Водонапорная башня что это такое
Конструкция и разновидности водонапорной башни
Что такое водонапорная башня и каков её принцип действия? Какие бывают виды водонапорных башен? Из каких основных элементов она состоит? В чём особенности конструкции разных видов башен и чем они схожи между собой? Об этом мы расскажем в нашей статье.
Водонапорная башня — гидротехническое сооружение для перекачки и хранения воды. Представляет собой резервуар, установленный на определённой высоте. Принцип работы основан на действии Закона сообщающихся сосудов, который является одним из базовых законов гидростатики. Данный вид сооружений известен с древности, но и в наши дни водонапорные башни не утратили актуальности, особенно для местности с дефицитом энергии.
Принцип действия и разновидности конструкции водонапорных башен
Как было сказано выше, в башне работает закон гидростатики. Благодаря ему жидкость в открытой системе стремится занять одинаковый уровень во всех сообщающихся сосудах. Сосудом в данном случае можно считать элементы трубопровода. Для поддержания постоянного давления в трубах необходим постоянный перепад высот водяного столба. При этом вода из резервуара башни должна распределяться по трубопроводу потребителям, а это значит, что он должен находиться выше самой высокой точки водоразбора.
Конструктивная задача проста — установить резервуар на определённой высоте. Каждый инженер решал эту задачу по-своему, и в итоге появилось множество разновидностей водонапорных башен (ВД).
1. Каменная кладка (старый метод). Башня и резервуар полностью выложены из кирпича. Последняя ВБ, построенная по этому методу датируется 1885 г.
2. Железобетонные башни с резервуарами. ВБ из конструктивного железобетона строились в основном в советский период. Объём ж/б резервуара мог доходить до 150 куб. м.
3. Башни на гиперболоидных опорах. Опоры, изобретённые великим русским инженером В. Г. Шуховым, помимо исключительных конструктивных свойств, представляют художественную ценность. Всего их построено самим архитектором около 200. Принцип гиперболоидной опоры применяется сегодня при строительстве самых высоких зданий и башен мира.
4. Резервуар на рамном стальном каркасе. Самый простой с точки зрения проекта вариант. Конструкция рамы произвольная (прямоугольная, треугольная, сборно-разборная и т. д.).
5. Стальной бак переменного сечения («граната»). Изготавливается на заводе путём соединения по оси двух цилиндрических резервуаров разного диаметра. Опорой служит ёмкость (труба) меньшего диаметра, расположенная снизу. Это самый распространённый вид ВБ в России. Привлекателен из-за быстрого монтажа и изготовления, но представляет трудности при перевозке (негабарит).
6. Индивидуальные резервуары. Это элементы водонапорной башни, тем или иным образом подключенные к системе водоснабжения отдельно взятого дома.
Элементы водонапорной башни
Все башни имеют приблизительно одинаковый набор узлов, который может усложняться или упрощаться в зависимости от года постройки, качества воды, уровня грунтовых вод и т. д. Но есть стандартный «комплект» признаков, объединяющий все типы этих уникальных сооружений:
1 — насосная станция с автоматикой; 2 — подающая труба; 3 — резервуар; 4 — вентиляционный люк; 5 — трубопровод подачи воды потребителям
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.
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.
Принцип работы водонапорной башни
Принцип работы водонапорной башни
Водонапорная башня – простейшая конструкция, предназначенная для автономного регулирования расхода и напора воды в водопроводной системе. Простой принцип работы водонапорной башни определил ее широкое распространение.
Принцип работы водонапорной башни
Работа водонапорной башни была бы невозможна, если бы не явление выравнивания давления в сообщающихся сосудах, или гидростатического равновесия. Под действием силы тяжести вода в баке вытесняет жидкость из труб до тех пор, пока давление в емкости не станет равным давлению в системе трубопровода. На этом основывался принцип работы водонапорных башен до появления электронасосов.
С появлением электронасосов схема их работы несколько изменилась. Если ранее они были основными источниками воды в системе, то теперь стали играть роль резерва. В качестве «поставщика» воды выступает насосная станция, которая подает давление через систему труб непосредственно к потребителю.
