Лекция 6. Водонапорные и регулирующие емкости

Водонапорные и регулирующие емкости, используемые в системах водоснабжения, классифицируют по следующим основным признакам:

– по функциональному признаку: регулирующие, запасные, запасно-регулирующие;

– по конструктивному выполнению: водонапорные башни – требуемый напор обеспечивается установкой резервуара на поддерживающей конструкции необходимой высоты над поверхностью земли; напорные резервуары – напор обеспечивается установкой резервуара на соответствующей возвышенной отметке местности; пневматические установки – требуемый напор обеспечивается давлением сжатого воздуха на поверхность воды в герметических резервуарах.

Регулирующие емкости обеспечивают более равномерную работу насосных станций II подъема, запасные способствуют обеспечению бесперебойной работы систем водоснабжения. Запасные и регулирующие емкости применяют следующих видов: резервуары, водонапорные башни, баки пневматических установок и открытые водоемы.

Типы водонапорных башен и их оборудование

Водонапорная башня (рис. 6.1) состоит из двух основных элементов – резервуара и поддерживающей конструкции.

Рис. 6.1. Водонапорная железобетонная башня с железобетонным баком:

1 – переливная труба; 2 – железобетонный бак; 3 – шатер; 4 – железобетонный стакан; 5 – подвал; 6 – подающе-разводящая труба

Резервуары и поддерживающие конструкции башни следует проектировать железобетонными. В отдельных случаях допускается применять местные строительные материалы (кирпич и древесину) для выполнения поддерживающих конструкций, а для резервуаров – металл.

Металлические баки обладают рядом достоинств – заводское изготовление деталей или всего бака и быстрый монтаж. Однако ввиду большого расхода металла и коррозии их разрешается применять только в сейсмических районах.

Железобетонные резервуары, как правило, имеют цилиндрическую форму с плоским или иной формы днищем. Отношение высоты бака к его диаметру принимается от 0,5 до 1,2.

Большая высота башни нежелательна, так как вызывает увеличение высоты подъема воды, повышение напора и большое колебание его в системе.

Наибольшее распространение получили баки из предварительно напряженного железобетона с плоским днищем, так как применение сферических днищ хотя и дает экономию материала, но усложняет и удорожает строительные работы.

В зависимости от климатических условий вокруг бака башни может быть устроен утепляющий шатер.

В системах хозяйственно-питьевого водопровода резервуары для предохранения их от засорения и загрязнения должны быть перекрыты. Для вентиляции бака предусматривается вентиляционная труба, закрытая сеткой с фильтром. Резервуар башни опирается на поддерживающую конструкцию. Наибольшее распространение получили поддерживающие конструкции в виде железобетонного цилиндрического стакана, который выполняется в подвижной опалубке.

Для ограничения поступления воды в бак водонапорной башни устанавливают автоматическую аппаратуру сигнализации уровня воды в баке или поплавковые запорные клапаны.

Определение вместимости бака водонапорной башни

Объем бака водонапорной башни Vб определяют по формуле

где V – объем регулирующей емкости; Vп – противопожарный запас воды.

Регулирующую емкость бака определяют с помощью совмещенных графиков или таблиц водопотребления и подачи воды насосами в систему водоснабжения.

На рис. 6.2, а приведен совмещенный ступенчатый график водопотребления (сплошная линия) и подачи воды насосами в сеть (пунктирная линия).

Для обеспечения минимальной вместимости бака график подачи воды насосами стремятся максимально приблизить к графику водопотребления. Однако частое включение и выключение насосов усложняет эксплуатацию насосной станции и отрицательно сказывается на электрической аппаратуре управления насосными агрегатами, поэтому обычно назначают двух- или трехступенчатый режим работы насосной станции. На приведенном графике показан двухступенчатый режим работы: одна ступень с подачей 2,5%, вторая – 4,5% суточного водопотребления.

Рис. 6.2. Графики водопотребления и подачи воды насосами:

а – ступенчатый; б – интегральный; 1 – график водопотребления; 2 – график водоподачи

Вычисление вместимости бака (в %) удобно вести, располагая все вычисления в таблице (табл. 6.1).

Таблица 6.1

Вычисление вместимости бака водонапорной башни

Часовые промежутки	Расход волы в городе	Подача воды насосами	Поступление воды в бак	Расход воды из бака	Остаток воды в баке
1	2	3	4	5	6
0...1	3,1	2,5		0,6	-0,6
1...2	3,0	2,5		0,5	-1,1
2...3	3,0	2,5	-	0,5	-1,6
3...4	2,9	2,5		0,4	-2,0
4...5	3,2	4,5	1,3		-0,7
5...6	3,4	4,5	и		+0,4
6...7	4,4	4,5	0,1		+0,5
7...8	5,4	4,5		0,9	-1,4
8...9	4,9	4,5		0,4	-1,8
9...10	4,7	4,5	-	0,2	-2,0
10...11	4,6	4,5	-	0,1	-2,1
11...12	4,4	4,5	0,1		-2,0
12...13	4,3	4,5	0,2		-1,8
13...14	4,3	4,5	0,2	-	-1,6
14...15	4,5	4,5	-	-	-1,6
15-16	4,8	4,5		0,3	-1,9
16...17	4,4	4,5	0,1		-1,8
17...18	4,3	4,5	0,2	–	-1,6
18...19	5,0	4,5	-	0,5	-2,1
19-20	4,8	4,5		0,3	-2,4
20-21	4,6	4,5		0,1	-2,5
21-22	4,8	4,5	-	0,3	-2,8
22-23	3,4	4,5	U	-	-1,7
23-24	3,8	4,5	0,7		-1,0
	100%	100%

Графы 2 и 3 заполняют по данным ординат графика рис. 6.2, а; графа 4 – количество воды, поступающей в бак, равное разности ординат подачи воды и потребления ее, т.е. разности чисел граф 3 и 2; графа 5 – количество воды, вытекающей из бака, равное разности ординат потребления воды и подачи ее насосами, т.е. разности чисел граф 2 и 3; графа 6 – остаток воды в баке, который определяется алгебраической суммой чисел граф 4 (знак "+") и 5 (знак "-"). Регулирующая вместимость бака будет равна сумме абсолютных значений наибольшей положительной и наибольшей отрицательной величины графы 6.

В рассмотренном примере регулирующая емкость бака башни получалась равной |0,5| + |-2,8| = 3,3%.

Графическим способом можно определить регулирующий объем бака по интегральным графикам водопотребления (кривая 1) и водоподачи (кривая 2, рис. 6.2, б).

По оси абсцисс откладывают промежутки времени, а по оси ординат – количество воды. Числовые значения ординат интегрального графика водопотребления получают суммированием количества воды, потребленной или подаваемой от начала суток до конца каждого рассматриваемого промежутка времени суток. При равномерной (одноступенчатой) работе насосной станции интегральный график будет представлен в виде прямой линии, соединяющей начало координат с точкой А, соответствующей 100% суточного водопотребления.

Регулирующую вместимость бака определяют как сумму абсолютных величин максимальной положительной (+6%) и максимальной отрицательной (-1,42%) разности ординат кривых подачи и потребления, т.е. она равна 6 +|–1,42| = 7,42%.

Противопожарный объем принимают:

– для промышленных предприятий – на 10-минутную продолжительность тушения пожара внутренними пожарными кранами, а также спринклерными и дренчерными установками (при ручном включении насосов) при одновременном наибольшем расходе воды на другие нужды;

– для населенных пунктов – на 10-минутную продолжительность тушения одного внутреннего и одного наружного пожаров при одновременном наибольшем расходе воды на другие нужды.