Водонапорные башни

Основными элементами всякой водонапорной башни являются резервуар или бак / и поддерживающая конструкция 2 (VIA,а).

Емкость бака W и высота поддерживающей конструкции Н (измеряемая от поверхности земли до низа бака) определяются в процессе проведения основных расчетов системы водоснабжения и принимаются как заданные при проектировании башни.

В практике строительства водонапорных башен размеры W и Н меняются в широких пределах. Емкость бака колеблется от нескольких десятков кубических метров в малых водопроводах до нескольких тысяч кубических метров в больших городских и промышленных водопроводах. В ряде зарубежных стран имеются примеры сооружения башен с баками весьма большой емкости. Высота башни (точнее, высота поддерживающей конструкции) обычно лежит в пределах 15—30 м (и в редких случаях превосходит 30 м).

Баки в большинстве случаев устраивают круглой формы в плане. Соотношение высоты и диаметра бака диктуется   как технологическими, так

и архитектурно-строительными соображениями. Большая высота бака нежелательна, так как вызывает увеличение высоты подъема воды, а также значительные колебания напоров в системе. Водонапорная башня, особенно в городских водопроводах, должна удовлетворять эстетическим требованиям, которые предъявляются ко всем архитектурным сооружениям. Некрасиво выполненная башня может нарушить гармоничность всего архитектурного ансамбля того района, где она расположена.

Наконец, при выполнении баков из того или иного материала следует учитывать требования технико-экономического порядка, определяющие наиболее экономичные решений конструкции при данном материале и заданных высоте и емкости.

В некоторых случаях (например, на промышленных предприятиях при наличии двух или нескольких сетей разного напора) устраивают башни с двумя и более баками, расположенными на разной высоте.

Иногда бак водонапорной башни окружают шатром 3 (VIA, a) для предохранения воды от замерзания и частично от засорения. Шатры делают облегченной конструкции железобетонными или деревянными — в зависимости от типа и конструкции башни. Расстояние а между стенками бака и шатра должно быть не менее 0,7—0,8 м. В шатре вокруг бака устраивают легкое перекрытие 4 и устанавливают металлическую лестницу 5 для входа в бак. В шатер входят из подбаковой камеры 6, устраиваемой в верхней части поддерживающей конструкции башни. При благоприятных климатических условиях в устройстве шатра нет необходимости.

Исследования проведенные в последние годы,   показали, что даже в относительно суровых климатических условиях вполне можно обойтись без устройства шатра, если обеспечивается достаточный обмен воды в баке. При использовании подземных вод (имеющих обычно постоянную температуру около 8—9°С), как правило, можно обойтись без шатра. В новых башнях большой емкости шатры обычно отсутствуют.

Башня, как правило, имеет подвальное помещение 7, в котором располагаются задвижки на водопроводных трубах.

В бесшатровых башнях (VI.1,6 и в) над баком устраивают кровлю и кольцевой балкон’8. Вход в бак из подбаковой камеры 6 возможен или по внешней лестнице 9 (VI. 1,6) или через внутренний цилиндрический лаз 10 в центральной части бака (VI. 1,в). В последнем случае усложняется конструкция бака, но улучшаются условия его обслуживания.

Поддерживающие конструкции водонапорных башен выполняются из различных материалов (сталь, железобетон, кирпич, дерево) в виде системы колонн (или стоек) или несущей стенки; они весьма разнообразны и имеют различное архитектурное оформление.

В современной водопроводной практике наиболее широкое распространение имеют железобетонные башни с железобетонными баками. В некоторых странах (например, в США) преимущественно используются стальные башни при широком диапазоне размеров емкости и высоты. В прошлые годы было построено много башен с каменной (в основном кирпичной) поддерживающей конструкцией и со стальными (иногда железобетонными) баками. Наконец, во временных и мелких системах сельскохозяйственного водоснабжения с малым расходом воды применяют иногда деревянные поддерживающие конструкции с металлическими баками.

