Что такое водонапорная башня и как она работает

Как работают водонапорные башни? Водонапорная башня Рожновского

Водонапорные башни являются техническими сооружениями, которыми человечество пользуется уже не одно столетие. В Средние века эти постройки противник старался уничтожить первыми. Это заставляло местную армию быстрее капитулировать, т. к. она оставалась без воды. Сегодня водонапорные башни по-прежнему актуальны.

Водонапорная башня – специальная конструкция, необходимая, чтобы отслеживать напор воды и ее расход, что позволяет наблюдать за тем, как формируются запасы в системе водоснабжения.

Обычно башня состоит из бака (резервуар для жидкости) и ствола, на котором закреплен бак.

История возникновения

Водонапорная башня была разработана инженером А.А. Рожновским в 1936 году. До этого момента в стране использовали подобные сооружения, построенные из кирпича. Рожновский же предложил очень выгодное решение проблемы накопления и хранения воды. При этом строение очень быстро монтируется – всего 2–4 дня. На его сооружение уходят минимальные затраты. Кроме того, отсутствует необходимость обязательного подогрева, выполняемого с целью предотвращения замерзания воды.

В 1942 году А.А. Рожновский был удостоен Сталинской награды за свое изобретение.

Но башни, не нуждающиеся в подогреве, разрабатывал не только А.А. Рожновский, но и П.И. Земсков. Последний пришел к выводу, что при возведении таких сооружений можно экономить значительные денежные средства.

Железная дорога в тот момент нуждалась в больших резервуарах, где можно было бы хранить запас воды, предназначенной для паровозов. До 1951 года водонапорные башни применяли только таким образом. Но после эти строения начали появляться и в сельском хозяйстве.

Назначение водонапорных башен

Основным предназначением этих сооружений является обеспечение постоянным и бесперебойным водоснабжением небольших населенных пунктов и предприятий, занимающихся легкой промышленностью. Башни приспособлены для хранения больших запасов воды. Кроме того, если вдруг останавливаются все насосы, предусмотрена подача жидкости под небольшим напором. Здесь же хранится противопожарный и резервный запас воды. Также эти конструкции необходимы в тех местах, где электричество подается с частыми перебоями, то есть стабильная работа электронасосов просто невозможна.

Водонапорная башня Рожновского зарекомендовала себя надежностью, долговечностью и простотой конструкции. Она незаменима при условии, что сооружение эксплуатируется правильно.

Конструкция

Конструкция водонапорных башен унифицирована. Отдельные экземпляры различаются только емкостью бака и высотой ствола-опоры. Объем резервуара лежит в диапазоне от 15 до 50 м 3 . Высота водонапорной башни может составлять 9–25 метров. Все зависит от рельефа местности, а также того, каковы потери напора в водопроводной сети и, конечно же, этажности обслуживаемых зданий. Все необходимые расчеты проводят еще при проектировании.

Однако водонапорные башни нельзя строить в тех районах, где случаются карстовые явления, а также в условиях вечной мерзлоты. Если температура воздуха опускается ниже -20°С, то следует проводить два раза в сутки водообмен.

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:

  • труб, продолженных для подачи и отвода воды;
  • переливных устройств, автоматически отключающих насосы, чтобы предотвратить переполнение емкости;
  • системы замера уровня воды, которая передает сигналы в диспетчерский пункт.

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.

Как работает водонапорная башня Рожновского?

Напорно-разводящий трубопровод обеспечивает подачу воды в башню. Если резервуар применяется для отбора проб воды и пожаротушения, то трубопровод оснащается стояком с двумя закрытыми вентилями.

Насосная станция забирает грунтовые воды в водонапорную башню. В процессе закачки происходит фильтрация и дезинфекция воды. Из резервуара она подается по водопроводу в жилые дома.

Очень важно правильно определить высоту водонапорной башни. Резервуар должен располагаться выше последнего этажа здания. Это способствует нормальной подаче воды.

Работа насосной станции

Работа насосной станции постоянно остается интенсивной. Вода должна поступать в емкость башни и накапливаться там, пока ее потребление уменьшено. Когда же возникает потребность в большем количестве воды, накопленный водный запас начинает использоваться.