В то же время насос накачивает воду в емкость башни до тех пор, пока она полностью не заполнится или не сработает автоматика. В момент пиковой нагрузки, когда водопотребление максимально, и насосная станция не справляется с работой, открывается клапан бака, и вода начинает поступать в систему из резерва. Происходит это до тех пор, пока станция подачи воды снова не станет справляться со своими обязанностями. После этого весь цикл повторяется.
Элементы водонапорной башни
Вне зависимости от вида и принципа работы водонапорная башня состоит из 5-6 узлов. Количество элементов может значительно варьироваться и определяется назначением сооружения, его месторасположением, удаленностью первоисточника, качеством воды и другими критериями.
Так или иначе, в составе каждой башни имеется:
В конструкцию водонапорной башни может быть внедрена фильтрующая система с различной степенью очистки воды, а также блок автоматики для контроля уровня жидкости и предотвращения его падения до критического значения.
Основные функции водонапорной башни
Из принципа работы водонапорной башни вытекает ее основная функция – выравнивание графика работы насосной станции. Представим ситуацию, что насос подает воду напрямую, без промежуточного звена в виде водонапорной вышки.
По желанию каждого потребителя он включается в работу и выключается, то есть работает хаотично. В результате увеличивается износ его механизмов, энергопотребление становится неравномерным, что увеличивает нагрузку на электростанцию.
В результате обслуживающие компании вынуждены тратиться на дорогостоящий ремонт. Чтобы всего подобного не происходило, и устанавливают водонапорные башни.
Вторая функция – поддержание давления в трубопроводе. Вода, расположенная на значительной высоте, под действием силы тяжести сама создает необходимой величины давление в системе. В результате снимается нагрузка с насосной станции.
Дополнительное назначение
Другое назначение и принцип работы водонапорной башни тесно связаны между собой. Вода в источнике очень редко соответствуют установленным санитарным нормам, поэтому если она используется для бытовых нужд или для питья, водонапорная вышка используется как фильтрующая установка.
В систему подающего трубопровода встраивают фильтры грубой очистки, которые задерживают тяжелые металлы, оксиды железа и свинца, песок и другие загрязнители. В баке пода отстаивается и становится еще чище. Система очистных картриджей, установленных на подающем водопроводе, может очищать воду от болезнетворных бактерий, доставляя к потребителю идеально чистый продукт.
Создание аварийного запаса воды, который может использоваться в случае поломки водопровода или возникновения пожара – еще одна дополнительная функция водонапорной вышки.
Работа башни с автонасосом
Принцип работы водонапорной башни с автоматическим насосом практически ничем не отличается от описанной нами ранее схемы работы. Исключение составляет лишь тот факт, что в такой системе отсутствует насосная станция как таковая. Ее функцию выполняет компактный электронасос.
При снижении уровня воды в емкости ниже порогового значения системой автоматики подается сигнал, и насос начинает накачивать воду в бак. Как только резервуар полностью заполнится, ждут, пока уровень жидкости снова не упадет.
Такие системы используются чаще всего на частных и дачных участках. В качестве индикатора уровня жидкости выступает поплавок, который, опускаясь почти до самого дна, замыкает контакты и отдает сигнал реле, а то уже руководит работой насоса.
Определение характеристик
Чтобы система исправно выполняла свои обязанности, необходимо, чтобы высота водонапорной башни была больше, чем высота любого другого обслуживаемого сооружения. Именно поэтому резервуары с водой часто можно увидеть на крышах многоэтажных домов (особенно в американских фильмах). Если это условие не выполняется, то возможен застой воды в баке.
Другим важным параметром водонапорной вышки является объем рабочей емкости. Этот показатель определяется графиком расхода воды потребителями. Обычно размер емкости подбирают так, чтобы накопленной жидкости хватило для использования на протяжении дня. В таком случае насос будет включаться в работу только ночью, что снизит нагрузку на электросеть.
