15.2. Напорно-регулирующие сооружения

К напорно-регулирующим сооружениям относятся водонапорные башни, высоко расположенные наземные напорные резервуары, а также воздушно-водяные (гидропневматические) котлы. Эти сооружения располагаются на высоких отметках местности в непосредственной близости к распределительной сети населенного пункта.

Напорные сооружения (башня, резервуар) имеют высоко расположенную емкость, благодаря которой создается необходимый напор в водопроводной сети. В гидропневматических установках заданный напор в сети поддерживается в результате давления сжатого воздуха на свободную поверхность воды в воздушно-водяном баке (котле). Помимо регулирования, башни и резервуары, имея свободный уровень воды, выравнивают напор в сети; изменения напора центробежных насосов не передаются в сеть.

15.2.1. Расчет водонапорной башни

Водонапорная башня (рис. 15.4) предназначена для хранения регулирующего и противопожарного запасов воды, а также для создания и поддержания в сети необходимых напоров.

Рис. 15.4. Схема водонапорной башни:1 - фундамент и подвальное помещение; 2 - подающе-отводящая труба; 3 - лестницы; 4 - сальниковые компенсаторы; 5 - труба на противопожарные нужды; 6 - труба для забора воды из бака на хозяйственно-питьевые нужды; 7 - бак; 8 - шатер; 9 - переливная труба; 10 - грязевая труба; 11 - сбросная труба; 12 - опорная конструкция (ствол); 13 - гидравлический затвор.

Высота водонапорной башни может быть определена по пьезометрическому графику как разность отметок пьезометрического напора и геодезической высоты в месте установки водонапорной башни или рассчитана по формуле:

где Z_дт - отметка поверхности земли в диктующей точке, м; Z_вб - то же у водонапорной башни, м; Н_св - свободный напор в диктующей точке, зависящий от этажности застройки, м; ∑h_дт-вб - суммарные потери напора на участке от башни до диктующей точки, м.

Объем бака водонапорной башни складывается из регулирующего объема воды и десятиминутного запаса ее на случай тушения пожара:

где W_б - регулирующий объем воды в баке, м³; W_пож - противопожарный запас воды, м³.

Регулирующий объем воды в баке удобно определять в табличной форме с учетом графика водопотребления населенного пункта и графика работы насосов второго подъема по часам суток. При этом необходимо пользоваться следующими рекомендациями:

89

• - в час максимального недопотребления подача воды из бака рекомендуется в количествах не более 10-15% от суммарного расхода воды по объекту водоснабжения в этот час;
• - поступление в бак при транзите в него воды рекомендуется в количествах не более 20-25% от расхода воды в сети в часы транзита;
• - регулирующий объем бака водонапорной башни не должен быть более 2-5% от суточного расхода;
• - оптимальное число рабочих насосных агрегатов станции второго подъема обычно находится в пределах от 2 до 4;
• - при подборе насосов следует учитывать снижение их общей водоподачи за счет параллельности их работы.

При автоматизации работы насосов, подающих воду в башню, регулирующий объем воды в баке определяют по формуле

где Q_н - средняя подача насосов в период между включением и отключением, м³/ч; п - количество включений насоса в час, можно принимать п = 5-6.

При отсутствии графиков и таблиц поступления и отбора воды регулирующий объем определяется по формуле (15.3).

Неприкосновенный противопожарный объем W_пож рассчитывается из условия тушения одного внутреннего и одного наружного пожара в течение 10 минут (10 минут - время, необходимое для запуска пожарных насосов и поступления воды на тушение пожара в сеть):

где Q_1пож - расход на тушение 1 наружного пожара, л/с; Q_1вн.пож - расход на тушение 1 внутреннего пожара, л/с.

По полученному суммарному значению объема воды можно подобрать типовой бак или установить диаметр и высоту бака, исходя из отношения высоты к диаметру H/D =˜ 0,5-1,0. Предпочтительно, чтобы отношение высоты бака к его диаметру было небольшим. В этом случае исключаются значительные колебания напоров в сети и обеспечиваются более благоприятные условия работы насосов.

Основные наиболее употребительные конструктивные типы баков на водонапорных башнях следующие:

• - прямоугольный или круглый в плане, с плоским днищем (рис. 15.5, а). Резервуары этого типа небольшой вместимости 10-50 м³ делают из листовой стали или дерева /5/;
• - круглый в плане, с коническим днищем (рис. 15.5, б);
• - круглый в плане, с вогнутым днищем. Может выполняться из железобетона или листовой стали (рис. 15.5, в). Иногда в днище резервуара устраивают шахту (рис. 15.5, г) для подъема вверх обслуживающего персонала и осмотра бака. При наличии кольцевого пространства между стенками бака и шатром устройство шахты не нужно. Этот тип резервуара наиболее распространен при средних по своим размерам системах водоснабжения;

Рис. 15.5. Основные типы баков водонапорных башен

90

• - круглый в плане, с выпуклым днищем. Резервуары делают из листовой стали; применяют главным образом для объемов воды более 400-500 м³ (рис. 15.5, д);
• - бак системы Интце (рис. 15.5, е), круглый в плане. Делается из железобетона или листовой стали. Разработаны типовые чертежи железобетонных башен с резервуарами типа Интце на объем воды 200-750 м³.

Формы и конструкции несущей части башни весьма разнообразны и в значительной степени зависят от вместимости бака и строительного материала, из которого они выполнены.

Водонапорная башня (рис. 15.4) должна быть оборудована трубопроводами и арматурой, имеющими соответствующее эксплуатационное назначение. Трубы применяются стальные. Диаметры подводящих d_под и отводящих d_отв труб (стояков) определяют в зависимости от расхода и допускаемой скорости, которая не должна превышать 1,0÷1,2 м/с. Диаметр переливной трубы d_пep принимают на 2-3 сортамента меньше диаметра подающей трубы d_под, но из условия пропуска разности расходов воды, поступающей и забираемой из бака башни. На переливной трубе устанавливают приемную воронку диаметром D_вор = (1,5...2,0)d_пер. Диаметр грязевой трубы d_гр принимают в пределах 100÷200 мм в зависимости от емкости бака. На грязевой трубе воронку не устанавливают.

Сбросные переливные трубы от водонапорных башен хозяйственно-питьевого водоснабжения допускается присоединять только к водосточной сети или выводить в открытую канаву с разрывом струи и установкой на конце трубопровода обратного клапана (захлопки). Кроме того, в конце трубопровода должна быть установлена решетка с прозорами между прутьями 10 мм.

Для башен производственных водопроводов сбросные трубы допускается присоединять к канализации любого назначения, но с обязательным разрывом струи (конец трубы не должен погружаться в поток сточной жидкости).

На трубопроводах, проходящих внутри башни, при жесткой заделке труб в днище бака устанавливают компенсаторы, предназначенные для компенсирования возможных изменений длин стояков. Трубопроводы защищают от замерзания воды в них.

Если при тушении пожара башня должна отключаться, то она оборудуется автоматическими устройствами, обеспечивающими дистанционное отключение при пуске пожарного насоса.

91