет $40-100 и более за 1 пог. м в зависимости от диаметра, количества обсадных колонн, способа герметизации трубы (основная задача герметизации- не допустить подмешивание поверхностных вод и загрязнение нижележащих водоносных горизонтов). Впростейшем случае обсадные трубы прокладывают до верхних слоев известняка, а дальнейшее бурение продолжают открытым стволом до полного вскрытия водонасыщенного слоя. Такая технология наиболее дешева, но небезопасна, поскольку вскрытие водоупорных пластов часто приводит к крошению известняка и перетеканию воды по внешней стороне трубы с верхних песчаных горизонтов. Таким образом, происходит постепенное загрязнение водоносных слоев и ухудшение качества воды. Чтобы предотвратить эти нежелательные последствия, применяют тампонаж: скважину пробуривают до известняка, ставят металлическую трубу, а затем закачивают в нее цементный раствор, который заполняет трещины и полости в известняке. Тампонаж увеличивает срок службы скважины, хотя и удорожает ее строительство на 15-20%, однако некоторая вероятность крошения известняка и загрязнения воды все же остается. Поэтому оптимальной (и, увы, самой дорогостоящей- $70-100 за 1 пог. м) считается технология, предусматривающая использование дополнительной эксплуатационной колонны из пищевого пластика. Вданном случае до уровня известняка бурят скважину большего диаметра, в которую помещают одну или две колонны стальных обсадных труб. Ниже, в известняке, бурят скважину уже обычного диаметра. Внутрь опускают пластиковую эксплуатационную колонну с перфорированными стенками. Зазор между колоннами в нижней части заполняют гравием, а в верхней- глиной (компактонитом). Гравийная подушка служит защитой от заиливания, а компактонит под воздействием влаги разбухает и герметично закупоривает зазор, преграждая путь загрязненной воде сверху.

Предъявите документы!

Вне зависимости от типа скважины ее оголовок должен быть надлежащим образом "оформлен". Сэтой целью строят заглубленный- около 2м- колодец (самые простые варианты- выложенный из готовых бетонных колец либо сваренный из стальных листов). Его глубина и ширина должны быть достаточными, чтобы обеспечить возможность проведения профилактического осмотра оголовка скважины, размещенной в нем арматуры (запорный вентиль, тройник) и части отводящего трубопровода, с помощью которого вода подается в дом. Для внесезонной эксплуатации водопровод необходимо проложить ниже глубины промерзания грунта. Сверху колодец закрывают люком с крышкой. После выполнения всего комплекса работ по бурению специалисты строительной компании составляют так называемый паспорт скважины. Внем, в частности, указаны технические характеристики скважины, необходимые для последующего подбора насосного оборудования.

От скважины- к насосу

Итак, скважина готова, ее паспорт- у хозяина на руках, и можно приступать к выбору "своего" насоса. На что важно обратить внимание? Прежде всего, конечно же, необходимо, чтобы по своим техническим характеристикам насос соответствовал поставленной перед ним задаче, то есть был способен поднимать заданное количество воды (подача) на нужную высоту (напор). Сподачей путаницы обычно не возникает: производительность устройства в идеале должна соответствовать расходу воды во всех точках водоразбора в доме (бане, саду), включенных одновременно в самом "неблагоприятном" сочетании. Как показывает практика, даже для солидного загородного коттеджа достаточно насоса с производительностью 3-5м³/ч (для сравнения: открытый на полную мощность водопроводный кран расходует за час 0,6м³ воды).

