تطبيقات 11 دقيقة قراءة

مضخة شمسية للمحور المركزي: تحديد الحجم للآلة التي لا تتوقف عن المشي

T
Trista خبيرة مضخات المياه الشمسية · خبرة مباشرة من المصنع
← اطرح عليّ سؤالاً

الخلاصة باختصار: المحور المركزي هو آلة الري الوحيدة التي تُسلم المضخة عقدَين ملزمَين في الوقت نفسه — تدفقاً يحدده نصف قطرها وضغط مدخل تحدده حزمة فوهاتها — وكتالوج DIFFUL يجيب عن العقدَين معاً، لكن ليس في الطراز نفسه أبداً. عقد التدفق لآلة ربع القسم القياسية البالغة 54 هكتاراً هو نحو 151 m3/h، وهو ما تطابقه أكبر مضخاتنا 8DSC150-37-380/520-11000-A/D في حدود واحد بالمئة. وعقد الضغط هو حيث تموت الاختيارات المهملة: الآلة نفسها مقدَّرة عند 37 m فقط من إجمالي الارتفاع، وهو ما يكفي بالكاد لتغذية حزمة فوهات منخفضة الضغط من مصدر سطحي ضحل. يستعرض هذا الدليل العقدَين معاً، ومشكلة الساعة الفريدة بالمحاور تحت الشمس، وسلّم الطرازات الحقيقية الصادق بينهما — وكل طراز متحقق منه في الكتالوج الحيّ البالغ 1,045 مضخة.

ما الذي يطلبه المحور المركزي من المضخة: عقدان لا عقد واحد

كل آلة أخرى في الزراعة تستعير مضخة. أما المحور المركزي فيوظّف واحدة. يلاحق عيشه ماشياً في دائرة، ويعقب عقداه على هندسته.

العقد الأول هو التدفق. يوزّع المحور العمق نفسه من الماء في كل موضع من دائرته، لكن المساحة تنمو بمربع نصف القطر — لذا يجب أن ينمو صرف المرشات خطياً مع البعد عن المركز. أدبيات هندسة الري صريحة في ذلك: مرشة على بعد 1,000 قدم من نقطة المحور يجب أن توفر ضعف صرف مرشة على بعد 500 قدم (ASABE، Center Pivots and Lateral Moves). اجمع الفوهات من المركز إلى الطرف فتحصل على إجمالي تدفق التصميم للآلة — رقماً يجب أن تلبيه المضخة باستمرار، لأن المحور الذي يُشغَّل بتدفق ناقص لا يشتكي؛ إنه ببساطة يُسقط ماءً أقل في كل مرة.

العقد الثاني هو الضغط. نقطة المحور ليست نهاية أنبوب مفتوحة؛ إنها مدخل آلة هيدروليكية يجب أن تدفع الماء عبر مئات الأمتار من أنابيب السبان وصاعداً عبر الفوهات. حزم الرش منخفضة الضغط تريد أقل من 25 psi عند النقطة، وحزم متوسطة الضغط حتى 55 psi، وكل psi هي 0.7 m إضافية من إجمالي الارتفاع يجب على المضخة تقديمها فوق الرفع الساكن واحتكاك الأنابيب (وزارة زراعة ساسكاتشوان؛ NDSU). المضخة التي تلبي عقد التدفق وتخسر عقد الضغط تنتج آلة تدور بجمال ولا تروي شيئاً.

عقد التدفق: من الفدان إلى m3/h

ابدأ من الأرض، لأن المحور يفعل ذلك تماماً. تمتد الأنظمة طولاً من نحو 60 m إلى 790 m ويمكنها تروية دوائر تصل مساحتها إلى 200 هكتار؛ والآلة الأكثر شيوعاً في العالم هي دائرة ربع القسم بنحو 54 هكتاراً (وزارة زراعة ساسكاتشوان). وممارسة التصميم القياسية في السهول الكبرى الأمريكية تغذي تلك الدائرة بنحو 5 GPM لكل فدان — من 4 إلى 6.5 حسب التربة والمحصول.

