Водонапорная башня: устройство, типы, принцип действия

Каждый элемент схемы взаимосвязан и обязан работать «как часы», чтобы нужное количество технической или пищевой жидкости поступало в пункты «выдачи». К ним относятся частные домовладения, поселки дачного типа, объекты промышленности или в другие постройки различного назначения. Роль водонапорной башни в данной системе — создание необходимого давления для воды, поступающей из накопительной тары в трубопровод.

Функции гидротехнического оборудования

Водонапорная башня необходима для создания автономной системы подачи воды. Она выступает в роли насоса, создающего нужное давление жидкости для ее подачи в трубы или накопительные резервуары, смонтированные на определенной высоте от мест распределения (потребления). Мощность водонапора зависит от высоты расположения контейнеров.

Максимально допустимая высота резервуара — 35 м. И выполняет она три основные функции:

1. Обеспечение поступления жидкости в систему труб под необходимым давлением. Оно определяется высотой расположения контейнера.
2. Равномерное распределение подачи технической или пищевой жидкости при высоком показателе одновременного расхода воды.
3. Обеспечение резервного запаса воды при возникновении аварийных ситуаций на основной станции водоснабжения. А также при экстренном отключении электроэнергии в системе постоянного обеспечения воды.

Насосные станции с водонапорными башнями устанавливают вблизи источника воды. В его роли выступает скважина или водохранилище. Поступление жидкости в емкость обеспечивает специальное оборудование, работающее от электросети.

Устройство и особенности сооружений

Башни могут быть каменными, деревянными или металлическими. При этом любая конструкция включает ряд обязательных элементов:

• фундаментальная опора, выполненная из монолита или железобетона;
• опорный колонны;
• контейнер для хранения воды;
• подводящая труба для заполнения контейнера жидкостью с помощью насосной установки;
• система труб для подачи воды с необходимыми кранами и запорной арматурой;
• блок управления подачи жидкости в резервуар (механическое или автоматическое управление).

Дополнительно в конструкцию добавляют внутренние датчики давления. Они показывают максимально и минимально допустимый уровень жидкости. А также включают и выключают автоматически насосное оборудование по показателям.

Внешне башни защищаются от осадков. Своеобразный шатер закрывает верх от попадания мусора, дождя, снега или птиц внутрь башни. А стенки выполняют роль защиты от промерзания в зимний период.

Обязательно предусматривается смотровая площадка и люк сверху водонапорной вышки, чтобы проводить осмотр технического состояния постройки, а также чистку изнутри при необходимости.

Как работают башни?

Принцип работы любого типа водонапорной башни одинаков. Он состоит из нескольких этапов:

1. Вода выкачивается насосными агрегатами из глубинных скважин или других источников водоснабжения. Жидкость передается по подающей трубе в контейнер.
2. Из накопительного резервуара жидкость под нужным напором, регулируемым высотой установки башни, идет в трубы системы подачи воды конечному потребителю.
3. При низком уровне использования воды. К примеру, в ночное время в дачном поселке, резервуар постепенно заполняется. Когда жидкость доходит до максимально допустимого уровня, насос по команде от датчика останавливает подачу воды.
4. Наполненная жидкость в период водопотребления постепенно заканчивается. Когда вода доходит до минимально допустимого уровня, датчик отдает команду насосу на заполнение емкости.
5. При аварийной остановке подачи электричества, когда насос перестает работать, потребители получают «резервную» воду. Она распределяется по трубам благодаря внутреннему давлению.

Работоспособность гидротехнического сооружения должна проверять ответственная организация, имеющая доступ на починку или установку водонапорных башен. Собственноручный ремонт противоречит техники безопасности эксплуатации гидротехнического оборудования.

Основные виды водонапорных башен для водоснабжения различных объектов

Водонапорные башни существуют с конца 19 века. Конструкции и особенности строений менялись и модернизировались с годами. Но принцип работы сохранялся. Сейчас встречаются следующие типы водонапорных резервуаров:

1. Каменная (кирпичная) водонапорная башня. Новых конструкций такого типа уже не строят. Последний раз конструкцию возводили в 1885 году. Но сами резервуары сохранились и даже работают.
2. Железобетонные башни возводили в период СССР. Объем одной емкости доходил до 150 м³. Хранилась техническая вода для различных бытовых нужд.
3. Металлические водонапорные башни — самый распространенный вид резервуаров. Они различны по объему, имеют разные опоры и способны хранить не только техническую жидкость, но и питьевую воду.