Воду подает насос. В тот момент, когда уровень жидкости в резервуаре достигает верхней допустимой отметки, срабатывает специальный датчик, и отключается насос. Так как потребление воды непрерывно, то ее уровень в емкости понижается по достижении нижнего допустимого предела. И здесь снова подается сигнал насосу о необходимости включения. Резервуар снова наполняется. По мере потребления жидкости давление в водонапорной башне понижается, что заставляет насос снова работать.

Технология обслуживания

Организация, которая эксплуатирует водонапорную башню, должна выполнять ее техническое обслуживание. В случае возникновения неисправности в системе в первую очередь необходимо слить воду, хранящуюся в резервуаре. Только после этой процедуры можно приступать к ликвидации неисправности.

Соблюдение всех необходимых технических требований по эксплуатации влияет на то, сколько прослужит водонапорная башня, и как часто будут возникать неполадки.

Комплектация установки

Каждый год количество пожаров возрастает.

Именно поэтому спрос на водонапорные башни, имеющие нестандартный размер или необычную конструкцию, постоянно растет. Такие требования возникают при подготовке запасов воды, которые понадобятся при тушении лесных пожаров.

Чаще всего водонапорные башни в комплектации имеют:

  • лестницу с ограждением;
  • отводящую трубу;
  • подающую трубу;
  • петли для подъема и установки башни;
  • внутреннюю лестницу;
  • верхний и нижний смотровые люки;
  • скобы-льдоудержатели;
  • 4 растяжки, имеющие толщину 12 мм.

Как используются водонапорные башни при низких температурах

Башни, созданные А.А. Рожновским, сегодня применяются в самых разных климатических условиях, в том числе и в условиях низкой температуры. Но даже эти конструкции имеют ограничения, что не дает возможности использовать их в следующих условиях:

  • в зимний период расчетная температура не должна быть ниже -35°С;
  • приемлемой массой снегового покрова является 100 кгс/м и менее;
  • возможное давление ветра – 38 кгс/м и менее;
  • отсутствуют грунтовые воды;
  • допускаемой сейсмической активностью в районе может быть 6 баллов и ниже;
  • грунты должны быть не пучинистые, не просадочные, т. е. однородные.

Решающую роль во время установки водонапорной башни Рожновского играет учет пределов минусовой температуры. К примеру, процесс установки и эксплуатации конструкции невозможен в условиях вечной мерзлоты или в зоне развития карстового процесса.

В большинстве случаев водонапорную башню нет необходимости утеплять специальными средствами. Обычно происходит естественное образование тепловой «рубашки».

Если вода используется в штатном режиме, то она просто-напросто не успеет замерзнуть. В случае если она применяется реже, то на резервуар можно установить дополнительный «шатер» из дерева, который замедлит процесс замерзания. Когда водонапорная башня используется в полевых условиях, то перед зимой воду следует слить, чтобы предотвратить ее замерзание.

При подготовленной площадке монтаж конструкции в большинстве случаев занимает не более трех дней. Основой служит железобетонный монолитный фундамент, предусматривающий закладные детали. К ним приваривается днище опоры. Далее нижняя часть обсыпается грунтом, высота которого должна составлять не менее 2,5 метра. Этот грунт следует возобновлять через 3–4 года. Он нужен для предотвращения коррозии, что существенно продлит срок эксплуатации.

Кроме того, через каждые 3–4 года, а также при регулярном использовании, следует обновлять покрытие и внутренние поверхности.

Следует помнить, что если предприятие решило установить такую конструкцию, как водонапорная башня, цена будет зависеть главным образом от объема резервуара и высоты опоры.

Водонапорная башня Рожновского: Определение, назначение, устройство и ГОСТ

Содержание статьи:

  1. История водонапорной башни
  2. Элементы водонапорной башни
  3. Характеристики водонапорной башни
  4. Выбор и особенности фундамента
  5. Схема работы
  6. Область применения
  7. Обслуживание ВБР
  8. ГОСТ
  9. Вопросы и ответы

Фото водонапорной башни

Водонапорная башня, названная в честь советского инженера Рожновского, представляет собой гидротехническое сооружение, благодаря которому создается запасной объем воды в период наименьшего ее потребления и транспортировка по сетям водоснабжения под необходимым давлением, когда водопотребление увеличивается.