Особенности проектирования фундамента
Высота башни и объем бака прямым образом влияют на стоимость башни. Причем речь идет не столько о стоимости поддерживающей конструкции и резервуара, сколько о цене фундамента. Перед выбором типа и глубины заложения основания производится расчет не только на статическую нагрузку, но и на динамическую – во время наполнения бака могут возникнуть колебания, которые выведут конструкцию из равновесия.
Производится также расчет на устойчивость с учетом влияния ветровой нагрузки. Чем выше башня, тем сильнее она будет отклоняться от вертикальной плоскости при сильном и порывистом ветре. Раскачиваясь, башня начнет «беспокоить» воду, появятся волны, которые в несколько раз увеличат допустимое давление водонапорной башни на основания. В результате конструкция разрушится.
Поэтому при установке даже дачной конструкции не пренебрегайте помощью профессионалов. Потратив средства сейчас, вы сможете в будущем не беспокоиться о надежности и работоспособности своей водонапорной башни.
Внешний вид
Конструкция башни может быть выполнена из стали, кирпича или железобетона. В высоту строение может достигать нескольких десятков метров. В верхней части оно обязательно имеет емкость для воды. Чаще всего эта емкость бывает цилиндрической формы. Используемый объем резервуара зависит от мощности водопровода, обслуживающего его, и расхода воды в нем.
Например, для небольшого предприятия или деревни потребуется несколько кубических метров. В городах объем может возрастать в десятки и сотни раз.
Работа водонапорной башни зависит от:
В некоторых случаях для водонапорного резервуара не предусматривается опора. Емкость для хранения воды устанавливается на возвышенной местности. Обычно этот способ применяют в условиях гористого рельефа.
Чаще всего баки имеют округлую форму. Технологические и архитектурно-строительные соображения диктуют нормы соотношения высоты и диаметра резервуара. Бак не должен быть очень большим, ведь в этом случае увеличивается высота подъема воды. Кроме того, в системе возникают значительные колебания напора.
Внешний вид башни должен быть эстетичным и не выбиваться из общей композиции местности. Архитектурный ансамбль района при этом продолжает быть гармоничным. Довольно часто промышленные предприятия (если имеют две и более сети разного напора) устанавливают несколько баков на башне. При этом они располагаются на разной высоте. Размер всей конструкции определяет давление воды в водонапорной башне.
Чтобы проводить обслуживание сооружения, устанавливается наружная лестница с ограждениями. Если высота составляет более двенадцати метров, то комплектация также имеет дополнительную площадку с ограждениями.
Принцип работы водонапорной башни
Водонапорная башня является специальным сооружением, используемым в системах автономного водообеспечения частных домов, дачных поселков, промышленных предприятий и других объектов различного назначения.
Общий принцип водонапорной башни основан на создании естественного давления (напора) воды, поступающей в трубопровод системы водоснабжения из накопительной емкости, установленной на определенной высоте относительно водоразборных точек потребления. От высоты, на которой находится емкость, зависит мощность напора воды в трубопроводе — чем она выше располагается, тем больше давление в трубе. Максимальная высота водонапорных башен составляет, как правило, не более 35 метров.
Водонапорная башня выполняет следующие основные функции:
Устройство водонапорной башни отличается достаточной простотой и надежностью конструкции. Водонапорная башня включает в себя следующие элементы:
В зависимости от особенностей конструкции водонапорная башня может также иметь защитную оболочку (шатер), предохраняющую емкость с водой от замерзания и попадания внутрь осадков и различного мусора. Для периодического обслуживания в верхней части емкости устанавливается смотровой люк, доступ к которому обеспечивается с помощью лестницы, расположенной внутри или снаружи опорной колонны.
Автоматическое управление заполнением накопительной емкости водой осуществляется с помощью установленных внутри нее датчиков максимального и минимального уровня, по сигналу которых включается или выключается насосное оборудование, подающее воду в емкость.
Принцип работы водонапорной башни следующий:
Позвоните нам по телефонам, указанным в разделе контакты, и наши сотрудники составят для Вас проект водонапорной башни и рассчитают её стоимость с учётом монтажа.
Водонапорная башня
Что такое водонапорная башня?