تحويلان يقومان بكل العمل:

كمية التصميمالقيمةمن أين تأتي
1 GPM لكل فدان، باستمرار≈ 1.35 mm/يوم1 GPM = 0.227 m3/h على 4,047 m2
تدفق ربع القسم، 54 ha عند 5 GPM/فدان665 GPM ≈ 151 m3/h133 فداناً × 5 GPM
الدائرة نفسها عند 24 h متواصلة≈ 6.7 mm/يوم قدرةً151 m3/h × 24 h على 54 ha
الدائرة نفسها، 6 ساعات شمس فقط≈ 1.7 mm/يوم151 m3/h × 6 h على 54 ha

الصف الأخير هو الصامت، وهو أهم من أي اختيار مضخة في هذه الصفحة — وله قسم خاص به أدناه.

تصادم الساعة: آلة بُنيت لـ 24 ساعة تحت شمس تمنح ستاً

يفترض تدفق التصميم للمحور مضخة لا تنام، لأن المحور الكلاسيكي يُشغَّل بالشبكة أو بالديزل ويمشي ليل نهار. أما المضخة الشمسية فتمشي فقط ما دامت الشمس تمشي. شغّل آلة 151 m3/h لست ساعات ذروة شمسية وتكون قد ألصقت 906 m3 على 54 هكتاراً — 1.7 mm، نحو ربع ما تُسقطه الآلة نفسها في يوم من 24 ساعة.

لهذا التصادم أربعة حلول صادقة بالضبط، والتظاهر بخلاف ذلك يعني بيع نظام خاطئ لأحدهم:

  1. الجسور الهجينة A/D. ساعات المساء تأتي من الشبكة أو من مولد، وساعات الشمس من المجموعة. هذا هو جواب الموسم الكامل، ولهذا فإن تقريباً كل طراز كبير في هذه المقالة نسخة A/D.
  2. المهام التكميلية. في المناخات الموسمية أو المتوسطية يملأ المحور الفجوات التي تتركها الأمطار، و1.7-3.4 mm/يوم من الماء المطبق شمسياً عبر فترات الجفاف تصميم كامل لا حل وسط.
  3. الدورات المحتملة للجفاف. القمح والذرة الرفيعة وعباد الشمس والمراع في الأحزمة شبه القاحلة تُدار على الأعماق نفسها التي توفرها آلة ساعات الشمس فقط.
  4. مساء بمولد فقط ومجموعة أصغر. طريق وسط — مجموعة بحجم متوسط الموسم الصافي، والمولد يغطي العجز — انظر دليلنا للمضخة الشمسية مقابل المولد في حسابات الوقود.

وما لا يعمل هو إبطاء الآلة «لتوفير» التدفق. المؤقّت النسبي يغيّر العمق في كل دورة، لا التدفق الذي تطلبه الفوهات؛ محور يُغذى بنصف تدفق تصميمه يُسقط ببساطة نصف العمق في كل دورة، والمحصول يقرأ الفرق.

عقد الضغط: psi ليست سوى ارتفاع عليك رفعه

خطط للضغط حسب الحزمة ثم حوّل مرة واحدة، بثابت واحد: 1 psi = 0.7 m من إجمالي الارتفاع (NDSU يعطي 2.31 ft).

حزمة المرشاتالضغط عند النقطةمكافئ الارتفاع
رش منخفض الضغط (LPS)< 25 psi< 17.6 m
صدمي منخفض الضغط (LPI)25-40 psi17.6-28.2 m
ضغط متوسط40-55 psi28.2-38.7 m
ضغط عالٍ / صدمي> 55 psi> 38.7 m

أنفقت الصناعة أربعة عقود في دفع هذه الأرقام إلى الأسفل — المحاور المبكرة أرادت 75 psi عند المدخل، والحزم الحديثة منخفضة الطاقة تعمل عند 30 psi أو أقل (ASABE). والسبب مكتوب في عرض سعر مضختك: ارتفاع الضغط والرفع الساكن يُدفعان من منحنى المضخة نفسه، وعلى نطاق المحور غالباً ما يكون بند الضغط أكبر من بند الرفع. والمدفع الطرفي يستحق صدقه الخاص: هو موجود لتربيع زوايا الدائرة، وحزم الضغط المنخفض نادراً ما تترك ضغطاً كافياً لتشغيله — ولهذا يعلّق المصنّعون مضخة تعزيز صغيرة مخصصة على البرج الأخير بدلاً من طلب إجمالي ارتفاع إضافي من المضخة الرئيسية.