История водонапорных башен

Подобные конструкции применялись для подачи воды в сети водопровода давно. Водонапорные башни строились из кирпича, камня, требовали длительного срока возведения и тщательного утепления емкости с водой.

В 1936 году А. А. Рожновский создал конструкцию водонапорной башни из металла. Смысл состоит в использовании металлических деталей заводского изготовления, из которых собиралось гидротехническое сооружение. Монтаж осуществляется на строительной площадке за короткое время, в отличие от традиционных конструкций, строительство которых длилось более 6 месяцев.

Конструкция Рожновского не требовала устройства обогревающей системы, для которой использовалось дизельное топливо, что в предвоенное время и во время войны значило многое.

Кроме этого инженер создал не просто технологию упрощенной сборки деталей, но еще и разработал схему автоматического управления работой гидротехнического сооружения. Изначально конструкция предназначалась для использования на железнодорожных станциях, где паровозы заправлялись водой.

Работа инженера оценена в 1942 году. Рожновскому вручили Сталинскую премию «За изобретение ускорителя набора воды в паровозы», как гласит Постановление Совнаркома СССР от 10.04.1942г.

Но еще раньше Рожновского устройством водонапорных башен интересовался русский инженер Земсков П. И., работавший на строительстве Томской водопроводной системы. В 1906 году Земсков начал исследовать проблемы эксплуатации водонапорных построек на железной дороге. Земсков первым придумал, как модернизировать гидротехническое сооружение, чтобы не утеплять водонапорную башню на зиму. В 1924 году Земсков П. И, написал труд, где подробно описал техническое устройство водонапорного сооружения на основании исследований и расчетов.

Старая водонапорная башня

Элементы водонапорной башни Рожновского

В состав гидротехнического сооружения входят:

  1. опорная часть (ствол башни)
  2. резервуар для воды
  3. наружные и внутренние лестницы или скобы с боковым ограждением
  4. смотровой люк, находящийся на крышке резервуара
  5. трубопровод, подающий и отводящий воду
  6. переливное устройство, предотвращающее переполнение бака водой
  7. приборы, контролирующие уровень воды в баке и передающие информацию дежурному диспетчеру
  8. насосная станция

Резервуар

На водонапорной башне, используемой для водопроводных сетей малой протяженности, объем резервуара цилиндрической или прямоугольной формы варьируется в пределах нескольких десятков кубических метров.

Для водопроводной сети города или промышленного предприятия объемы резервуаров варьируются от ста до двухсот тысяч кубометров воды. Выбор величины бака зависит от объема предполагаемого потребления воды.

Водонапорные башни, изготовленные по типовому проекту, имеют резервуары объемом:

  1. 15 кубических метров
  2. 25 куб/метров
  3. 50 и 160 кубометров

В отдельных случаях на опоре возможен вариант установки двух резервуаров, расположенных по отношению друг к другу на различной высоте. Такие варианты используются, когда башня обслуживает водонапорные сети с разным напором воды в каждой.

Читайте также:  Что из себя представляет таблетированная соль для водоочистки и как ее применять

Опора

БР монтируется на опоре, выполненной из прочного металла или железобетона. Максимальная высота водонапорной башни редко превышает 30 метров. Если сооружение располагается в городской черте, его размер по вертикали должен соответствовать высоте рядом стоящих зданий и органично вписываться в архитектуру окружающего ландшафта.

  1. Объема резервуара
  2. Количества этажей в зданиях, куда подается вода

Баки с вместимостью воды в пределах 5 – 50 кубических метров, устанавливаются на опорные конструкции, от высоты которых зависит давление воды в водопроводной системе. Слишком высокая опора для бака потребует лишнего расхода энергии при работе насосов, поднимающих воду на определенную 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.

Водопровод

Водопровод БР состоит из– подающей и отводящей магистрали. Некоторые башни оборудуют совмещенным подводяще-отводящим трубопроводом. Через подающую трубу вода наполняет резервуар. Отводящая магистраль предназначена для подачи воды в водопроводную сеть.

Вентиляционный люк

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.

