Для чего нужна водонапорная башня в городе
Что такое водонапорная башня и как она работает
Водонапорные башни встречаются повсеместно: в загородных посёлках, деревнях, на фермах, в тепличных хозяйствах, на территориях небольших предприятий. Что же представляют собой эти сооружения, для чего они нужны и как работают?
Что такое водонапорная башня
Водонапорная башня представляет собой гидротехническое сооружение, основное назначение которого — хранение и подача воды. Конструктивно представляет собой резервуар (как правило, цилиндрической формы), который установлен на определённой высоте от поверхности земли; насосное оборудование; трубопроводы. Объём резервуара рассчитывается исходя из величины мощности водопровода и расхода воды.
Первые водонапорные башни были возведены несколько столетий назад. В России едва ли не единственным заказчиком строительства водонапорных башен в течение длительного времени являлась железная дорога, нуждавшаяся в объёмных резервуарах, где можно было бы накапливать запасы воды для «заправки» паровозов. До сих пор на многих станциях сегодня можно увидеть старые кирпичные башни, сохранившиеся ещё с 19 века.
Картина изменилась с 1951 года, когда началось массовое возведение водонапорных башен в сельской местности, где, собственно, и по сей день находится большинство таких сооружений. Речь идет о так называемых башнях Рожновского, конструкция которых была разработана инженером А.А. Рожновским в далёком 1936 году.
Это было революционное техническое решение. Унифицированные экономичные металлические башни, которые монтируются всего за 2 — 4 дня, выполняют свои функции без необходимости зимнего подогрева воды. На основе конструктивных решений Рожновского построено большинство водонапорных башень на территории нашей страны. Следует добавить, что значительный вклад в их разработку внёс также инженер П.И. Земсков.
Водонапорные башни расположены по всему миру. Отличаясь конструктивными элементами, размерами и рабочими характеристиками, они, тем не менее, очень схожи по устройству и имеют одни и те же функции. Об этом — далее
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:
Разновидности водонапорных башень
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:
Принцип работы
В основе принципа функционирование водонапорной башни — закон сообщающихся сосудов. Под собственным весом вода из резервуара вытесняется в отводную трубу до момента выравнивания значений давления в резервуаре и давления в трубопроводах водопроводной сети потребителей. Итак, башня работает следующим образом:
В случае выхода из строя насоса или при внезапном отключении электричества оставшаяся в резервуаре вода продолжает бесперебойно поступать к точкам потребления в объёме, который зависит от размеров накопительного бака и минимального уровня его заполнения.
Сфера применения
Гидротехнические башни устанавливают, как правило, в локальных водопроводных системах, чаще всего в небольших населённых пунктах и на сельскохозяйственных объектах. Эти сооружения экономичны, они специально предназначены для работы в условиях ограниченных энергоресурсов и незаменимы в сфере своего применения.
Водонапорная башня, создание которой вошло в историю в качестве достаточно яркого примера изящных в своей простоте инженерных решений, в наши дни остаётся вполне актуальным, более того, необходимым, элементом водопроводной инфраструктуры.
Водонапорная башня: назначение, виды, элементы и как устроена
ГОСТ 25151-82, устанавливающий термины, определения для систем, оборудования водоснабжения, указывает, что водонапорная башня является напорным резервуаром для хранения воды, установленным на опорной конструкции.
СП 8.13130.2020, регламентирующий противопожарные требования при устройстве источников внешнего водоснабжения, относит водонапорные башни к пожарным резервуарам, то есть к емкостным инженерным сооружениям, предназначенным для хранения запасов воды, которые по исполнению могут быть как металлическими, так и железобетонными конструкциями.
Фото водонапорной башни А.А. Рожновского
СП 31.13330.2012 о водоснабжении, являющийся актуализированной редакцией СНиП 2.04.02-84, также рассматривает водонапорные башни в качестве источника водоснабжения для целей тушения пожаров; уточняя, что в поселках, где проживает до 5 тыс. человек, а расход воды требуется не больше 10 л/с, допустимо прокладывать тупиковые линии водоснабжения при наличии пожарного водоема, водонапорной башни, что расположены в конце таких тупиков.
Но, изначально водопроводные башни создавались, и используются до сих пор не только для целей пожаротушения, а как гидротехнические сооружения для создания запасов воды, автономного регулирования ее расхода, напора в локальной сети водоснабжения небольшого населенного пункта, предприятия, железнодорожной станции.