يكون إجمالي الارتفاع التصميمي حينئذٍ مجموعاً من ثلاثة بنود: الرفع الساكن من سطح الماء إلى مدخل المحور، زائد احتكاك الخط الرئيسي، زائد ضغط الحزمة. ودليلنا لكيفية حساب إجمالي ارتفاع المضخة يجري المجموع نفسه لأي مهمة ري.

سلّم الطرازات للمحاور المركزية: قراءة حقل الارتفاع بصدق

هنا يصبح الكتالوج مثيراً للاهتمام. امشِ سلّم 2DPC/3DPC → 3DSC/4DSC → 6DSC/8DSC من الأعلى إلى الأسفل وراقب انفصال العقدَين:

طراز حقيقيأقصى تدفقأقصى ارتفاعالقدرةمهمة المحور الصادقة
2DPC1.7-45-24-3001.7 m3/h45 m300 Wدون أي محور حقيقي — نطاق مشتل فقط
4/6DSC30-19-72-110030 m3/h19 m1,100 Wآلة 1-3 سبان بجوار قناة، حزمة LPS
4/6DSC30-31-110-150030 m3/h31 m1,500 Wمحور صغير بحزمة LPI، مصدر ضحل
4/6DSC30-100-380/520-4000-A/D30 m3/h100 m4,000 Wمحور صغير من بئر عميق
6DSC95-66-380/520-7500-A/D95 m3/h66 m7,500 Wآلة متوسطة الحجم (نحو 35 ha) من عمق معتدل
4/6DSC30-122-380/520-5500-A/D30 m3/h122 m5,500 Wحزمة عالية الضغط على بئر عميق
6DSC130-75-380/520-15000-A/D130 m3/h75 m18,500 Wربع قسم من خزان جوفي على 20-30 m
6DSC130-130-380/520-22000-A/D130 m3/h130 m22,000 Wربع قسم، أرض تلية، حزمة MP
8DSC150-37-380/520-11000-A/D150 m3/h37 m18,500 Wربع قسم بجوار قناة أو خزان، LPS

اقرأ عمود الارتفاع لا عمود التدفق، ويرتّب السلّم نفسه. 8DSC150-37 آلة ربع قسم تتوقع أن تعيش عند حافة الماء: إجمالي ارتفاعه البالغ 37 m يُصرف تقريباً بالكامل على عقد الضغط، تاركاً ربما 10 m للرفع والاحتكاك. اللحظة التي ينخفض فيها منسوب مائك 25 m في بئر، تمنحك درجة القدرة نفسها 6DSC130-75 — ويدفع عقد التدفق ثمن الارتفاع الذي كسبته: 130 m3/h على 54 ha تعني 4.3 GPM لكل فدان بدلاً من 5، وهي على الترب المتوسطة ما تزال آلة 5.8 mm/يوم. تلك هي المقايضة، معلنة بأرقام الكتالوج.

ثلاثة أمثلة محسوبة: بجوار قناة، ربع قسم، أرض تلية

الحالة A — بجوار قناة، 4 سبان، نصف قطر 160 m. مساحة الدائرة: نحو 8 هكتارات. عند 5 GPM لكل فدان يكون عقد التدفق 22.6 m3/h؛ وعقد الضغط هو LPI (25 psi = 17.6 m) زائد 4 m رفع زائد 6 m احتكاك في الخط الرئيسي، أي 27.6 m إجمالي الارتفاع. الجواب هو 4/6DSC30-31-110-1500 — 30 m3/h و31 m من الارتفاع، بني العقود مؤمَّنان بهامش، على آلة 1,500 W مجموعةُ ألواحها أربعة ألواح من فئة 550 W. وإذا كان المصدر قناة عند قدميك، فالمضخة السطحية DCPM27-21-110-1500 (27 m3/h، 21 m) تقوم بالعمل نفسه أرخص.

