Водонапорная башня: назначение, виды, элементы и как устроена

Функции водонапорной башни

Ёмкость резервуара башни редко составляет меньше 50 куб. м воды, а это подразумевает коллективное использование, что влечёт за собой неравномерное объёмное потребление. В подавляющем большинстве случаев ВБ устанавливают в районах частного сектора, где развито садоводство и постоянно потребляется вода. В таких случаях башня является частью системы водоснабжения целых районов.

  1. Выравнивание работы насосной станции. Водоснабжение района осуществляется при помощи насосной станции, которая поднимает воду из скважины. При подключении станции напрямую к трубопроводу неизбежно будут происходить перегрузки в пик водоразбора, что приведёт к частому выходу из строя оборудования. Резервуар выполняет функцию гидроаккумулятора, который поддерживает давление в системе за счёт гравитации. Благодаря этому насосы работают в стабильном режиме и не перегружаются.
  2. Выравнивание давления в сети. Эта функция напрямую следует из предыдущей. В данном случае энергия насосов не тратится на поддержание постоянного давления в трубопроводе — это обеспечивает водяной столб.
  3. Аварийный запас воды. В случае поломки или профилактики работы можно проводить без остановки подачи воды потребителям.
  4. Водоподготовка. Вода из скважины далеко не всегда соответствует требованиям ГОСТ и СанПиН. Башня и резервуар имеют достаточно свободного места для установки различных систем грубой очистки, доводящих качество воды до приемлемого уровня. Так, например, в «ножке» стальной башни часто устраивают плавающий фильтр, который улавливает оксид железа, образующийся при аэрации воды.

Функциональные задачи водонапорной башни не зависят от её конструкции, высоты, объёма резервуара и местоположения. Все башни выполняют одинаковые задачи, описанные выше.

Сама идея накопления запаса воды вполне применима для индивидуальных водопроводов, особенно там, где она постоянно расходуется — в сельскохозяйственных и животноводческих комплексах. Узлы водонапорной башни можно также интегрировать в жилое здание и экономить электроэнергию для поддержания постоянного давления. Как соорудить водонапорный резервуар, мы расскажем в следующей статье .

Водонапорные башни являются техническими сооружениями, которыми человечество пользуется уже не одно столетие. В Средние века эти постройки противник старался уничтожить первыми. Это заставляло местную армию быстрее капитулировать, т. к. она оставалась без воды. Сегодня водонапорные башни по-прежнему актуальны.

Водонапорная башня — специальная конструкция, необходимая, чтобы отслеживать напор воды и ее расход, что позволяет наблюдать за тем, как формируются запасы в системе водоснабжения.

Обычно башня состоит из бака (резервуар для жидкости) и ствола, на котором закреплен бак.

Водонапорные башни от производителя

Водонапорные Башни Рожновского БР-15  объемом 15 м3, изготавливаемые по ТП 901-5-29, предназначены для регулирования неравномерности водопотребления в системах водоснабжения фермы, частного дома, дачного поселка, больших и малых деревень для хранения резервного запаса воды (в объеме ствола БР-15у). Башня стальная типа БР-15 является самой маленькой по размеру и давлению, поэтому её иногда называют мини башней. На сайте компании «Схид-будконструкция» приводятся данные для облегчения Вашего выбора: описание водонапорной башни Рожновского, технические характеристики, особенности конструкции, устройство внутри и снаружи, схемы подключения насоса и автоматики, как своими руками, так и специализированной организацией и принцип работы водонакопителя.

Работа водонапорной башни Рожновского заключается в том, что в часы уменьшения водопотребления объем воды, подаваемой насосной станцией при ее работе, накапливается внутри бака и расход воды в систему водоснабжения по водопроводам происходит в часы увеличенного водопотребления.

Металлическая конструкция водонапорной башни Рожновского до сих пор используются в работе систем водопроводов  во многих поселках, садовых товариществах, деревнях для централизованного водоснабжения. Невзирая на громоздкость конструкции башни Рожновского, устройство башенной водокачки отличается простотой и высокой надежностью работы. При определенных условиях работы, башенная водокачка обладает рядом преимуществ и долгим сроком службы.