Следует отметить, что строительство водонапорных башен в наши дни не уникально, как в прошлом, когда построенные из натурального камня, полнотелого кирпича сооружения часто отличались вычурной архитектурной красотой, отнесшей их позднее к достопримечательностям, историческим памятникам.
Для возведения современных водонапорных башен используют типовые проекты, технические условия, например, ТУ 4741-001-76960843-2005 – о стальных унифицированных водонапорных башнях системы Рожновского; ТУ 4741-001-00237819-2006 – о водонапорных башнях Рожновского типов БР-15, БР-25.
История
Для создания запаса воды, ее самотечной подачи в населенные пункты без использования каких-либо насосных механизмов, еще в древности использовали горные озера, искусственные пруды, акведуки.
Века назад появились и первые водонапорные башни – искусственные резервуары, устанавливаемые в крепостях, замках, городах для питьевых, хозяйственных нужд защитников, населения как в мирное время, так и при осаде неприятелем. Именно эти сооружения противник стремился разрушить одними из первых, чтобы лишить обороняющихся запаса воды, в том числе использовавшейся для тушения пожаров, возникающих при осадных действиях.
Второе рождение водонапорные башни получили с изобретением паровоза, строительством разветвленной сети железных дорог, обслуживающего их инженерного станционного хозяйства в Европе, США, России; развитием промышленного производства на новых территориях, не имеющих сетей централизованного водоснабжения.
Именно простейшая конструкция, принцип работы башни сделали ее такой востребованной, актуальной в различных ситуациях:
Из-за комплекса перечисленных преимуществ, унификации комплекта водонапорной башни, которую несложно доставить на новую промышленную площадку, территорию сельскохозяйственного предприятия, строящегося жилого поселка; быстро смонтировать, установив на бетонное фундаментное основание, они востребованы в районах, где централизованное строительство наружных сетей водоснабжения в ближайшие годы не планируется.
Назначение
Водонапорная башня предназначена для следующих целей:
Вторая функция водонапорной башни, как искусственного источника наружного противопожарного водоснабжения, указана в пункте 4.1 СП 8.13130.2020:
Кроме того, водонапорные башни используются в качестве дополнительного источника для заправки пожарных автомашин, когда организовывается подвоз воды к месту пожара. Для этого:
Видов водонапорных башен несколько, зависящих в основном от материала, использованного для постройки:
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.
В состав башни Рожновского входят следующие элементы:
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 8.13130.2020 к техническим параметрам, устройству водонапорных башен предъявляются следующие требования:
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.
Как работает
Водоснабжение жилого поселка
Принцип работы этого гидротехнического высотного сооружения основан на эффекте закона о сообщающихся сосудах:
Простота конструкции, режима работы башни по-прежнему оставляет ее востребованным гидротехническим оборудованием за городской чертой, вне зоны действия централизованных сетей водоснабжения.
ликбез от дилетанта estimata
Новичку об основах в области экстремальных и чрезвычайных ситуаций, выживания, туризма. Также будет полезно рыбакам, охотникам и другим любителям природы и активного отдыха.
пятница, 28 августа 2020 г.
Что такое водонапорная башня и как она работает
Устройство водонапорной башни
Водонапорная башня состоит из бака (резервуара) для воды, обычно цилиндрической формы, и опорной конструкции (ствола).
 |
| Устройство водонапорной башни |
Высота водонапорной башни (расстояние от поверхности земли до низа бака) обычно не превышает 25 м, в редких случаях — 30 м.
Ёмкость бака — от нескольких десятков м 3 (для малых водопроводов) до нескольких тысяч м 3 (в больших городских и промышленных водопроводах).
Опорные конструкции выполняются в основном из стали, железобетона, иногда из полнотелого кирпича, натурального камня. Баки преимущественно выполняются из железобетона и стали.
Водонапорные башни оборудуют трубами для подачи и отвода воды, переливными устройствами для предотвращения переполнения бака, люками.
Современные башни оборудуются датчиками уровней для отслеживания верхних и нижних критических показателей. Контроль за наполнением и опорожнением башни производится с диспетчерского пункта либо непосредственно системой автоматики насосной станции.