الحالة B — ربع القسم، 54 ha، الماء على عمق 25 m. عقد التدفق 151 m3/h؛ وعقد الضغط LPI 17.6 m + 25 m رفع ساكن + 8 m احتكاك = 50.6 m. لا آلة 150 m3/h في الكتالوج تصل إلى ذلك الارتفاع، فالاختيار الصادق هو 6DSC130-75-380/520-15000-A/D: 130 m3/h عبر حزمة منخفضة الضغط، سعة 4.3 GPM/فدان، مقترناً بمُدخل A/D يسدّ ساعات المساء. وإذا كانت دورة المحصول لا تحتمل 4.3 GPM/فدان، فالبديل آلتان متوسطتان على دائرتين بمساحة 35 ha — 6DSC95-66-380/520-7500-A/D مرتين — وهو ما يمنحك أيضاً مضخة احتياطية.

الحالة C — أرض تلية، حزمة متوسطة الضغط، مدفع طرفي. رفع ساكن 40 m، احتكاك 10 m، حزمة 55 psi = 38.7 m: أي 88.7 m إجمالي الارتفاع عند 130 m3/h. تلك هي 6DSC130-130-380/520-22000-A/D، درجة 22,000 W، مع المدفع الطرفي على معزز خاص به على البرج الأخير — الترتيب نفسه الذي تشحنه شركات تصنيع المحاور منذ عقود.

الترشيح ومصدر الماء: المحور المركزي لا يسامح الحصى

حزمة فوهات المحور هي جمهرة من الفتحات الصغيرة تركب عليها منظمات ضغط، وتنسد بنفس حماس أي نظام تنقيط. غذّها من بئر فتصير مسألة الرمل أولاً — دليلنا للتعامل مع الماء الرملي يغطي اختيار الدوافع من الفولاذ المقاوم للصدأ، ودليلنا لاختبار الإنتاجية للبئر يغطي فحص جانب البئر الذي يجب أن يسبق أي طلب مضخة: المحور عميل مهام مستمر، لذا يجب أن يُبقي البئر تدفق التصميم 6-10 ساعات، لا دقيقة واحدة على مخطط التدفق. وغذّه من نهر أو قناة فتحتاج المآخذ إلى شبكة خشنة بما يكفي لتنجو من التنظيف ودقيقة بما يكفي لحماية المنظمات؛ وعلى الماء الرملي، دوافع 6DSC الفولاذية هي الخيار الآمن على أي مرحلة بلاستيكية.

أين يأتي دور جانب الألواح

المضخة نصف التصميم. عند درجة 18.5 kW تكون المجموعة مشروع بناء بذاتها: بقاعدة الكتالوج 1.3×، يريد 6DSC130-75-380/520-15000-A/D ما لا يقل عن 24 kW من الألواح — نحو أربعة وأربعين لوحاً من فئة 550 W، على الأرض، في صفوف. طول السلسلة، ونافذة 80-430 V في النسخ عالية الجهد، وناقل 520 V DC لآلات A/D — كلها يشرحها دليلنا لتصميم المجموعة والسلاسل، وخسائر الكابلات عبر مسافات حقل المحور يغطيها دليل تحديد مقاس الكابلات. حدد حجم المجموعة للموسم، ودع مُدخل A/D يمتص أسوأ الأسابيع، وتمشي الآلة على ضوء الشمس بثمن متحكمها.

تتساءل أي عقد يلزم حقلك فعلاً أولاً؟ أرسل لي حجم دائرتك وعمق مائك وحزمة المرشات المفضلة — سأعيد إليك جدول العقدَين لحالتك، أو أدخل الأرقام بنفسك في أداة تحديد الحجم. ولجواب مباشر في رسالة واحدة، راسلني على واتساب.