Деревянные водонапорные башни не производят. Древесина быстро вступает в реакцию с водой. На поверхности таких резервуаров образуются грибки и плесень, заражающие воду.

Подтипы металлических водонапорных башен

Водонапорные конструкции из металла вмещают до 25-30 м³ жидкости. Они обладают высокой скоростью возведения, а также универсальностью и прочностью. Всего выделяют 4 подтипа металлических башен:

1. Призматическая модель состоит из нескольких вертикальных ферм. Они используются для создания высокой конструкции. Конечная высота башни зависит от количества установленных резервуаров (ферм).
2. Пирамидальный вариант используется при высоте основания от 25 до 40 м. А также при малых размерах самого бака. Ширина верхнего основания конструкции соответствует диаметру резервуара. Габариты опоры и количество стоек рассчитывает конструкторский отдел. Они должны обеспечивать максимальную устойчивость всей конструкции.
3. Башни системы Шухова появились в конце 19 века. Их опора состоит из сетчатой металлической конструкции. К достоинствам такой модели относят ее легкость. Но проводить монтаж башни Шухова намного сложнее, чем призматической или пирамидальной.
4. Башни-бочки. Самые распространенные модели, соединяющие в себе саму башню и цилиндрический металлический резервуар. Сам цилиндр выполняется из листовой стали, он же устанавливается на фундамент при помощи опор и служит накопительной емкостью.

Если требуется работа водонапорной станции в холодное время года, ее дополнительно оснащают системой обогрева. При этом источник воды не должен замерзать (к примеру, глубинные скважины). Трубопровод для зимнего варианта прокладывают под землей и утепляют.

Сферы применения

По статистике, классические металлические водонапорные башни используют в следующих сферах:

1. Сельское хозяйство. Установка резервуаров проводится для обеспечения воды животным и полива сельских угодий.
2. В сфере жилищного хозяйства. Водонапорные башни обеспечивают холодной водой небольшие жилые поселки и дачные участки.
3. Промышленность. Установки снабжают предприятия и отдельные цеха технической и питьевой водой в необходимом количестве.

Нередко водонапорные башни малого объема устанавливают физические лица и ИП для получения постоянного доступа к воде вне зависимости от центральной системы водоснабжения.

В нашей компании «Акрукс-Про» вы можете заказать различные инженерные системы, включая стальные водонапорные башни. Осуществляем поставку, монтаж и подключение по всему Санкт-Петербургу и области.

Для получения подробной консультации звоните по номеру, указанному на сайте. Подробно ответим на все ваши вопросы.

Альтернативное решение по замене башен Рожновского

Первые водонапорные башни Рожновского появились в 30-х годах прошлого столетия и получили широкое распространение в военные и послевоенные годы, когда условия времени требовали изготовления подобных сооружений в заводских условиях, монтажа на месте в течение нескольких суток и, самое главное, отказа от использования дефицитного в то время топлива на их обогрев.
И в настоящее время водоснабжение многих поселков и промышленных предприятий осуществляется при помощи водонапорных башен.

Однако при всей простоте и широком распространении башни Рожновского обладают рядом недостатков:

• трудности использования в зимний период, особенно возрастающие при уменьшении водопо-требления;
• интенсивное появление ржавчины в воде из-за большой поверхности окисления накопительной емкости;
• ограниченное и непостоянное давление воды на выходе из башни, определяющееся высотой башни;
• высокая стоимость и трудоемкость работ по ремонту башни.

Основной недостаток водонапорных систем Рожновского – изношенное или аварийное состояние действующих башен.