Вентиляционные люки необходимы для предотвращения создания вакуума внутри резервуара и обмена воздушных масс в отсеках бака, предназначенных для хранения запаса вода на случай аварий или пожара. Люк располагается рядом с подводяще-отводящими на перекрытии резервуара. Высота люков над плоскостью перекрытия не может быть ниже 20 см.
Поступление воды в башню осуществляется при помощи насосов.
В районах с низкими температурами при необходимости отапливать башню устраивают печное или центральное отопление.
Вода в баке при постоянном ее обмене может не замерзать; в этих случаях ограничиваются только утеплением труб, размещая их в кожухе, а пространство между стенками трубы и кожуха заполняют теплоизоляционным материалом (торфом, опилками и т. п.). При этом необходимо, чтобы теплоизоляционный материал всегда оставался сухим; с этой целью короб обивают толем или кровельной сталью.
Первоначально башни внешне часто отличались вычурной архитектурой, что позднее начало относить их к достопримечательностям и историческим памятникам. Позднее водонапорные башни стали делать более утилитарными. Хотя сейчас водонапорные башни опять стали делать с разнообразным внешним видом.
Виды (типы) водонапорных башен
Водонапорная башня Рожновского
Одной из наиболее распространённых систем водонапорных башен на территории бывшего СССР является башня А.А. Рожновского, первая конструкция которой была представлена в 1936 году. Конструкция предусматривала возможность сборки башен из типовых заводских деталей непосредственно на площадке за считанные дни. При этом башни не имели обогрева, что являлось весьма важным, как в военное время, так и в послевоенные годы.
 |
| Водонапорная башня Рожновского |
В 50-х годах ХХ века строительство башен традиционным способом занимало от 6 месяцев и больше, а итоговая стоимость таких сооружений могла доходить до 80 000 рублей. Срок возведения башен Рожновского, как правило, не превышал четырех дней, а их стоимость составляла 18 тысяч рублей.
Водонапорная башня Рожновского состоит из: основания, бака, водонапорной опоры, крышки бака с люком для осмотра.
Фундаментное основание, выполняемое из готовых строительных блоков или заливкой монолитной плиты.
Чаще всего резервуар водонапорной башни изготавливается прямоугольной или округлой формы, соотношение между диаметром и высотой которого зависит от индивидуальных архитектурно-строительных и технологических параметров. Объём резервуара, как и высота опоры, определяется согласно результатам расчётов водораспределительной сети. Для предохранения запаса воды от загрязнения и замерзания резервуар башни окружен специальной защитой.
Как работает водонапорная башня
Главное в этой системе чтобы бак с водой был выше потребителей воды, иначе вода не будет течь. При этом слишком большая высота размещения бака потребует лишнего расхода энергии при работе насосов, поднимающих воду на эту высоту, и может вызвать перепад величины давления в водопроводной сети, что приводит к ее неравномерной подаче в случае пиковой нагрузки на водопроводные сети или при тушении пожара.
Водонапорная башня: предназначение и принцип работы сооружения
Водонапорная башня – незаменимая часть системы автономного водоснабжения. Ее можно увидеть в любом старинном городе.
Но если в городах водонапорные башни сохранились лишь в качестве исторических памятников, в небольших населенных пунктах их до сих пор используют по прямому назначению. Когда же впервые появилась первая водонапорная башня, каково было ее предназначение и принцип работы?
Экскурс в историю
Водонапорная башня – это сооружение, состоящее из накопительного резервуара и основания.
Она является частью системы водоснабжения и предназначена для регулирования напора и расхода воды в водопроводной сети.
Благодаря наличию накопительной емкости, она позволяет создавать запас воды и регулировать график работы насосных станций.
Устройство водонапорной башни очень простое. Конструкция сооружения состоит из основания, опорной трубы и накопительной емкости, располагаемой сверху.
Такая особенность позволяет осуществлять подачу воды без применения специального оборудования. В трубопроводы вода поступает самотеком под собственным давлением.
Прообразом водонапорных башен являлись специальные накопительные емкости, использовавшиеся людьми еще 5 тысячелетий назад.
А строительство башен началось в средние века, когда самотечные системы водоснабжения уже не могли обеспечивать водой стремительно растущие города.
В России такое гидротехническое сооружение впервые появилось в Пскове. Именно в этом городе был построен первый водопровод. А в XVIII веке они стали возводиться повсеместно.
Стоит отметить, что старинные водонапорные башни возводились преимущественно из камня. Чуть позже камень заменили красным кирпичом.