Такие гидротехнические сооружения, как водонапорные башни выступают одним из составляющих централизованной системы подачи воды. Представленные конструкции служат для регулирования давления и подачи водного ресурса в водопроводную систему, а также для накопления резерва воды и урегулирования работы насосных установок. Основной функцией таких гидротехнических установок является накопление излишка воды, который не расходуется в период уменьшенного потребления, и снижение нагрузки на насосные установки для подачи воды при полноценной работе водопроводной сети. Производство башен наделено рядом определенных нюансов. Исходя из того, что монтаж накопительной емкости выполняется на определенной возвышенности, вся основа конструкции нуждается в максимальной прочности и надёжности. Данные условия связаны с тем, что помимо тяжести самой установки нужно выдержать и объем содержащейся внутри жидкости.
История возникновения водонапорных башен
Водонапорные баки – это неотъемлемые компоненты водонапорных башен. Производство водонапорных емкостей считается довольно древним изобретением. Поначалу они внешне достаточно отличались от нынешних водонапорных башен, однако принцип их работы был таким же. В процессе проведения археологических исследований, на территории постсоветского пространства, были найдены оставшиеся элементы водопроводов. Первая система водоснабжения была сконструирована в Кремле в 17 веке. Основной принцип водопровода состоял в том, что вода, при помощи специализированного оборудования на конном приводе, набиралась из естественного водного источника и под давлением заполняла сосуд, находившийся на верхушке башни. После чего по трубам подавалась в само строение. Среди гидротехнических сооружений весьма знаменитым изобретением является башня Рожновского. Конструкция была спроектирована в 1936г. инженером А.А. Рожновским. Базовыми преимуществами данного изделия выступали скорость проведения монтажных работ, отсутствие необходимости дополнительного утепления и подогрева, а также недорогая стоимость производства по сравнению с сооружениями из кирпича. На тот момент такие преимущества выступали большим технологическим прогрессом. Однако стоит отметить, что Рожновский был не единственным инженером, который спроектировал данное гидротехническое сооружение без дополнительного обогрева. Ранее, вероятность возведения не обогреваемых высотных сооружений, с целью экономии, была предложена П.И. Земсковым.
Изначально водонапорные башни возводились неподалеку от железнодорожного пути. Их основным предназначением было хранение резерва воды для паровозов. Позже конструкции начали использоваться в сельскохозяйственной отрасли, где оказались очень полезным изобретением. Обычно данное гидротехническое сооружение оказывалось одним из первых элементов в процессе возведения населенных пунктов либо промышленных объектов. Зачастую кирпичные либо каменные водонапорные башни являлись масштабной архитектурной композицией. Некоторые конструкции можно встретить и в современном мире. Некоторые уцелевшие башни до сих пор выполняют свои основные функции, а некоторые переделаны для других предназначений.
Экстерьер, предназначение и использование водонапорных башен
Базовой функцией данных сооружений является компенсация максимальных нагрузок при потреблении воды, резерв воды для тушения пожаров, использование водных ресурсов для полива. На сегодняшний день гидротехнические высотные установки продолжают эксплуатироваться для определенных потребностей. Экстерьер гидротехнических установок являет собой сооружение, произведенное из металла, кирпича или железобетона, до нескольких десятков метров в высоту. На верхушке конструкции располагается резервный бак для накопления и подачи воды.
Зачастую высота таких сооружений не превышает 30 м. Вместимость резервуара зависит от места расположения водонапорной башни. Для небольших систем водопровода объем резервуара составляет несколько десятков кубических метров, для городских водопроводных систем – до нескольких тысяч кубических метров. Опорные конструкции башен изготавливаются из железобетона, металлов либо кирпича. Сама резервная емкость выполняется из железобетона либо стали. Сооружение имеет простую конструкцию и укомплектовано резервной емкостью для воды, зачастую произведенной в форме цилиндра, опорным сооружением, трубопроводом, оборудованием для измерения уровня воды, а также переливными механизмами, которые предотвращают переполнение емкости.
Иногда, на возвышенностях устанавливают водонапорные баки, в таком случае функцию опорной конструкции для емкости выполняет рельеф. Число резервуаров и их вместимость также зависят от количества потребляемой воды и габаритов водопровода.