الأسئلة الشائعة

هل يمكن لمضخة شمسية فعلاً تشغيل محور مركزي من الأساس؟
نعم، مع تحفظ صادق واحد حول الساعة. المحور المركزي لا يحتاج إلى العمل 24 ساعة يومياً — بل يحتاج إلى تدفق ثابت وضغط ثابت أثناء عمله، ومؤقته النسبي يبطئ الدوران ببساطة أو يسرّعه. المضخة الشمسية التي توفر تدفق التصميم للمحور لمدة 5-6 ساعات ذروة شمسية تُسقط عمقاً يعادل تقريباً ربع ما تسقطه آلة تعمل 24 ساعة، وهذا جواب كامل للري التكميلي وللدورات الزراعية المحتملة للجفاف، وجواب ناقص للذرة كاملة الموسم في مناخ قاري جاف. وحيثما كان العمق الكامل غير قابل للتفاوض، تسدّ طرازات A/D (الهجينة AC/DC) الفجوة بطاقة الشبكة أو المولد في المساء — انظر قسم تصادم الساعة أدناه.
كم تدفقاً يحتاج محور ربع القسم القياسي؟
آلة ربع القسم الكلاسيكية تروي دائرة بنحو 54 هكتاراً (نحو 400 m من السبان)، وممارسة التصميم القياسية في السهول الكبرى الأمريكية تحدد التغذية بنحو 5 جالون أمريكي في الدقيقة لكل فدان، مع نطاق نمطي من 4 إلى 6.5 حسب التربة والمحصول. وعلى 133 فداناً يكون ذلك نحو 665 GPM، وهو ما يعادل 151 m3/h تقريباً بالضبط. أكبر آلة في كتالوجنا، `8DSC150-37-380/520-11000-A/D`، مقدَّرة عند 150 m3/h — تطابق في حدود واحد بالمئة. والتحويل الذي يستحق الحفظ: جالون واحد في الدقيقة لكل فدان يعمل باستمرار يعادل نحو 1.35 mm من الماء يومياً.
ما الضغط الذي ينبغي أن أخطط له عند نقطة المحور؟
خطط حسب حزمة المرشات ثم حوّل إلى ارتفاع: فوهات الرش منخفضة الضغط تريد أقل من 25 psi (تحت 17.6 m من الارتفاع)، والصدمية منخفضة الضغط 25-40 psi (17.6-28.2 m)، ومتوسطة الضغط 40-55 psi (28.2-38.7 m). وكل psi هي 0.7 m من الارتفاع يجب على المضخة رفعه أيضاً، ولهذا أنفقت الصناعة أربعة عقود في دفع ضغوط المدخل إلى الأسفل من 75 psi في الآلات المبكرة إلى 30 psi أو أقل اليوم. أترك المدفع الطرفي أو امنحه معززاً صغيراً خاصاً به على البرج الأخير — هذا بالضبط ما يفعله المصنّعون.
لماذا تمتلك آلة التدفق الأكبر أصغر ارتفاع؟
لأن الرقمين يُشتريان بالمحرك نفسه. `8DSC150-37-380/520-11000-A/D` يحرك 150 m3/h لكنه مقدَّر عند 37 m فقط كحد أقصى للارتفاع — إنه يتوقع أن يقوم بجوار قناة أو خزان سطحي ضحل، لا فوق بئر عميق. إذا كان ماؤك على عمق 25 m، فإن درجة القدرة نفسها البالغة 18.5 kW تقدم `6DSC130-75-380/520-15000-A/D` بارتفاع 75 m عند 130 m3/h، ودرجة 22,000 W تصل إلى 130 m مع `6DSC130-130-380/520-22000-A/D`. يتقايض التدفق والارتفاع داخل كل درجة قدرة؛ وقسم السلّم يُظهر الخيارات الصادقة.
هل أحتاج نسخة A/D (الهجينة) لمحور مركزي؟
للري كامل الموسم على آلة كبيرة، نعم — والكتالوج يوافق بهدوء: كل طراز في هذه المقالة فوق 1,100 W هو نسخة A/D. مجموعة شمسية فقط محددة الحجم لأسوأ أسبوع في الموسم مكلفة عند درجة 18.5 kW، والمحور هو بالضبط الآلة التي لا يهمها في ساعة الري إن كان ليلاً. آلة A/D تعمل على المجموعة خلال ساعات الشمس وتسدّ ساعات المساء من الشبكة أو من مولد، وهذا يتيح أيضاً تحديد حجم المجموعة أصغر بنسبة 20-40% من تصميم DC فقط لأسوأ شهر. أما المحاور الصغيرة بجوار القنوات في المواسم شديدة الإشراق، فما تزال آلة DC فقط هي الجواب الاقتصادي.

ما زلت تحدد حجم نظامك؟ أرسل لي عمق بئرك واحتياجك اليومي من الماء وموقعك عبر واتساب — سأراجع تحديد الحجم لديك مجاناً.

اسأل تريستا عبر واتساب
دردش عبر واتساب