И лишь во второй половине XX века для строительства этих сооружений начали применять стальные листы. Идея по замене камня сталью принадлежит советскому инженеру Рожновскому. Он же предложил модернизировать систему путем установки насосного оборудования, с помощью которого резервуар заполнялся водой.
Функциональные возможности
Высота водонапорной башни, как правило, не превышает 35 метров. Этот показатель напрямую зависит от высоты обслуживаемых зданий. То есть емкость, в которой накапливается вода, должна располагаться выше мест распределения.
В функции данного гидротехнического сооружения входит следующее:
Вода в гидротехническое сооружение поступает из скважины или другого источника (реки, озера и пр.). Поэтому его устанавливают в непосредственной близости к источнику. В емкость жидкость поступает с помощью насосного оборудования, работающего от электросети.
Виды гидротехнических сооружений
Водонапорная башня, принцип работы которой остался неизменным с конца XIX века, может возводиться в нескольких вариациях.
Но их отличие заключается только в материале, применяемом при строительстве гидротехнических сооружений.
Камень или кирпич. Первые объекты водоснабжения строились именно из камня. Чуть позже его заменили кирпичом.
Сейчас эти материалы не применяют, но старинные башни до сих пор сохранились. А некоторые из них продолжают активно эксплуатироваться.
Железобетон
Этот материал был востребован во времена Советского Союза.
Железобетонные конструкции использовались преимущественно для хранения резервного запаса воды. А бак водонапорной башни из железобетона вмещал до 150 кубометров воды.
Сталь
Из листовой стали проектировались башни Рожновского. Причем их возводили с помощью заводских заготовок. Стальная конструкция отличается прочностью и легкостью установки.
Первые резервуары устанавливали на опоры. А изготавливали их из дерева – самого доступного материала. Сейчас дерево не применяется ввиду высокого риска образования грибков, ухудшающих качество воды.
Особенности конструкции
Внешне сооружение может напоминать форму призмы, пирамиды или бочки. Но схема водонапорной башни от формы не изменяется.
Бесперебойную подачу воды обеспечивают следующие элементы:
Наполнение бака производится с помощью насосной станции, которая устанавливается в непосредственной близости к водонапорной башне.
Накопительный бак
Резервуар устанавливается на основание водонапорной башни. Его форма может быть как прямоугольной, так и цилиндрической.
А объем варьируется от нескольких десятков до нескольких тысяч кубометров. Первый вариант используется в качестве накопителя воды для использования в личных нуждах, а второй – для обеспечения бесперебойной подачи воды на промышленных предприятиях.
Опора
Высота опоры вместе с баком редко превышает 35 метров. От этого параметра напрямую зависит, какое в водонапорной башне давление воды будет поддерживаться.
То есть чем выше опора, тем сильнее давление. Однако слишком высокая опора способна осложнить работу насосного оборудования.
Водопровод
Водопровод объекта водоснабжения состоит из двух труб – подающей и отводящей.
Через подающую трубу производится накачивание воды в накопительный бак. Отводящая труба водонапорной башни служит для подачи воды в места потребления.
Вентиляционный и смотровой люки
Вентиляционный люк располагается в верхней части корпуса бака. Его функция заключается в предотвращении создания вакуума внутри накопителя.
Воздухообмен позволяет предотвратить застаивание воды, в результате которого происходит размножение патогенных микроорганизмов. Высота крышки люка над поверхностью резервуара составляет не менее 20 см.
Смотровой люк позволяет производить обслуживание водонапорной башни. Продлить срок службы сооружения удастся путем проведения работ по покраске, удалению ржавчины внутри бака, промывке и дезинфекции, заделыванию трещин. Эти работы необходимо выполнять через каждые 3-4 года.
Как работает гидротехническое сооружение
Принцип работы данного сооружения заключается в эффекте закона о сообщающихся сосудах.
Он заключается в следующем:
Система водонапорной башни настолько проста, что заставляет усомниться в ее надежности. Однако за несколько веков эксплуатации она доказала свою эффективность.
Заключение
Бесперебойная работа водонапорной башни возможна только при своевременном обслуживании, проводимом через каждые 3-4 года.
Это сооружение позволяет создать запас воды, способный удовлетворить нужды, как личного подсобного хозяйства, так и крупного промышленного предприятия.