Насосная станция

Насосная станция предназначена для поднятия воды в резервуар из скважины или природного водоема и располагается на удалении от водонапорной башни. Станция накачивает воду в резервуар до тех пор, пока не поступит сигнал от датчика, установленного внутри бака. По мере расходования накопленной воды, ее уровень понижается. При достижении минимального значения срабатывает датчик и включает станцию на закачку воды.

В состав станции могут входить несколько насосов, осуществляющих постоянный забор воды при самом низком уровне подземных вод, щит управления и дизельный генератор, обеспечивающий бесперебойную работу станции при отсутствии централизованного электроснабжения. Если вода поступает в башню из открытого водоема, насосная станция строится на его берегу, выше уровня воды не менее чем на полметра.

Характеристики водонапорной башни из металла

Конфигурации водонапорной башни

Наименование10 м 315 м 325 м 350 м 3160 м 3
Объем бака:10 куб. метров15 куб. метров25 куб. метров50 куб. метров160 куб. метров
Диаметр бака, мм:24003020302030203020
Общая высота, м11,5 м15,5 м21,5 м26,6 м26 м
Масса, кг2500310055001200026600

Фундамент

Фундамент для водонапорной башни выполняют из монолитного железобетона. Особые условия к возведению фундамента предъявляются, когда башня строится на промерзающих, слабых грунтах или в зонах с сейсмичностью не выше 6 баллов. На грунтах, где имеются карстовые образования, вечная мерзлота или имеется высокий уровень сейсмичности, строить водонапорные башни не разрешается.

Схема работы автоматики водонапорной башни

Принцип работы водонапорной башни

Механический принцип работы БР основан на гидростатическом равновесии. Жидкость своей тяжестью давит на ту, что находится в трубопроводе, заставляя ее двигаться, пока давление в резервуаре и трубах не станет одинаковым. Электронасосы позволяют наполнять резервуар водой и подавать ее по вертикальным и горизонтальным трубопроводам на значительные расстояния.

Когда емкость наполнена, электрооборудование перестает работать. В часы пик увеличивается водоразбор, насосная станция не справляется со своими функциями. Тогда срабатывает специальный клапан и в сеть водоснабжения подается резервный объем жидкости, пока станция не накачает необходимый объем.

Использование автонасоса аналогично взаимодействию гидротехнического сооружения с насосной станцией. Просто насос имеет небольшой размер, как и накопительный бак.

Назначение водонапорной башни

Водонапорные башни нужны для:

  1. В сельском хозяйстве для водоснабжения животноводческих ферм, полива земель
  2. В жилищной сфере для создания сети холодного водоснабжения в небольших поселках
  3. Снабжение промышленных предприятий водой, если того требует технологический процесс

Водонапорная башня внутри

Обслуживание башен Рожновского

Срок службы БР – 30 лет при соблюдении правил эксплуатации, которые предписывают проводить техническое обслуживание сооружения раз в 3-4 года:

  1. покраска
  2. удаление ржавчины внутри бака с последующей промывкой и дезинфекцией
  3. ликвидация трещин и течи
  4. замена первого металлического кольца
  5. уход за железнобетонным основанием

При обнаружении крена башни или протекании сварных швов эксплуатация башни прекращается, воду сливают и устраняют неполадки. Если гидротехническое сооружение эксплуатируется в сильный мороз (при – 35°C и ниже), требуется выполнить теплоизоляцию бака с электроподогревом..

Унифицированные железные башни Рожновского изготавливаются на основе ТП 901-5-29, утвержденного проектными организациями Советского Союза в семидесятых годах прошлого столетия. Согласно этому проекту башня содержит накопительный бак с объемом воды не более 50 кубометров. Высота опор не превышает 18 метров. Диаметр бака постоянный (3020 мм) и не зависит от объема.

Вопросы и ответы по водонапорным башням

Как узнать давление в водонапорной башне?

Для начала, Вам необходимо определить высоту подъема воды, использую формулу h=n*hэ, где n – число этажей в здании, а he – высота этажа.

Далее воспользуемся формулой Паскаля для определения давления на уровне Земли. P=ρ*g*H, где ρ – плотность воды, g – ускорение свободного падения тела, поднятого над землей, а H – высота водонапорной башни.

Применив эти две несложные формулы можно узнать какое давление в водонапорной башне на определенном этаже здания.

Из каких материалов делают водонапорные башни?

