Cikkek
Dr. Lelkes János/ Az öntözőszivattyúk jelentősége az öntözési technológiákban
Minden öntözőrendszer a vízforrásnál kezdődik és a növényállomány egyedeinél ér véget. Legterjedelmesebb része a vízszállító hálózat és a legtöbb energiát a szivattyúk igénylik. A szivattyú olyan munkagép, amely valamilyen erőgéppel működtetve a víznek energiát ad át, amely fedezi a vízszállítás és a vízszétosztás mozgatási energia szükségletét. A szivattyúkat el lehet helyezni a vízforrás mellett úgy hogy csak a szívócső ér a vízbe de el lehet süllyeszteni a vízfelszín alá búvárszivattyúként. Az áramlástechnika sokféle más kialakítást ismer még azonban az öntözés gyakorlatában ennek a kettőnek van a legnagyobb gyakorlati jelentősége. Általános szabályként kezeljük, hogy azokon a helyeken, ahol a vízfelszín a szivattyú szívócsonkjához képest 6 m-nél mélyebben van, búvárszivattyú konstrukciót kell előnyben részesíteni. Az elméletileg elérhető szívómagasság szabad térben 10 m, azaz az 1 bar légköri nyomás 10 m magas vízoszlop nyomásával tart egyensúlyt. A szívócsőben a súrlódási veszteségek és a gázosodás miatt ez az elméleti hatás nem használható ki. Búvárszivattyúk használatával a vízfelszín mélysége elvileg nem korlátozó körülmény. A víz szivattyúzásának technikai fejlődésére már az ókorban a bányászat, ezen belül is a nemesérc kitermelése jelentette a legnagyobb hatást. Lehetett emberi erővel is emelni a vizet, azonban ennek hatékonysága rendkívül alacsony volt ezért költséges módszernek számított. Szükségessé vált a gépesítés, létrehozták a vízi kerekeket, amelyeket vízenergiával, vagy ennek hiányában állati erővel működő járgányokkal működtették. Öntözés történeti munkákban számos helyen találkozhatunk rendkívül ötletes és hatásos vízemelő szerkezet ábrázolásokkal. Jelenleg szinte kizárólag centrifugális elven működő szivattyúkat használunk, mivel ezek hidraulikai jellemzői felelnek meg leginkább az öntözés igényeinek. Jól szabályozhatók, nyomás és térfogatáramuk alapján nagyon változatos növényi és területi igényekhez, és öntözési módszerekhez lehet közülük választani. A korszerű gyártmányoktól meg kell követelni a jó üzembiztonságot, az egyszerű és gyors javíthatóságot, az alacsony zajszintet, a kedvező fajlagos energiafogyasztást és az egyszerű automatizálhatóságot. A szivattyú kiválasztásához szükséges a jelleggörbék ismerete. Ezeken az adott szivattyú mérésekből meghatározott üzemi jellemzőinek koordináta síkon megrajzolt ábráit kell érteni. Leggyakrabban az emelőmagasságot (H) és a hatásfokot ábrázolják a térfogatáram (Q) függvényében. Két jellemző pontot kell kiemelni, az úgynevezett normálpontot és a munkapontot. A normálpont a jelleggörbének a maximális hatásfokhoz tartozó H-Q pontja, a munkapont pedig az a pont, ahol a szivattyú a csőhálózattal, illetve a vízfogyasztó berendezések hasonló jelleggörbéivel egyensúlyi állapotot vesz fel. Azonos jelleggörbéjű szivattyúk soros vagy párhuzamos kapcsolásban stabilan működtethetők. Sorba kapcsolásra akkor lehet szükség, ha egy szivattyú térfogatárama megfelelő, de az emelő magasság értéke kevés. Soros üzemben az emelőmagasság értékek összeadódnak, a térfogatáram pedig változatlan marad. Ez a tulajdonság adja a többlépcsős szivattyúk kialakításának a lehetőségét. A párhuzamos kapcsolásra akkor van szükség, ha egyetlen szivattyú emelő magassága elegendő, de a térfogatáram kevés. Ilyen kapcsolásban a térfogatáram értékek összeadódnak és az emelőmagasság pedig változatlan marad. Mivel csak azonos szivattyúkat kapcsolhatunk össze, ezért a térfogatáram értéke annyi szoros lesz ahány szivattyút kapcsoltunk össze. Előfordul olyan üzemi helyzet, amelynél más módon kell a szivattyú üzemi jellemzőit szabályozni. Ilyen lehetőség a nyomóágba épített fojtás, a szivattyú fordulatszámának változtatása, a nyomóág megcsapolása, a