Водонапорные башни долгое время являлись основным элементом локального водоснабжения, но на сегодняшний день их установка экономически нецелесообразна, в то время как применение частотного преобразователя для управления насосом скважины снижает расходы по реконструкции башни и имеет ряд неоспоримых технических преимуществ:
• стабильность создаваемого давления за счет автоматического регулирования производительно-сти насоса в зависимости от текущего расхода воды;
• исключение громоздкой водонапорной башни: все необходимое оборудование может быть смонтировано в обычном помещении или специализированном внешнем контейнере, что резко снижает затраты по доставке оборудования и монтажу;
• повышенная надежность оборудования, стабильность работы в зимний период;
• повышение ресурса насоса скважины за счет плавного регулирования и ряда защит;
• отсутствие периодически смачивающихся участков водопроводной системы и, соответст¬венно, отсутствие коррозии, и лучшее качество подаваемой воды;

• возможность интеграции систем учета по расходуемой воде и потребляемой электроэнергии.

Компания «ЭФФЕКТИВНЫЕ СИСТЕМЫ» предлагает альтернативное решение по замене водонапорных башен!

Основу проекта водоснабжения малых населенных пунктов и хозяйственных объектов без использования водонапорных башен составляют частотный преоб-разователь, который устанавливается в отапливаемом помещении для управления асинхронным двигате-лем насоса скважины, датчик давления и вспомогательное сило-вое коммутационное оборудование. В случае отсутствия отапливаемого помещения не обязательно его строить, достаточно установить преобразователь частоты в шкаф соответствующего климатического исполнения.

СТОИМОСТЬ ОСНОВНОГО ОБОРУДОВАНИЯ

Стоимость новой башни системы Рожновского высотой 15 м и объемом 25 м3 на сегодняшний день в среднем 300 тыс. рублей. В случае нового строительства следует также учитывать стоимость разработки проекта и стоимость всех других подготовительных работ (плюс в среднем 200 тыс. рублей).

Т.е. имеем на сегодня: затраты на установку данной башни составит в среднем 500 тыс. руб.:
• стоимость собственно башни, привязка её на место, фундамент (500 кг арматурной стали, 10 кг листовой стали, 25 т бетона, плюс работы).
При использовании частотного регулирования стоимость частотных преобразователей производства компании «ЭФФЕКТИВНЫЕ СИСТЕМЫ» г. Москва (на примере, 7,5 кВт) составляет 24 тыс. руб. В качестве датчиков давления используются как датчики с токовым выходом 4

20 мА типа КРТ-5 или МВS 3000, так и электроконтактные манометры типа ЭКМ. Приборы равнозначны с точки зрения управления частотным преобразователем, различия заключаются в точности поддержания заданного давления в системе, т.е. датчик давления поддерживает давление в системе с точностью до 1%, в то время как использование ЭКМ позволяет поддерживать давление в системе в пределе, заданном ЭКМ.

Таким образом, в цену базового комплекта оборудования при безбашенном водоснабжении входит стоимость:

• частотного преобразователя – 23 900 тыс. руб.;
• датчика давления – 6,5 тыс. руб.;
• монтажных работ – 10 тыс. руб. (в среднем)
• пуско-наладочных работ – 10 тыс. руб. (в среднем).

Итого: стоимость решения без водонапорной башни – 50,4 тыс. руб., что на порядок меньше, чем стоимость башни – 500 тыс. руб.

РАСХОДЫ, СВЯЗАННЫЕ С ОБСЛУЖИВАНИЕМ ОБОРУДОВАНИЯ

Расходы, связанные с обслуживанием при башенном водоснабжении и водоснабжении с использованием частотных преобразователей производства компании «ЭФФЕКТИВНЫЕ СИСТЕМЫ» г. Москва, различаются на порядок поскольку:
• частотные преобразователи практически не требуют технического обслуживания, за исключением периодического профилактического осмотра оборудования;
• отсутствие больших пусковых токов, полная защита электродвигателей насосных агрегатов, работа электродвигателей и пусковой аппаратуры с пониженной нагрузкой, увеличивает межре-монтный период и срок службы электродвигателей.
• отсутствие гидравлических ударов в системе подачи воды положительно сказывается на сальниках, запорной арматуре, продлевая срок их эксплуатации без ремонта;
• небольшие габаритные размеры и отсутствие особых требований к качеству электропитания позволяют разместить частотные преобразователи в любом подсобном помещении и даже в ко-лодцах скважин, обеспечив необходимые условия эксплуатации;
• унификация, модульность, простота установки позволяют выполнить ремонт в кратчайшие сроки с минимальными затратами;
К особенностям эксплуатации частотного преобразователя можно отнести необходимость поддержания в зимний период температуры не ниже — 5° С или обеспечения его безостановочной эксплуатации (исключить отключение электропитания и останов насосного агрегата и, соответственно, пч), а также обеспечение защиты от прямого попадания влаги (по условиям эксплуатации влажность до 98% без конденсата).