По назначению водонапорные башни системы Рожновского начали применяться в сельском водоснабжении с 1954 года. С тех пор башенные системы снабжения водой, срок службы которых составляет 12 лет (при возобновления внутреннего антикоррозионного покрытия срок службы водонапорной башни может быть увеличен), повсеместно работают и применяются в системах водоснабжения села.

Принципиальная схема устройства башенных водопроводов

Устройство системы водоснабжения включает в себя следующие элементы: скважинный насос для подачи воды из скважины; регулирующие устройства расхода воды; автоматика для управления системой водоснабжения; трубопроводные коммуникации для подачи воды. Устройство системы подачи воды зависит от ряда факторов, в том числе предполагаемого расхода воды, типа скважины или глубины залегания водоносного горизонта. В настоящее время, в различных схемах работы водонапорной башни Рожновского в составе автономных систем водоснабжения, используются различные устройства регулирования подачи воды.

Устройство для регулирования подачи воды в водонапорную башню, содержащее два электроконтактных датчика, расположенных в баке внутри, провода, соединяющие датчики с электрической цепью, управляющей установкой подачи воды в водонапорную башню, отличающееся тем, что устройство снабжено грузами и поплавками, связанными посредством тросов, при этом датчики расположены на тросах и установлены в баке на одной глубине и каждый из них включает герметичную камеру с мембраной, уравновешивающую пружину, установленную на поверхности мембраны с наружной стороны, винт, регулирующий натяжение уравновешивающей пружины, и изоляционный шток, связывающий внутреннюю поверхность мембраны с электрическими контактами, расположенными внутри герметичного устройства.

Основное достоинство датчиков мембранного типа заключается в их устройстве: электрические контакты изолированы от воздействия внешней среды, поэтому они могут применяться в любых жидкостях, не проводящих электрический ток. Применение мембранных датчиков решает основную проблему в устройстве водонапорной башни, в баке которой для регулирования подачи воды помещены на разных глубинах два датчика: один для верхнего уровня воды, а другой для нижнего уровня воды. Ввиду того, что эти датчики сделаны с открытыми электрическими контактами, датчик верхнего уровня воды при отрицательной температуре, когда вода замерзает, перестает работать. Насос для подачи воды не выключается, он продолжает накачивать воду, бак переполняется водой, и она начинает стекать через его верхний край.

ООО «Стройгрупп-7». Библиотека: Типы водонапорных башен

Библиотека.

Типы водонапорных башен

Из большого количества разновидностей водонапорных башен различают шатровые и бесшатровые (рис. 1).

В шатровых башнях резервуар заключается внутри особого строения — шатра. Шатер служит для поддержания теплоустойчивой работы резервуара в условиях отрицательных температур и медленного водообмена, а в жарком климате — для предохранения питьевой воды от нагрева.

В бесшатровых башнях теплоустойчивая работа резервуара обеспечивается за счет теплоизоляции, наносимой непосредственно на его стенки. В настоящее время предпочитают строить башни бесшатрового типа.

Различают башни с одиночным резервуаром и с несколькими. С несколькими резервуарами башни устраиваются в тех случаях, если на объекте водоснабжения требуется вода различного качества по ее чистоте и температуре (рис. 2). Резервуары водонапорных башен бывают как железобетонные, так и стальные.

Водонапорные башни в зависимости от материала опорных конструкций подразделяются на металлические, железобетонные и каменные.

Опорные конструкции башен выполняются преимущественно железобетонными. но при резервуарах малой емкости 25 — 50м3 в зависимости от местных условий применяются также металлические и каменные.

Металлические башни имеют меньший срок возведения и при относительно больших по высоте опорных конструкциях дешевле железобетонных и каменных.

Металлические водонапорные башни встречаются следующих типов:

  1. Призматические;
  2. Пирамидальные;
  3. Башни системы Шухова;
  4. Башни-оболочки.