До 1936 года материалом для строительства водонапорных башен были: дерево, после кирпич. Сейчас водонапорные башни делают исключительно из металла.

Какой диаметр у водонапорной башни?

Диаметр опоры ВБР от 1 до 3 метров, а диаметр бака до 3 метров.

По каким нормам изготавливают водонапорные башни?

Водонапорные башни изготавливаются в соответствии с СНиП №2.09.03-85

Зачем нужна водонапорная башня?

Водонапорная башня используется для обеспечения водоснабжением ближайших зданий

Какая толщина металла у водонапорной башни?

Толщина ствола и купола одинакова, от 4 до 5 мм.

Чем заделать водонапорную башню?

Если свищ не большой, то на первое время можно вставить чопик. В любом случае не откладывайте ремонт, так как последствия обойдутся Вам в “копеечку”.

Чем утеплить водонапорную башню?

Для предотвращения замерзания воды применяется утепление следующими материалами: минераловатная плита, листовая оцинкованная сталь, герметик (для швов).

Что такое водонапорная башня и как она работает

Все о изделиях из бетона и гипса

Что представляет из себя водонапорная башня рожновского

Водонапорные башни рожновского — это современные сооружения, которые производятся уже много десятков лет. Сегодня портал Beton-Area.com сообщит их технические характеристики и предложит еще множество интересной информации, которая касается установки и монтажа подобных сооружений.

Область применения и назначение ВБР

Прежде чем начать рассказ о технических характеристиках этого материала, нужно сообщить то, что в далекие времена во время войн, противник в первую очередь старался уничтожить водонапорную башню для того, чтобы оставить своего соперника без главного жизненного ресурса — воды. В современном мире водонапорные башни также имеют большую популярность. В настоящее время подобные конструкции в основном возводят в различных в сельских местностях.

Специальные водонапорные башни Рожновского в основном создают для бесперебойного водоснабжения небольших сельских местностей. Подобные башни используются также для хранения больших запасов воды для ее расходования в часы повышенного потребления. Такие устройства используют также для противопожарных запасов воды. Что касается пополнения запасов воды, то запасы воды пополняются в башне тогда, когда подача воды превышает ее потребление.

Средь большого количества подобных башен очень хорошо зарекомендовала себя башня Рожновского. При правильной эксплуатации такая конструкция отличается надежностью и долговечностью. Также такие сооружения характеризуются простой конструкцией.

Уделите внимание прочтению статьи: Как выбрать умягчители воды

Ну а теперь пришло время поговорить об основных технических характеристиках таких сооружений. Итак, водонапорная башня Рожновского имеет унифицированную конструкцию. Также такие строения могут различаться емкостью бака и высотой самой опоры. Объем емкости резервуара может быть разнообразным. Он может варьироваться от 15 до 50 куб. метров. Высоту при этом он может иметь 9 или 25 метров. Однако высота водонапорной башни зависит от рельефа местности, на которой она установлена.

Башни Рожновского устанавливают в районах где наблюдаются приемлемые температуры для нормального функционирования этого агрегата. При этом в районах вечной мерзлоты такие установки не ствят.

Принцип работы водонапорной башни

Каждая конструкция водонапорной башни оснащена погружным насосом. Этот насос опускают в скважину для того, чтобы он подавал воду в водонапорную башню. Когда вода поднимется до верхней отметки в водонапорной башне, то датчик уровня даст команду насосу для того, чтобы он отключился. Включением и отключением насоса руководит простая автоматика, которую разместили на павильоне. По мере того как вода разбирается из башни по магистрали, уровень поверхности снижается и если вода достигает отметку, то датчик уровня дает команду для того, чтобы включить насос. Если посмотреть на такой принцип работы, то можно понять, что в башне находится определенный запас воды, который определятся от нулевой отметки до соответствующего уровня.

Стоит сказать, что водонапорная башня рожновского изготавливается на специальных предприятиях, где используют типовой проект. Также водонапорная башня рожновского производится если использовать специальные чертежи.

