Как работает водонапорная башня

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.

Что такое водонапорная башня

Водонапорная башня представляет собой гидротехническое сооружение, основное назначение которого — хранение и подача воды. Конструктивно представляет собой резервуар (как правило, цилиндрической формы), который установлен на определённой высоте от поверхности земли; насосное оборудование; трубопроводы. Объём резервуара рассчитывается исходя из величины мощности водопровода и расхода воды.

Первые водонапорные башни были возведены несколько столетий назад. В России едва ли не единственным заказчиком строительства водонапорных башен в течение длительного времени являлась железная дорога, нуждавшаяся в объёмных резервуарах, где можно было бы накапливать запасы воды для «заправки» паровозов. До сих пор на многих станциях сегодня можно увидеть старые кирпичные башни, сохранившиеся ещё с 19 века.

Картина изменилась с 1951 года, когда началось массовое возведение водонапорных башен в сельской местности, где, собственно, и по сей день находится большинство таких сооружений. Речь идет о так называемых башнях Рожновского, конструкция которых была разработана инженером А.А. Рожновским в далёком 1936 году.

Это было революционное техническое решение. Унифицированные экономичные металлические башни, которые монтируются всего за 2 — 4 дня, выполняют свои функции без необходимости зимнего подогрева воды. На основе конструктивных решений Рожновского построено большинство водонапорных башень на территории нашей страны. Следует добавить, что значительный вклад в их разработку внёс также инженер П.И. Земсков.

Водонапорные башни расположены по всему миру. Отличаясь конструктивными элементами, размерами и рабочими характеристиками, они, тем не менее, очень схожи по устройству и имеют одни и те же функции. Об этом — далее

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.

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.

Водонапорная башня

Такой способ централизованного водоснабжения до сих пор широко используется в большинстве садовых товариществах и поселках. Даже не смотря на то, что такая конструкция достаточно громоздка, данный вид водоснабжения считается наиболее простым и надежным.

Если соблюдены определённые условия, такая система имеет ряд неоспоримых преимуществ. Основным из них является возможность установки недорогого, отечественного насоса высокой производительности.

Водонапорную башню устанавливают при следующих условиях:

• при большом количестве потребителей водных ресурсов;
• при преимущественном использовании воды в летнее время года;
• когда на участке возникают частые перебои подачи электроэнергии;
• когда необходим существенный запас воды.

Недостатки использования водонапорной башни следующие:

• такую систему проблематично использовать при минусовых температурах;
• происходит интенсивное окисление внутренней стороны емкости. Возможно попадание ржавчины в воду;
• давление напора определяется высотой самой башни.

Специальный скважинный насос, который опускают в скважину, он подает воду в башню. Когда вода достигает уровня верхней отметки в водонапорной башне, специальный датчик критического уровня подает сигнал насосу для отключения. За включение и отключение скважинного насоса отвечает простейшая автоматика, которую размещают в павильоне. По мере распределения воды из водонапорной башни по водной магистрали, уровень ее поверхности снижается, и когда достигает отметки, специальный датчик уровня подает сигнал на включение насоса. Это способствует тому, чтобы в башне постоянно находится необходимый запас воды, который определяется объемом башни от нулевой отметки до установленного уровня.

Устройство

Гидротехническое сооружения имеет строгую конструкцию, которая позволяет выполнять основную задачу — поставку воды. К элементам строения относят:

• опора — конструкция, выполненная из прочного материала;
• накопительный резервуар — его объем варьируется в зависимости от количества обслуживаемого населения, ориентировочная вместимость 50-160 куб.м;
• трубопроводы для приема и отвода ресурса;
• зона перелива — позволит избежать переполнения резервуара и предотвратить аварию;
• электрический насос — позволит быстро накачать воду в накопительную емкость;
• приборы контроля, автоматика предназначены для регулирования давления в баке;
• люк и наружные лестницы нужны, чтобы устраивать визуальный осмотр водонапорной башни, как внутри, так и снаружи.

Используемые материалы, очистные конструкции должны соответствовать требованиям санитарных норм.

Пример реконструкции водонапорной башни

В июле-сентябре 2014 года ООО «Технополис» совместно с ООО КБ «АГАВА» провело работу по модернизации водонапорных башен Новолялинского района Свердловской области.

Техническое перевооружение водонапорных колонок состояло из следующих этапов:

строительство модульных зданий водонапорных колонок (рис. 1);

Фото 1. Модульное здание водонапорной колонки

Фото 2. СУД АГАВА-Е

Экономический эффект данного технического решения был достигнут реализацией следующих мероприятий.

1. Снижение потребления электроэнергии за счет внедрения:
   1. частотно-регулируемого привода (ЧРП) на насосах ХВС;
   2. более рациональных режимов потребления холодной воды у потребителей;
   3. электрического обогрева труб и запорной арматуры вместо отопления помещения насосной станции котлом на твердом топливе.
2. Сокращение численности обслуживающего персонала за счет снижения трудоемкости эксплуатации.
3. Исключение неэффективных источников энергии (дрова) на отопление.

Дачный поселок Первого Московского треста хлебопечения был построен в 1933–1938 годах. Первоначально двухэтажные дома поселка предназначались руководящему составу треста, однако несколько лет спустя в них начали заселять простых рабочих треста, по несколько семей в одно здание.

Артезианские скважины были пробурены примерно в 1938–1939 годах. Поселок был электрифицирован в 1948–1949 годах, только после этого появилась техническая возможность постройки водозаборного узла. Строительство водонапорной башни началось летом 1956 года, цифры на кирпичном шатре башни: «1957».

Помимо поселка, башня снабжала водой Пенягино, при застройке микрорайона «на горке» (нынешняя улица Рословка), он был запитан с этого водозаборного узла. После окончания строительства, осенью 2004 года, скважины были затампонированы, ВЗУ законсервирован и находился без обслуживания и охраны.

Фото: Игорь Веснинов

Этот снимок сделан 3 февраля 2008 года; найти более ранние фотографии башни не удалось. Башня уже не эксплуатируется, окна заколочены, из окна верхнего этажа свисает брезентовый рукав, используемый любителями экстремального отдыха для подъема наверх. Изначальный забор, поставленный вокруг башни в 1957–1958 годах, пока еще цел.

Отсутствие охраны наряду со свободным доступом на территорию ВЗУ привели к тому, что какой-то момент деревянные двери башни были взломаны, и водонапорная башня начала заваливаться мусором. Весной 2008 года, когда уровень мусора в башне достиг примерно полутора метров, случился пожар.

Устройство и технологическое оборудование башни Рожновского

Для поступления и отвода воды в башню Рожновского оборудуется напорно-разводящей трубопроводная обвязка, состоящая из переливной, отводящей и спускной труб.

Дополнительно на башню устанавливается технологическое оборудование для безопасной и надежной эксплуатации, например, для предотвращения переливов воды, замерзания, гидроударов или предупреждения последствий отключения водяных насосов

Для избежания перелива башни применяются переливные устройства. Система замера уровня воды передает сигнал на диспетчерский пункт.

По требованию Заказчика водонапорная башня может снабжаться смотровым люком с крышкой. Традиционно люк располагают на высоте 3-4 м над уровнем грунта.

Для подъема обслуживающего персонала наверх во время проведения технического обслуживания или ремонта предусмотрены наружная лестница с ограждающими перилами и лестница внутри опоры.

Для предотвращения образования льда на внутренней поверхности бака предусмотрены скобы-льдоудержатели.

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.