При устройстве поддерживающей конструкции в виде сплошных несущих стенок (железобетонных, кирпичных), а также при заполнении стенками пространства между несущими колоннами образуется закрытое помещение часто весьма значительного объема. Вопрос о рациональном использовании этого помещения представляет несомненный интерес. При его решении следует прежде всего иметь ввиду необходимость защиты воды, хранящейся в баке, от каких-либо загрязнений или заражений. По санитарным соображениям доступ к баку посторонних лиц должен быть категорически воспрещен. Пространство, расположенное ниже подбаковой камеры, может быть использовано для служебных и конторских помещений водопроводного хозяйства, складов и т. д. По такому пути обычно идет решение этого вопроса в нашей стране. В зарубежной практике есть примеры расположения в помещениях башни (предусмотренного при ее проектировании) ресторанов, отелей и т. п.

Водонапорные башни в соответствии с их назначением должны быть оборудованы трупами и арматурой. Устройство подающих и отводящих воду труб возможно по одной из схем, приведенных на VI.2.

По схеме, приведенной на VI. 2, а, устраивают одну общую подающе-отводящую трубу 1, рассчитанную на подачу (в бак или из бака) воды в количестве, равном разности количества воды, подаваемой насосами и расходуемой потребителями. Конец этой трубы располагают у низа бака на высоте, предотвращающей засасывание в трубу ила, который может периодически скапливаться в самых низких точках бака. Эта схема может быть применена при расположении башни в любой точке сети (в некоторых случаях, например, когда башня работает как контррезервуар, труба 2 отсутствует). При такой схеме получается наименьшая  стоимость труб, которыми оборудуется   башня,   и   достигается

некоторое сокращение расхода энергии на подъем воды, так как снижение уровня воды в баке (с высоты Hi до высоты #2) обусловливает соответствующее снижение рабочего напора насосов.

По схеме, приведенной на VI.2 б, башня оборудуется двумя трубами: подающей / и отводящей 2, между которыми может быть устроено (в подвале) аварийное переключение. Такая схема может быть применена только при расположении башни в начале сети. Здесь вся вода, подаваемая насосами, проходит через бак, и насосы всегда работают с напором, соответствующим наивысшему положению уровня воды в баке Ни что вызывает увеличение напора насосов и расхода энергии на подачу воды. По этой схеме у нас осуществлено оборудование ряда ранее построенных башен, но для вновь сооружаемых башен она не может быть рекомендована.

На VI.2,e показано некоторое компромиссное решение, предусматривающее устройство единой подающе-отводящей трубы / с разделением её у бака на подающую 2 и отводящую 3. На последней установлен обратный клапан 4, препятствующий поступлению по ней воды в бак. Эта схема позволяет осуществлять постоянное перемешивание воды в баке; перемешивание воды способствует сохранению ее свежести и препятствует ее замерзанию зимой. По этой схеме, так же как и по схеме, показанной на VI.2, б, насосы всегда должны иметь напор, соответствующий наивысшему уровню воды в баке башни..

Разновидностью этой схемы является схема (принятая в типовых проектах Союзводоканалпроекта), при которой подающая труба 2 не доводится до верха бака. Это дает возможность несколько сократить перерасход энергии на подачу воды (имеющий место при схеме на VI.2, в) и осуществить частичное перемешивание воды в баке.

Кроме основных подающих и отводящих труб башня должна быть оборудована переливной / и спускной 2 трубами (VI.2, г). Переливную трубу доводят до наибольшего допустимого уровня воды в баке, чем обеспечивается автоматический отвод воды из бака при его переполнении1. Отводимая вода сбрасывается в водосток. Диаметр переливной трубы рассчитывается на отвод всей подаваемой насосами воды. Эта труба заканчивается вверху воронкой, диаметр входа в которую примерно в два раза превышает диаметр трубы. К переливной трубе присоединяется спускная труба 2, идущая от наинизшей точки бака и позволяющая опорожнять его (открывая задвижку 3) при ремонте или промывке.

Для оборудования башни применяют обычно стальные трубы. На вертикальных трубах устанавливают сальниковые компенсаторы для восприятия температурных изменений длины труб.

Если поддерживающая конструкция башни выполнена в виде системы колонн без устройства между ними стенового заполнения, трубы в целях утепления приходится помещать в специальной вертикальной цилиндрической шахте.

Башня оборудуется сигнализационными устройствами, передающими показания об уровне воды в баке или сигналы при достижении уровнем критических (верхнего и нижнего) положений на насосную станцию или в какой-либо диспетчерский пункт водопроводного хозяйства.