Расходы на обслуживание водонапорных башен значительно выше, поскольку складываются из затрат на проведение ежегодного санитарно-технического обслуживания, очистки, покраски и т.д.

ЭКОНОМИЯ ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ И ВОДЫ

Экономия электроэнергии происходит за счет разности работ, производимых насосом при подъеме воды на 15-метровую высоту водонапорной башни и подаче к потребителю по горизонтальному водопроводу, плюс экономия за счет стабилизации давления и уменьшения утечек из башни, особенно в зимний период. Еще одним источником экономии при частотном регулировании служит встроенная автоматическая функция минимизации затрат электроэнергии при слабой нагрузке.

Таким образом, суммарная экономия электроэнергии составляет от 30% до 50 %.
Такая существенная экономия электроэнергии становится возможной еще и потому, что снижается общий расход воды, в том числе потери от утечек. Экономия воды в системах водоснабжения связана с устранением при регулируемом электроприводе ненужных избытков давления. Для существующих систем водоснабжения в коммунальной сфере, не находящихся в аварийном состоянии, каждая лишняя атмосфера вызывает за счет больших утечек дополнительные 2

7% потерь воды, которые и приходится восполнять, затрачивая дополнительное количество электроэнергии при эксплуатации насосного агрегата.

ТЕХНОЛОГИЧНОСТЬ, УНИВЕРСАЛЬНОСТЬ, УДОБСТВО В РАБОТЕ

При замене водонапорной башни возможна установка наземного павильона со станцией управления погружным или центробежным насосом (см. рис. ниже). В состав станции управления входят преобразователь частоты, контрольно-измерительные приборы, коммутационная аппаратура, органы управления и контроля.

Регулирование давления может быть автоматическим и ручным.
При автоматическом управлении процесс регулирования давления полностью автоматизирован. При ручном – возможны варианты дискретного (ночное давление – дневное давление) и плавного регули-рования давления в водопроводной сети (согласно установленных ограничений).
На объектах, где расположены несколько электроприводов, работа-ющих во взаимосвязанном режиме, наличие преобразователя частоты в составе станции управления обеспечивает плавный пуск и регулирование скорости вращения одного основного двигателя погружного насоса, при этом остальные двигатели работают непосредственно от питающей сети. Включение и отключение допол-нительных насосов производится автоматически для поддержания давления в водоводе при увеличении расхода воды потребителями и невозможности поддержания заданного давления с помощью основного насоса.

Использование частотных преобразователей в водоснабжении позволяет:
• снизить затраты на ремонт вышедших из строя водонапорных башен не менее чем в 8-10 раз по сравнению с их заменой на новые;
• снизить потребление электроэнергии;
• регулировать давление в водопроводной сети;
• снизить потери чистой питьевой воды при утечках;
• исключить влияние прямых пусков электроагрегатов на электросети;
• уменьшить эксплуатационные расходы на обслуживание, ремонт и поддержание технического состояния оборудования;
• значительно снизить, а не редко и исключить, расходы на ремонт трубопровода за счет исклю-чения гидроударов в сети;
• обеспечить технологичность, универсальность и экологичность по сравнению с водонапорными башнями;
• обеспечить окупаемость внедряемого частотно-регулируемого привода в среднем за 5-6 ме-сяцев только за счет сэкономленной электроэнергии (с учетом всех косвенных экономических факторов этот срок значительно снижается).

Метод водоснабжения без использования водонапорных башен с успехом может быть использован для водоснабжения малых населенных пунктов, отделенных хозяйственных объектов, а также частных коттеджей.