КОНСТРУКЦИИ И РАСЧЕТ ВОДОНАПОРНЫХ БАШЕН
Конструкции. Водонапорные башни (рис. 9.12) предназначены для создания и регулирования напора в водонапорных сетях, В зависимости от материала водонапорные башни могут быть железобетонными, кирпичными, металлическими и деревянными. Железобетонные водонапорные башни могут иметь разную конструкцию: со стволом в виде сплошного железобетонного цилиндрического стакана; со стволом из опорных колонн.
Водонапорная башня показана на рис. 9.13.
Вместимость бака (резервуара) и высоту поддерживающей конструкции, которая измеряется от поверхности до низа бака, определяют в процессе проведения основных расчетов системы водоснабжения и применяют как заданные при проектировании башни.
Основные, наиболее распространенные конструктивные типы резервуаров водонапорной башни следующие: прямоугольный или круглый в плане, с плоским днищем. .Резервуары подобного типа (наибольшей вместимостью 10... 50 м ) делают из листовой
Рис. 9.12. Схема водонапорной башни: j _ защитная железобетонная обо-1 — бак; 2— приемная сетка, 3 — отводящий отрос- лочка; 2— кирпичный цоколь ток; ^—обратный клапан; J—компенсаторы; 6— служебный мостик; 7—подводящая труба, 8-опорная конструкция; 9— задвижка; /О—гидравлический затвор; Л — решетка с захлопкой; 12 — лестница; 13 — переливная труба- 14 — лаз-IS— спускной отросток; 16 -переливной стояк; 17— молниезащота; 18- вентиляция; 19— подводящий стояк
стали или дерева (круглый в плане, а также с выпуклым днищем может быть выполнен из железобетона или листовой стали). Иногда в днище резервуара устраивают шахту для подъема вверх обслуживающего персонала и осмотра резервуара. Такие резервуары наиболее распространены при средних по своим размерам системах водоснабжения. Резервуар круглый в плане, а также с выпуклым днищем, выполненные из листовой стали, обычно имеют вместимость более 400...500 м .
Форма» и конструкция несущей части башни зависят от вместимости бака и строительного материала, из которого они выполнены. Применение сборных железобетонных конструкций позволяет уменьшить стоимость башен с несущей частью в виде опорных колонн.
Несущая часть кирпичных водонапорных башен имеет вид цилиндрического или конического суживающегося вверх ствола.
Рис. 9.13. Схема железобетонной с цилиндрическим стволом водонапорной башни:
1 — защитная железобетонная оболочка; 2 — кирпичный цоколь
Резервуар опирается на кирпичные стены. В сельскохозяйственном водоснабжении широко применяют стальные башни Рожнов-ского.
Чтобы предотвратить повреждение резервуара от резких температурных изменений и предохранить воду в нем от промерзания и прогревания, вокруг бака устраивают шатер. Для защиты труб от замерзания в водонапорной башне обычно устанавливают небольшую металлическую печку для обогревания во время морозов, а в башнях с несущей конструкцией в виде отдельных колонн трубы закрывают деревянным футляром.
В водонапорной башне устанавливают следующие трубы: подающую воду от насосной станции; разборную, отводящую воду в сеть; переливную, не допускающую переполнения резервуара;
спускную для опорожнения бака.
В большинстве случаев подающую и разборную трубы соединяют вместе, тогда подача воды и ее отвод осуществляются по одному стоку. Спускную трубу соединяют с переливной и оборудуют задвижкой. Применяют фланцевые трубы. В верхней части каждого стояка устанавливают компенсатор для компенсирования возможных изменений длины стояка вследствие колебаний температуры. В баке расположены приборы для наблюдения за уровнем воды. Целесообразна установка электрических указателей, позволяющих машинисту на насосной станции наблюдать за уровнем воды в баке.
Определение высоты водонапорной башни и объема напорно-регулирующего резервуара. Наиболее выгодное место расположения резервуара, его вместимость и отметка дна зависят от многих факторов: рельефа местности, значения требуемых свободных напоров в сети при разных условиях водопотребления, графика работы насосов, места хранения противопожарного запаса воды и типа резервуара.