Более "хитрая" величина- требуемый напор насоса. Многие ошибочно понимают под этим разность высот уровней воды в самой высокой точке водоразбора в доме и в стволе скважины. Между тем в гидротехнике напором называется приращение удельной (отнесенной к единице веса) механической энергии жидкости, протекающей через насос, или полное количество энергии, сообщаемое с помощью насоса единице массы жидкости. Иэта энергия тратится не только на подъем воды из низшей точки водопровода в высшую, но и на создание необходимого рабочего давления в трубе, и на преодоление внутреннего сопротивления, возникающего из-за трения воды о внутренние стенки трубопровода. Чем больше шероховатость стенок и длиннее и извилистее трубопровод, тем больше этих условных метров напора расходуется на компенсацию потерь энергии на трение. Таким образом, расчет требуемого напора насоса следует производить исходя из трех факторов. Первый- геодезическая высота подъема воды, разница уровней между точкой водоразбора (например, носиком водопроводного крана) и зеркалом воды в скважине. Второй- необходимое рабочее давление. Для комфортного пользования давление воды в бытовом водопроводе должно составлять не менее 2 бар, что соответствует 20м напора. Если давление будет слишком низким, некоторые бытовые устройства (проточные водонагреватели, стиральные и посудомоечные машины) просто не смогут работать, а излишне высокое давление способно вывести технику из строя. Третий фактор- потери напора воды на трение по всей длине водопровода. Они зависят от скорости движения воды по трубам, шероховатости внутренней поверхности труб (при использовании полимерных труб вместо чугунных потери напора сокращаются в несколько раз), длины трубопровода и количества его поворотов. Зная требуемую подачу и напор, подобрать насос нужной марки- уже "дело техники". Но и здесь, чтобы избежать ошибок, лучше посоветоваться со специалистом. Так, производители обычно указывают для своих моделей максимальный расчетный напор и подачу. Данные величины никак не связаны между собой- наоборот, чаще всего при максимально возможном напоре насоса его производительность будет близка к нулю, а при максимальной подаче напор окажется чрезвычайно низким. Поэтому прибор выбирают с помощью особых диаграмм, на которых по одной оси отражена производительность насоса, а по другой- соответствующий ей напор. Область на диаграмме, ограниченная кривыми производительности и напора, является "рабочей", но желательно, чтобы КПД устройства при этом был бы наибольшим. Внекоторых случаях производители дополнительно приводят график изменения КПД насоса в зависимости от его производительности. При отсутствии такого графика специалисты рекомендуют руководствоваться следующим правилом. Точка, соответствующая подаче и напору выбранной модели устройства, должна находиться как можно ближе к центру диаграммы. Если она лежит в области, расположенной справа от кривой рабочей характеристики насоса, это означает, что подача превышает оптимальное (проектное) значение. Эксплуатация прибора в таком режиме может обернуться повреждением узлов и деталей как электродвигателя, так и насоса. Если же точка лежит слева от кривой рабочей характеристики насоса, он эксплуатируется при высоком давлении и низкой или нулевой подаче. Высокое давление в насосе является причиной значительных механических перегрузок, что способно привести к поломке узлов и деталей устройства. При небольшом объеме подачи воды жидкость в насосе перегревается, и он также может выйти из строя.

Важно также учитывать возможности по последующему «наращиванию» мощности: если вы планируете в будущем построить теплицу, бассейн, разбить сад с автоматизированной системой полива, то приобретайте насос помощнее, как говорится, с запасом.

Конструкция скважинного насоса GRUNDFOS 1. Встроенный обратный клапан, препятствующий образованию обратного потока. 2. Оптимальная конструкция рабочих колес, высокий КПД, низкие производственные расходы. 3. Современные подшипники, предотвращающие реверс осевого смещения и позволяющие устанавливать насос также и в горизонтальном положении. 4. "Плавающая" установка рабочих колес предотвращает износ под воздействием песка. 5. Входной фильтр защищает насос от попадания внутрь крупных частиц. 6. Электродвигатель с ротором, оборудованным постоянным магнитом, обеспечивает большие пусковой и крутящий моменты и высокий КПД. 7. Коррозийно-стойкие материалы обеспечивают прибору продолжительный срок службы, не ухудшая качества питьевой воды. 8. Встроенная функция защиты от работы всухую предохраняет электродвигатель от повреждения в результате перегрева. Встроенная функция плавного пуска предотвращает повреждения от гидроударов. Встроенная защита электродвигателя от колебаний напряжения, перегрева и перегрузки. 9. Герметичный штекерный электроразъем позволяет легко смонтировать насос без применения каких-либо инструментов.

Под знаком качества

Скважинный насос- это не электрический чайник, который легко заменить в случае поломки. Увы, но работы по извлечению из скважины забарахлившего насоса обойдутся хозяевам в сумму, сравнимую со стоимостью самого насоса. Поэтому многие предпочитают не рисковать и выбирать модели от компаний, давно зарекомендовавших себя на рынке с наилучшей стороны. Среди таковых многолетним лидером по продажам является фирма GRUNDFOS (Германия- Дания), чья продукция (насосы серий SP, SQ) отличается хорошим качеством. Также на рынке представлена продукция компаний WILO (Германия), CALPEDA, NOCCHI POMPE, WATER TECHNICS (Италия), EBARA (Италия- Япония).

Выбирая скважинный насос, обратите внимание на следующие моменты. Во-первых, диаметр корпуса устройства должен соответствовать диаметру скважины. Большинство бытовых моделей имеют диаметр 4", и лишь серия SQ (GRUNDFOS)- 3». Использование насосов SQ позволяет обойтись скважиной меньшего диаметра, что сокращает расходы на ее обустройство примерно на 10-15%. Приборы большого диаметра (от 6») требуются только при очень высоких расходах воды. Как правило, они обслуживают несколько коттеджей одновременно.

Вскважинных насосах используются корпус и рабочее колесо из нержавеющей стали и водяное охлаждение двигателя, обычное для погружных моделей. Эта система охлаждения, однако, может дать сбой, если устройство по каким-либо причинам начинает работать «всухую» (скажем, при значительном понижении уровня воды в скважине). Работа «всухую» чревата перегревом и выходом прибора из строя. Такие производители, как GRUNDFOS, предусматривают для скважинных насосов встроенную защиту от сухого хода (модели SQ).

Редакция благодарит компании «ВОДНАЯ ТЕХНИКА», «ГЕОПРОФСЕРВИС», представительства GRUNDFOS, WILO за помощь в подготовке материала.

• Источник: Журнал «Идеи вашего дома»№2

Материал подготовил

Борис Безель