Призматические башни
Призматические башни состоят из ряда вертикальных ферм (см. рис. 3а). Они применяются при большой высоте и большой емкости резервуара. Достоинством призматических башен является стандартность элементов ферм.

Пирамидальные башни
Пирамидальные башни рекомендуется применять при большой высоте ствола башен (25 — 40 м) и при малых размерах бака (см. рис. 3б).
Ширина верхнего основания таких башен определяется размерами бака. Ширина нижнего основания определяется устойчивостью башни, величиной усилий в стойках, допускающих применение простых сечений, и архитектурными соображениями.
Число стоек башни определяется нагрузкой и выбирается так. чтобы сечения их получились простыми (прокатными). При больших нагрузках число стоек доходит до 12.

Башни системы Шухова
Башни системы Шухова получили большое распространение в России еще в конце XIX века.
Эти башни представляют собой пространственные сетчатые конструкции в виде гиперболоида вращения (см. рис. 3в).
Башни системы Шухова легче по весу, чем призматические и пирамидальные. но сложнее в монтаже, так как состоят из большого числа элементов с большим количеством монтажных узлов.

Башни-оболочки
Башни-оболочки представляют собой башню и резервуар, совмещенные в одном сооружении (см. рис. 3г). Цилиндрический ствол башни, выполненный из листовой стали, используется как резервуар.

Призматические и пирамидальные башни в виде рамной пространственной конструкции в архитектурном отношении имеют преимущества. но по сравнению с решетчатыми башнями связевой конструкции они более сложны в производстве и применяются редко (см. рис. 3д).

Для широкого применения рекомендуются призматические и пирамидальные башни с числом стоек от 4 до 6 шт.

Вернуться к списку статей

Расчет насоса для скважины

Насос башни требуется тоже рассчитать. Теперь мы подошли к вопросу — выбор и монтаж подходящего насоса башни. Важными показателями, по которым следует выбирать насосы для скважины, является требуемый напор и прогнозируемый расход воды. Главное, чтобы производительность насоса не превышала дебет, но и не была слишком маленькой. Наиболее оптимальный вариант — это минус 10-15% от дебета.

Насосная башня имеет максимальный часовой расход воды. По этому показателю выбирают водоподъемное оборудование — насосы для скважины и насосные станции. Подбор скважинного насоса выполняют из условия: производительность насоса в час должна соответствовать максимальной величине потребления воды в час.

 Как выбрать насос для скважины?

Например, требуется подобрать напор скважинного насоса с подачей 20 м3/час для башни Рожновского ВБР-15, установленной на отметке фундамента +20м. Вода подается в водонапорный бак башни Рожновского, находящийся на абсолютной отметке на +20 м выше нулевой отметки скважины. Высота от уровня фукдамента башни Рожновского (абсолютная величина +20м в нашем примере) до верхнего уровня воды в баке башни Рожновского 12 м. Статический уровень воды в скважине установился на глубине 60 м. По графику удельного дебита при подаче воды 20 м3/ч понижение уровня составляет 9 м. Следовательно, динамический уровень воды будет находиться на глубине h = 60 + 9 = 69 м. Насос с погружным электродвигателем должен быть опущен в скважину на глубину 69 + 3 = 72 м, считая от всасывающей камеры (3м — подпор насоса, необходимый для нормальной работы). По таблице гидравлических расчетов потери напора в водоподъемной трубе насоса диаметром 70 мм на каждые 10 м длины составляют 0,9 м. Внутренний диаметр трубы подбирается не менее 25мм.При длине водоподъемной трубы 69 м (до динамического уровня) потери напора составят 0,9 X 6,9 = 6,2 м. На оголовке скважины установлены колено диаметром 70 мм, задвижка, водосчетчик и обратный клапан. Суммарные местные потери напора в сетевой арматуре составляют около 1 м.

