Водонапорная башня

Водонапо́рная башня — сооружение в системе водоснабжения для регулирования напора и расхода воды в водопроводной сети, создания её запаса и выравнивания графика работы насосных станций.

Водонапорная башня состоит из бака (резервуара) для воды, обычно цилиндрической формы, и опорной конструкции (ствола). Регулирующая роль водонапорной башни заключается в том, что в часы уменьшения водопотребления избыток воды, подаваемой насосной станцией, накапливается в водонапорной башне и расходуется из неё в часы увеличенного водопотребления. 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 м³ (для малых водопроводов) до нескольких тысяч м³ (в больших городских и промышленных водопроводах). Опорные конструкции выполняются в основном из стали, железобетона, иногда из кирпича, баки — преимущественно из железобетона и стали. Водонапорные башни оборудуют трубами для подачи и отвода воды, переливными устройствами для предотвращения переполнения бака, а также системой замера уровня воды с телепередачей сигналов в диспетчерский пункт.

Содержание

Башня Рожновского

Одной из наиболее распространённых систем водонапорных башен является «Башня Рожновского», которая предназначена для регулирования расхода и напора воды в водонапорной сети, создания её запаса и выравнивания графика работы насосных станций. Башня Рожновского состоит из: бака, водонапорной опоры, крышки бака с люком для осмотра. Внутри к стенкам бака приварены скобы льдоудерживателя, а также скобы для спуска обслуживающего персонала. Для подъёма на башню существует наружная лестница с предохранительным ограждением. Объём башни — от 10 до 150 м³. 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. Поступление воды в башню осуществляется при помощи насосов.

Многие водонапорные башни, расположенные на железнодорожных станциях и депо, первоначально, снабжали водой ремонтные мастерские и водозаправочные колонки для паровозов, однако к 60-м годам XX века утратили своё значение в связи с переключением станций и депо на центральную систему водоснабжения.

Галерея

Водонапорная башня в разрезе: 1-насосная, 2-резервуар с водой, 3-потребители воды.

Водонапорная башня в форме гриба в Хельсинки, Финляндия (1977).

Бывшая водонапорная башня в Санкт-Петербурге, теперь часть комплекса Музея воды.

Водонапорная башня на территории СПбПУ — кафедра гидравлики.

Деревянная водонапорная башня, в городе Устюжна.

Водонапорная башня в Гамильтоне, штат Канзас, США

Современная конструкция водонапорной башни в Фленсбурге, ФРГ

Примечания

Художественная литература

Ссылки

Что такое wiki2.info Вики является главным информационным ресурсом в интернете. Она открыта для любого пользователя. Вики это библиотека, которая является общественной и многоязычной.

Основа этой страницы находится в Википедии. Текст доступен по лицензии CC BY-SA 3.0 Unported License.

Wikipedia® — зарегистрированный товарный знак организации Wikimedia Foundation, Inc. wiki2.info является независимой компанией и не аффилирована с Фондом Викимедиа (Wikimedia Foundation).

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:

• 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.

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:

• вода из источника водоснабжения насосами подаётся по трубопроводу в накопительный бак;
• из бака вода под напором, создаваемым перепадом высоты расположения резервуара и и уровня прокладки водопровода, поступает в сеть водоснабжения;
• при небольшом расходе резервуар в течение определённого времен заполняется поступающей водой, и, после достижения определённого уровня, насосы по сигналу специального датчика отключаются. Далее, по мере расхода потребителями уровень воды за счёт гидростатического давления понижается, и, по достижении определённого значения происходит срабатывание датчика, насосы включаются, и цикл повторяется.

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: 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:

1. подача жидкости в трубопроводы под давлением, определяемым высотой расположения резервуара;
2. обеспечение равномерного давления при интенсивном водопотреблении;
3. обеспечение резерва воды на случай пожара, выхода из строя основной станции водоснабжения, в том числе при отключении электроэнергии.

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:

• опорная часть или ствол;
• накопительная емкость;
• лестницы, располагаемые снаружи и внутри (могут заменяться скобами с боковым ограждением);
• вентиляционный и смотровой люки, располагающиеся на крышке емкости;
• трубопровод, через который подается и отводится вода;
• переливное устройство, предотвращающее переполнение бака;
• датчики уровня воды;
• приборы, передающие диспетчеру информацию о состоянии сооружения.

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:

1. насос через подающую трубу закачивает в бак воду, забирая ее из скважины или водохранилища;
2. так как бак располагается высоко, вода под собственным напором поступает в отводящую трубу, а далее в систему водоснабжения;
3. если расход воды небольшой, бак заполняется постепенно;
4. датчик, установленный в резервуаре, отключает насос, когда уровень воды доходит до максимальной отметки;
5. когда уровень жидкости приближается к минимальному, другой датчик включает насос.

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.

Видео: Водонапорная башня — как работает и ее устройство