Как производится монтаж ВБР и как установку подготавливают к работе

  • Итак, обычно все работы по сборке и наладке работы башен Рожновского выполняет строительно-монтажная организация, которая при этом обладает допуском для того, чтобы выполнять специальные работы.
  • Конструкцию водонапорной башни всегда собирают в горизонтальном положении на земле.
  • А для того чтобы поднять башню в вертикальное положение используют мощные грузоподъемные краны.
  • Башню Рожновского устанавливают на заранее приготовленный фундамент. А правильность установки проверяют специальными геодезическими приборами.
  • Днище приваривают к конструкции только лишь после того, как важные проверки по поводу вертикальности башни будут завершены.
  • После того как все работы по установке будут окончены башню проверяют на работоспособность.
  • После того как закончатся испытательные гидравлические работы, специальные мастера приступают к монтажу устройства силовой изоляции.

Водонапорная башня Рожновского и ее техническое облуживание

Контролировать водонапорную башню после ее установки будет то предприятие, которое следит за ее эксплуатацией. Для того чтобы башня нормально функционировала ее регулярно осматривают. В случае если на поверхности конструкции будут обнаружены дефекты или башня отклониться от нормального состояния, то ее эксплуатацию прекращают. После чего с башни сливают воду и устраняют все появившиеся дефекты. Как только дефекты будут устранены, башню снова осматривают специалисты, которые дают разрешение на дальнейшую эксплуатацию.

В общем, если соблюдать все важные правила по эксплуатации башни, то можно добиться длительного срока работы этой конструкции.

Хранение и транспортировка ВБР

Все элементы конструкции могут транспортироваться:

  1. водным транспортом,
  2. автомобильным транспортом,
  3. железнодорожным транспортом.
  • Если планируется транспортировка водонапорной башни автомобильным транспортом, то маршрут транспортировки необходимо заранее согласовать с сотрудниками ГИБДД.
  • Элементы подобной конструкции перевозят обычно в горизонтальном положении. Для этой цели используют специальные длинные прицепы или лесовозы.
  • Для качественной перевозки элементов ВБР стоит использовать клинья или тросы, которыми закрепляют всю конструкцию или ее отдельные элементы. Разгрузку элементов башни обычно проводят с помощью крана.
  • Скатывать и сбрасывать детали башни с прицепа для транспортировки, вообще, нельзя.
  • Если конструкция башни еще не собрана, то все ее составляющие рекомендуется хранить на ровных и открытых площадках, которые имеют небольшой уклон для ската воды.
  • Элементы ВБР нужно обязательно хранить в горизонтальном положении на специальных деревянных прокладках, которые будут предохранять элементы конструкции от контакта с земляной поверхностью.
  • Если в момент транспортировки был нарушен лакокрасочный слой конструкции, то перед ее установкой нужно провести антикоррозийную обработку всех проблемных мест.
Читайте также:  Как выбрать саморегулирующий кабель для обогрева водопроводной трубы

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

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 8.13130.2009, 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:

  • Возможность забора воды из любого источника – от реки, ручья до артезианской скважины.
  • Установка насоса не очень большой мощности для подъема воды в бак башни на высоту 10-20 м.
  • Самотечная подача воды на питьевые, технические или хозяйственные нужды под естественным напором.
  • Постоянное пополнение запаса воды, используемой для повышения напора в локальной сети водоснабжения поселка, железнодорожной станции, промышленного производства.
  • Использование в критических ситуациях, в том числе при тушении пожара.
  • Простейшая автоматика включения заполнения бака, пуска воды.

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:

  • Заполнения ее бака водой из ближайшего источника, включая подземные водоносные пласты, с помощью насоса/насосной станции.
  • Хранения запаса воды.
  • Подачи ее под собственным напором в автономную систему водоснабжения на нужды населенного пункта, производственного, сельскохозяйственного объекта.

Вторая функция водонапорной башни, как искусственного источника наружного противопожарного водоснабжения, указана в пункте 4.1 СП 8.13130.2009:

  • Для защиты поселений, где жителей меньше 5 тыс.
  • Отдельных строительных объектов за их чертой, не обеспеченных наружным водоснабжением.
  • Объектов любого назначения, с расходом воды на тушение не выше 10 л/с.
  • Зданий малоэтажной застройки площадью, не превышающей нормативную для пожарного отсека по их степени стойкости огню.