Высота подъема воды в водонапорный бак башни Рожновского с учетом разницы абсолютных отметок (+20 м) и потерь напора в водопроводной трубе от скважииы до бака составит Р = 12 + 20 + (потери напора в водопроводной трубе, зависящие от ее диаметра и протяженности. Примем эти потери равными 6 м.) Необходимый напор у поверхности земли (на нулевой отметке скважины) составит 12 + 20 + 6 = 38 м.Тогда требуемый напор насоса будет равен Н = 69 + 1 + 38 + 6,2 = 114,2 м. С учетом возможных дополнительных потерь напора, которые могут возникнуть в процессе эксплуатации, расчетный напор увеличивают на 10—15 м. Следовательно, для нашего примера потребуется насос с напором не менее 125—130 м.

Скважинный насос, выбираем по подходящий по параметрам. Диаметр корпуса насоса подбирают исходя из диаметра скважины (выбирают насос диаметром меньше). По каталогу это будет насос для скважины марки ЭЦВ8-16-140 с подачей 19 м3/ч воды, с электродвигателем мощностью 11 кВт. Если выбранный скважинный насос развивает больший напор, чем требуется, необходимо снять часть рабочих колес с направляющими аппаратами, чтобы уменьшить напор. Вместо снятых ступеней, на вал насоса устанавливаем втулку, размером равную сумме длины снятых рабочих колес. Укорачивать вал насоса не требуется.

Водоснабжение из скважины

По мощности насоса подбирается сечение питающего проводника. Как правило, трехжильного медного кабеля сечением не менее 2,5 мм2. В случае отсутсвия электроэнергии, вода в системе водоснабжения из скважины не исчезает, т.к. водонапорная башня Рожновского имеет запас воды в водозаполняемом стволе, что является преимуществом системы башенного водоснабжения. Отметим, что наша автоматизированная система автономного водоснабжения из скважины справилась с основной своей задачей — обеспечение бесперебойной подачи воды в здания.

Устройство и назначение

Основные функции водонапорной башни

Водонапорная башня предназначена для обеспечения регулирования расхода и напора воды в сети водопровода в автономном режиме. Достаточно простой физический принцип работы определил развитие и широкое распространение этого вида гидротехнических сооружений.

Водонапорная башня осуществляет следующие функции:

  • обеспечение поступления воды потребителям;
  • равномерное распределение подачи воды при одновременном включении большого числа водопотребителей выполнение функции резервного источника водообеспечения.

Разновидности водонапорных башень

  • Башни кирпичной кладки (устаревший метод).
  • Железобетонные.
  • Резервуары на гиперболоидных опорах.
  • Бак на рамных стальных каркасах.
  • Стальные резервуары переменного сечения (башни Рожновского).
  • Индивидуальные резервуары.

Все водонапорные сооружения имеют одинаковый набор основных элементов, который может варьироваться в зависимости от времени постройки, требуемой производительности, уровня грунтовых вод, воды, рельефа окружающей местности. Тем не менее, существует определённый ряд обязательных конструктивных элементов, объединяющих все виды этих уникальных инженерных сооружений:

  • Резервуар (бак) объёмом от десятков до тысяч кубических метров. Выполняется из стали, бетона, пластика, других антикоррозионных материалов. Устанавливается на высоте из расчёта превышения уровня дна резервуара высоты наивысшей точки потребления.
  • Опора резервуара, составляющая основное «тело» башни высотой до 25 — 30 метров. Представляет собой монолитную или рамную конструкцию из стальных балок, железобетона или кирпича.
  • Вертикальный трубопровод (подводящая и отводящая линии). Подводящий трубопровод, питающий бак водой, монтируется от насосов под наружную верхнюю крышку резервуара. Отводящая линия (трубопровод диаметром от 200 мм) подключается к системе водоразбора.
  • Вентиляционный люк. Располагается в верхней части резервуара и предназначен для поддержания давления во время прекращения подачи воды.
  • Насосное оборудование. Размещается в отдельно стоящем сооружении, построенном над источником водоснабжения. Оснащается системой управления, которая периодически включает насосы на подкачку воды в случае падения её уровня.
  • Система фильтрации.

С чего все начиналось

Передвижкой зданий в Москве стали заниматься еще в конце XIX века. Во время расширения пути Николаевской железной дороги (сейчас Октябрьская) под снос попадал двухэтажный особняк весом 1,6 тыс. тонн. Кирпичное здание удалось сохранить, передвинув его на 100 метров. 