szivattyút megkerülő vezeték kialakítása és a szivattyú üzemidejének lépcsős szabályozása. Napjaink gyakorlatba kerülő szabályozási újdonsága az elektromos szivattyú motorok frekvenciaszabályozáson alapuló szabályozás. A szivattyú alapvető feladata, az hogy az öntözővizet megfelelő nyomással és térfogatárammal továbbítsa az öntöző hálózatba és ezen keresztül a vízadagoló elemekbe. Le kell győzni a geodéziai különbségeket, a vízsebesség miatti veszteség magasságot, a súrlódásból eredő veszteség magasságot és a víznek még elegendő nyomómagassággal kell a vízkiadagoló szerkezethez (pl. szórófej) jutni. A geodéziai magasságot nem tekintve minden veszteség magasság a térfogatáram négyzetével arányos, ezért az öntöző rendszer jelleggörbéje egy másodfokú parabola alakot vesz fel, és ennek a szivattyú Q-H jelleggörbével alkotott metszéspontja a fentebb említett munkapont. Az öntöző hálózat méretezése olyan tervezői feladat, amely a felsorolt nyomás veszteség tételeket számszerűsíti az öntözés alapját képező csőrendszerben. A veszteségek magasságértéke a csövek hosszúságával egyenesen, a térfogatárammal négyzetesen, és az átmérő ötödik hatványával arányos. Egyszerű példában ez azt jelenti, hogy ha a veszteség magasság 2 m, akkor a csőhosszúságot kétszeresére növelve a veszteség is a kétszeresére nő (4 m); a térfogatáramot kétszeresére növelve a veszteség a négyszeresére nő (4 m); a keresztmetszetet felére csökkentve a veszteség a 32 – szeresére nő (64 m). Az öntöző szivattyúk energia átalakító munkagépek. A befektetett mechanikai munka ellentételeként az öntözővíz munkaképessége megnövekszik a lapátokkal ellátott szivattyú járókerék meghatározott fordulatszámú körforgása közvetítésével. A mechanikai munka bevitele ma a diesel és az elektromos motorok feladata. A szivattyúkat és a motorokat illetve a köztük elhelyezkedő közlőművel közös gépegységbe építik össze, amely mobil vagy stabil formát ölthet. Ezzel újabb üzemi jellemzőkre kell figyelemmel lenni, amelyek a fentebb említett Q-H koordináta rendszerben szokás ábrázolni. A szivattyú fordulatszáma meghatározza a térfogatáramot, az emelőmagasságot és a felvett hajtó teljesítményt. Ha kétszeresére növeljük egy szivattyú fordulatszámát akkor kétszeresére nő a térfogatáram, négyszeresére nő az emelőmagasság és nyolcszorosára növekszik a felvett teljesítmény. A szivattyúzás energia igénye a teljesítményétől függ. Legyen egy példa kedvéért 20 ha öntözendő területünk, amelyet 25 mm – es vízadaggal kell beöntözni 7 nap alatt napi 18 óra üzemidővel. A szükséges térfogatáram ezekből az adatokból meghatározható: Q = (20 ha x 25 mm x 10) / (7 nap x 18 óra) = 40 m3 / óra. A szükséges emelőmagasság meghatározásához legyen 4 m a szívómagasság, 1 m a szívóvezeték és 10 m a nyomóvezeték súrlódási vesztesége, 15 m a terep szintkülönbsége, továbbá 75 m az üzemeltetett öntözőgép nyomás igénye. Ebből számíthatóan 105 m, azaz 10,5 bar szivattyú emelő magasság igény adódik. A szivattyú hajtásához szükséges mechanikai teljesítmény: (40 m3/óra x 10,5 bar) / (0,367 x 65%) = 18 kW. A szükséges hajtó motor teljesítmény 1,2 x 18 kW = 21,6 kW. A szivattyús gépegységek üzemeltetésének alapkérdése a műszaki megbízhatóság. Ez a szakszerű telepítés és képzett kezelők mellett a gépegység automatizáltságának mértékén is múlik. Az automatika lehetővé teszi, hogy az öntözendő terület felügyelet nélkül is öntözhető legyen. Fontosabb részeit a motorvédelem szokásos ellenőrző és biztonsági műszerei, a szivattyú védelem szárazon futást és csőtörést érzékelő műszerei, a vízszolgáltatás paramétereinek naplózásának számítástechnikai eszközei és az öntözési zónák üzemidejének programkapcsolói teszik ki. Az automatika kiegészülhet a meteorológiai, hidrológiai, környezetvédelmi, vízminőségi (szűrő) érzékelőkkel és beavatkozó szerkezetekkel is. Dr. Lelkes János |