Кроме того, водонапорные башни используются в качестве дополнительного источника для заправки пожарных автомашин, когда организовывается подвоз воды к месту пожара. Для этого:

  • Снаружи башни на отводящем, подводящем трубопроводе врезают патрубок с соединительной головкой для подключения, заправки пожарной автотехники.
  • У водонапорной башни, а также по направлению подъезда к ней, так же как для пожарных гидрантов, водоемов, должны устанавливаться указатели расстояния до них, с использованием светоотражающих материалов.
Читайте также:  Обзор вибрационных насосов для скважин

Видов водонапорных башен несколько, зависящих в основном от материала, использованного для постройки:

  • Каменные, кирпичные, редко эксплуатируемые, чаще используемые под размещение музеев, смотровых площадок, предприятий общепита.
  • Из железобетонных конструкций, в основном строившиеся в СССР.
  • Водонапорные баки, смонтированные на ажурных металлических опорах, созданные по проектам инженера В. Г. Шухова.
  • Водонапорные цилиндрические баки, установленные на стальном рамном каркасе произвольной конструкции.
  • Стальные баки переменного сечения системы инженера А. А. Рожновского, напоминающие по форме гранату с ручкой.
  • Цилиндрические резервуары различных размеров, вплоть до железнодорожных цистерн, установленные на железобетонные, стальные конструкции оснований. Чаще всего это водонапорные баки в составе систем летнего водопровода дачных поселков.

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:

  • Фундаментное основание, выполняемое из готовых строительных блоков или заливкой монолитной плиты.
  • Ствол башни, являющийся ее опорной частью, высота которого составляет до 30 м.
  • Бак, имеющий типовой размер емкостью 15, 25, 50 или 160 м 3 , служащий для сбора/расхода воды.
  • Стальные трубопроводы для заполнения, отвода воды из бака, откуда она под собственным напором, создавая давление, поступает к потребителям.
  • Наружная/внутренняя лестница или скобы для обслуживания.
  • Смотровой люк в крыше водонапорного бака.
  • Насос, источником воды для которого чаще всего служит подземная скважина или водоем.
  • Система автоматики – контактные датчики верхнего, нижнего уровней воды в баке, реле включения/отключения электропитания насосов.
  • Аварийное устройство перелива воды на случай отказа автоматики.

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 8.13130.2009 к техническим параметрам, устройству водонапорных башен предъявляются следующие требования:

  • Расчетный объем воды в баке должен обеспечить наружное и внутреннее тушение пожара в обслуживаемом здании в течение 10 мин, с учетом максимального расхода на другие нужды.
  • Размещение бака по высоте установки должно производиться на основании гидравлического расчета системы водоснабжения.
  • Если водонапорная башня не входит в зону имеющейся молниезащиты обслуживаемого объекта, то требуется оборудование собственных устройств защиты от разряда атмосферного электричества.
  • Автоматика должна обеспечивать контроль уровня неприкосновенного объема воды для целей пожаротушения, а также уровень, обеспечивающий работу насосов в безаварийном режиме.
  • Степень стойкости к огню водонапорной башни должна быть не ниже II-ой.
  • Для изготовления опорных стволов башен допустимо использовать стальные конструкции или местные негорючие материалы и вещества, а для баков – только сталь.
  • В районах с жестким климатом допустим подогрев воды в баке при помощи паровых, водяных, электрических нагревательных устройств, греющих кабелей.

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:

  • С помощью насоса по подающему трубопроводу происходит забор воды из подземной скважины, реки, озера в накопительный бак, смонтированный наверху башни.
  • Под собственным напором, обусловленным высотой размещения бака, вода самотеком движется по подающему трубопроводу в автономную/локальную систему снабжения ее потребителей – жилых домов, промышленных, сельскохозяйственных производств. Имеется также возможность с помощью соединительных патрубков с вентилями непосредственной заправки сельскохозяйственной, поливочной, пожарной автотехники.
  • При небольшом разборе воды напорный бак постепенно заполняется, и при достижении максимального уровня автоматика по сигналу электроконтактного датчика отключает подачу электропитания на насос.
  • При понижении уровня до минимально установленного значения происходит включение насоса.

Простота конструкции, режима работы башни по-прежнему оставляет ее востребованным гидротехническим оборудованием за городской чертой, вне зоны действия централизованных сетей водоснабжения.

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.

Ссылка на основную публикацию