Позже, спустя несколько десятилетий, уже в советской Москве началась глобальная реконструкция города. Под снос попадали многие жилые и нежилые здания, но, благодаря методу передвижке сооружений, бóльшую часть зданий удалось спасти. Тогда, в 30-е годы XX века, произошел «бум» передвижки, а возглавлял ее инженер-строитель Эммануил Гендель.

Эммануил Матвеевич Гендель родился в 1903 году и прожил 91 год. Он был крупнейшим специалистом в редкой области – передвижке и выпрямлении зданий и сооружений. Благодаря ему в Москве сохранены многие памятники архитектуры. За 70 лет активной работы Эммануил Гендель реализовал более 80 крупных проектов по всей территории Советского Союза и за рубежом. 

Дебют Эммануиля Матвеевича по передвижке здания состоялся в октябре 1935-го. Всего за 25 (по другим сведениям – за 36) дней под его руководством переносили фидерную подстанцию – небольшое двухэтажное здание весом всего в 320 тонн. Это было необходимо в связи с переносом трамвайных путей с Тверской улицы на 2-ю Брестскую. Тогда «пробную» передвижку выполнил Метрострой.

Затем, в 1936 году, была создана специальная контора «Трест по передвижке и разборке зданий», а уже в январе 1937 года рабочие треста передвинули домик Апрелевского завода грампластинок, возле станции Апреелевка Киевского направления Московской железной дороги. Здание весило 690 тонн.

В 1938 году в газете «Известия» вышла статья Генделя «Дом передвигается на новое место». В ней он делится опытом и прогнозами по передвижке столичных зданий.

«Заимствовать заграничный опыт мы не могли. Иностранные фирмы, ведущие эту работу, держат в секрете основные конструктивные элементы и расчеты. Пришлось до всего добираться самим, проверять на опыте правильность инженерно-математических выкладок. Сейчас можно сказать, что дело передвижек домов мы вполне освоили», – писал Гендель.

Эммануиль Матвеевич контролировал передвижку десятков московских зданий, среди них:

  • пятиэтажный жилой дом № 77 по Садовнической улице в связи с перемещением трассы Садового кольца при строительстве Большого Краснохолмского моста (1937 год);
  • памятник архитектуры – Саввинское подворье. Передвинули вглубь квартала по Тверской. Здание массой в 23 тыс. тонн (крупнейшее в мировой практике) перемещено без отселения жильцов за одну ночь (1939 год);
  • здание Моссовета передвинули вглубь квартала по Тверской (1940 год);
  • Глазная больница «переехала» с Тверской в Мамоновский переулок. Сложнейшая операция с разворотом здания и надвижкой на заранее построенный первый этаж (1940 год) и др.

«С каждым годом объем наших работ непрерывно растет. Расширение улиц, реконструкция площадей, прокладка новых магистралей потребуют от нас передвижки десятков жилых и общественных зданий. Передвижка домов, несомненно, найдет широкое применение и в других городах Союза», – отмечал тогда в статье Эммануил Гендель.

Расчет водонапорной башни

Это не совсем водонапорная башня, это скорее – гравитационная гидравлическая система, за основу которой была взята как раз водонапорная башня. Сам резервуар должен быть расположен исходя из принципа сообщающихся сосудов.

Но все это абсолютно бесполезно, если у вас нет собственной скважины с подключенной насосной станцией или водопроводом.

Принцип установки сводится к несложным действиям. Допустим, нам необходимо полить огород и наполнить поилки в конюшни. Высота поилок не меньше метра, а чтобы полить огород нужно взять шланг в руки. При этом трубопровод разделен на ветки, которые имеют минимум общего участка.

Объем резервуара будет полностью зависеть от этой величины, а значит, вам необходимо не только правильно рассчитать, но и по возможность взять с запасом в 20 процентов. Это можно сделать, установив временно счетчик на сам источник и вычислить таким образом суточный расход воды.