Резервуар устанавливают в наиболее высоких местах, где можно заменить башню более дешевым подземным резервуаром. При плоском рельефе местности наиболее выгодно размещать башню в последней от точки питания четверти сети и по возможности в ценгре территории, обслуживаемой башней в период максимального водозабора. В случае хранения в башне противопожарного запаса воды более выгодно размещать башню в конце третьей четверти сети. Если местность к концу сети повышается, водонапорный резервуар располагают в конце сети. При понижении местности к концу сети водонапорный резервуар размещают в ее начале. Чем меньше уклон местности, тем дальше от начальной точки сети к ее центру следует устанавливать башню.
Если неприкосновенный противопожарный запас размещается в напорных резервуарах (рис. 9.14), то при расчете сети определяют отметки: дна резервуара башни ?д.б; верхнего уровня противопожарного запаса zx min (которая также является отметкой
расчетного уровня на случай максимального хозяйственного водоразбора в сети); наивысшего уровня воды в резервуаре Zx max.
Координаты первой и второй отметок находят по формуле
Лб = Ян + (^д - ж) + Ейд,
где Яб — высота башни,м; Яи — необходимое избыточное давление в «диктующей» точке, м; а — отметка поверхности земли в «диктующей точке», м; ж — отметка поверхности земли в месте установки водонапорной башни, м; 2-Ад — сумма потерь напора по
Рис. 9.14. Схема работы водонапорной башни:
1 — потребитель; 2 — водонапорная башня
длине между башней и «диктующей» точкой, м.
Положение третьей отметки, а в тех случаях, когда по расчету на обеспечение пожарного расхода высота башни получается наибольшей, и второй отметки зависит от вместимости wta его диаметра Врез-
Zx min = %.б + ^пож/(0,7852^ез);
йс max = Zx min + И^хоз/(0,785Дрез),
где & min — отметка верхнего уровня противопожарного запаса, м; йс max — отметка наивысшего уровня воды в резервуаре, м; И^пож. — объем пожарного запаса, м;
Wwi — объем хозяйственного запаса, м ; гд.б — отметка дна резервуара башни,м;
Д^кз — диаметр резервуара, м.
Высота башни Яб = Za.6 — й.б, где й.б — отметка земли у башни, м.
Чтобы подавать воду в сеть в соответствии с графиком потребления, устраивают резервуары с некоторым регулировочным запасом воды. Этот запас расходуется в период подачи насосной станцией расхода воды в сеть менее требуемого и, наоборот, наполняется во время подачи воды в большем количестве, чем расходуется потребителями. Необходимый объем регулировочного запаса воды определяют составлением почасового баланса притока в резервуар и оттока из него или построением интегральных кривых подачи воды насосной станцией и расхода воды в сети.
Ордината интегральной кривой потребления показывает, сколько воды (% суточного расхода) израсходовано к данному часу. Ординаты интегральной кривой подачи воды в сеть насосами показывают, сколько на данный час подано воды. Для построения этих кривых надо суммировать часовые расходы воды от начала суток до каждого данного часа (рис. 9.15).
Рис. 9.15. Суммарная (интегральная) кривая водопотребления:
1— кривая подачи; 2—кривая недопотребления; W\, (^—соответственно избыток и недостаток подачи; W, — равные значения подачи и водопотребления; Wcy — суточный объем
Необходимый объем резервуара
м3;
где W— объем резервуара, м'; а — максимальная разность ординат кривых подачи и потребления по недостатку воды, % суточного расхода; б — наибольшая разность ординат по избытку, т. е. по превышению кривой подачи над кривой потребления, % суточного расхода.
Если интегральные кривые потребления и подачи не пересекаются, то определяют одну максимальную разность ординат
2468 1012U1}б1820'22 t,4
кривых.
Величина необходимого регулировочного запаса воды зависит в большой степени от принципа работы насосной станции. При автоматизации работы насосной станции необходимая вместимость регулировочного резервуара значительно уменьшается.
Задачи. Далее приведены задачи, посвященные расчету системы водоснабжения. Исходные данные к задачам приведены в табл. 9.1.