Однако от одной башни не всегда получается распределить подачу воды по всей черте города. В таком случае производят монтаж нескольких гидротехнических установок, для отдельных районов. Такая технология позволяет распределять водоснабжение в случае поломки одной из конструкций.
Работа водонапорной башни устроена следующим образом:
Зачастую такие конструкции используются для хранения резерва воды, предназначенного для тушения пожара. В таком случае башня Рожновского является отличным вариантом, так как предоставляется возможность использования водного ресурса без применения электронасосов. Основной функцией водонапорных башен является накопление запаса излишков воды и ее подача во время увеличенного водопотребления. В самой скважине расположены насосные установки, которые закачивают воду в емкость на верхушке конструкции. При полном наполнении бака до указанного уровня, датчик передает сигнал насосной станции на отключение. Включение и отключение насоса происходит автоматически. В процессе расходования воды из емкости ее уровень понижается, и при достижении указанной отметки срабатывает включение насоса для наполнения бака. Вследствие чего в водонапорной башне всегда присутствует запас воды.
Помимо вышеупомянутого, водонапорные башни также используются как наружный объект водоснабжения при ликвидации пожара:
Также эксплуатация конструкций допустима для заправки пожарной техники, когда необходимо произвести доставку воды к очагу возгорания, для его ликвидации. Технические характеристики водонапорных башен следует разобрать на примере башни Рожновского. Базовой идеей инженера было применение унифицированного набора конструктивных деталей водонапорной конструкции. Все элементы в основном произведены из металла. Такая особенность позволяла монтировать резервуар на месте, не тратя на это много времени. Самым большим преимуществом таких конструкций отмечалось то, что не требовался дополнительный обогрев башни, и автоматическая система управления. Первоначальным предназначением изобретения выступала заправка паровозов. Однако позднее башни стали востребованными объектами и в других сферах деятельности.
Башня произведенная по системе Рожновского укомплектована следующим оснащением:
Принцип работы водонапорных башен
Функционирование данной высотной конструкции основано на одном из законов гидростатики о сообщающихся сосудах. Благодаря насосной установке по трубам вода из скважины либо водоема набирается в емкость башни. Далее вода самотеком стекает по трубам в центральную водопроводную систему. Помимо этого также допустима заправка пожарной либо хозяйственной техники, при помощи соединительных патрубков. Запуск и выключение насоса происходит автоматически. В процессе расходования водного ресурса из резервного бака ее уровень падает, и при достижении указанной отметки срабатывает запуск помпы для наполнения бака. Вследствие чего в водонапорной башне постоянно присутствует запас воды.
Типы водонапорных башен
Существует немалое количество разновидностей таких сооружений. Основное различие напорных установок состоит в материале, который применяют для их возведения. Среди видов таких установок можно отметить следующие:
Эксплуатация и гидроизоляция сооружений при низких температурных режимах
Водонапорная башня, спроектированная по системе Рожновского, допустима к эксплуатации при разных температурных условиях. Однако следует отметить, что существует ряд условий, которые не допускают эксплуатацию данных сооружений. Среди таких условий можно выделить следующие:
При монтаже водонапорных башен Рожновского следует брать в расчет максимальные показатели минусовых температур воздуха. К примеру, на территориях где постоянно морозный климат монтаж и использование таких сооружений является недопустимым. Зачастую данные гидротехнические сооружения не нуждаются в дополнительном утеплении. Слой утепления обеспечивается естественным способом при образовании тепловой рубашки.
Техническое обслуживание водонапорных башен
Уход за конструкцией полностью возлагается на предприятие, эксплуатирующее данное сооружение. Что касается проведения плановых и аварийных ремонтных работ, это переходит под ответственность потребителя водного ресурса. Если в системе происходят какие-либо сбои или неточности необходима их своевременная ликвидация. Для этого из резервуара следует спустить оставшийся запас воды и переходить непосредственно к проведению ремонтных мероприятий. Выполнение всех установленных правил и требований, которые касаются эксплуатации водонапорных башен, а также надлежащий уход за сооружениями прямым образом влияют на длительность их эксплуатационного периода.