Технические характеристики, устройство и элементы

Их стоит рассмотреть на примере самой распространенной конструкции таких гидротехнических сооружений, изобретенной советским инженером А.А. Рожновским в 1936 году, и настолько удачной, эффективной при использовании, что автор был в 1942 году награжден Сталинской премией.

Основной идеей талантливого изобретателя было использование унифицированного набора конструктивных элементов высотного водонапорного сооружения, в основном выполненных из металла, что позволяло их быструю транспортировку, сборку на месте за небольшой период, особенно по сравнению со строительством подобных сооружений из кирпича, железобетонных конструкций.

Огромными преимуществами нового вида таких инженерных сооружений было отсутствие необходимости в системе обогрева, что весьма важно для большинства регионов страны, а также вновь разработанная схема управления, полностью работающая в автоматическом режиме. Изобретение первоначально предназначалось для заправки паровозов на железнодорожных узлах, станциях, но стало впоследствии востребованным в других отраслях

Водонапорная башня: как работает и ее устройствоВодонапорная башня: как работает и ее устройство

В состав башни Рожновского входят следующие элементы:

  • Фундаментное основание, выполняемое из готовых строительных блоков или заливкой монолитной плиты.
  • Ствол башни, являющийся ее опорной частью, высота которого составляет до 30 м.
  • Бак, имеющий типовой размер емкостью 15, 25, 50 или 160 м 3 , служащий для сбора/расхода воды.
  • Стальные трубопроводы для заполнения, отвода воды из бака, откуда она под собственным напором, создавая давление, поступает к потребителям.
  • Наружная/внутренняя лестница или скобы для обслуживания.
  • Смотровой люк в крыше водонапорного бака.
  • Насос, источником воды для которого чаще всего служит подземная скважина или водоем.
  • Система автоматики – контактные датчики верхнего, нижнего уровней воды в баке, реле включения/отключения электропитания насосов.
  • Аварийное устройство перелива воды на случай отказа автоматики.

Схема оборудования водонапорной башни-колонны

1 – напорная труба для подачи воды из колонны в бак; 2 – рабочая переливная труба; 3 – подающе-отводящая труба; 4 – воздушная труба; 5 – бак; 6 – регулирующий объем; 7 – неприкосновенный противопожарный объём; 8 – днище бака; 9 – труба для подачи воды в сеть при тушении пожара; 10 – предохранительная переливная труба; 11 – колонна; 12 – всасывающая труба насоса; 13 – насосная станция подкачки; 14 – труба к водопроводной сети

Согласно СП 8.13130.2009 к техническим параметрам, устройству водонапорных башен предъявляются следующие требования:

  • Расчетный объем воды в баке должен обеспечить наружное и внутреннее тушение пожара в обслуживаемом здании в течение 10 мин, с учетом максимального расхода на другие нужды.
  • Размещение бака по высоте установки должно производиться на основании гидравлического расчета системы водоснабжения.
  • Если водонапорная башня не входит в зону имеющейся молниезащиты обслуживаемого объекта, то требуется оборудование собственных устройств защиты от разряда атмосферного электричества.
  • Автоматика должна обеспечивать контроль уровня неприкосновенного объема воды для целей пожаротушения, а также уровень, обеспечивающий работу насосов в безаварийном режиме.
  • Степень стойкости к огню водонапорной башни должна быть не ниже II-ой.
  • Для изготовления опорных стволов башен допустимо использовать стальные конструкции или местные негорючие материалы и вещества, а для баков – только сталь.
  • В районах с жестким климатом допустим подогрев воды в баке при помощи паровых, водяных, электрических нагревательных устройств, греющих кабелей.

При наличии одного источника электроснабжения водонапорной башни в малонаселенных пунктах, на объектах защиты следует предусматривать установку резервного пожарного насоса с двигателем на жидком топливе, обеспеченным автоматическим пуском от аккумуляторной батареи.

Оцените статью
Рейтинг автора
5
Материал подготовил
Илья Коршунов
Наш эксперт
Написано статей
134
Добавить комментарий