3.1.4 Расчет высоты водонапорной башни

Как выше было указано, что принимается башенная система водоснабжения, и при этом возникает необходимость определения ее высоты, которая должна быть такой, чтобы обеспечить статическим давлением подачу воды к потребителям, когда водоподъемная машина не работает.

Для расчета высоты водонапорной башни воспользуются выражением:

Z_б = H_св.н + H_см +(-) H_гд, (3.5)

где H_св.н - свободный напор воды, равный для одноэтажных зданий 10 м, для двухэтажных-14 м, а для трехэтажных – 18 м;

H_см- сумма потерь напора от водонапорной башни до предполагаемой диктующей точки водопроводной сети, м;

H_гд - геодезическая разница уровней месторасположения водонапорной башни и диктующей точки водопроводной сети, м.

Если диктующая точка системы расположена выше по уровню на топографическом плане местности по отношению к водонапорной башне, то знак H_гд принимается знак (+), а если ниже, то - знак (-).

Диктующей точкой системы водоснабжения называется такая точка водопроводной сети, куда доставка воды затруднена из-за того, что она расположена очень далеко от водонапорной башни или она расположена достаточно высоко от нее по рельефу местности. Так как в рассматриваемой схеме внешней водопроводной сети диктующей точкой могут быть точки (а) или (ж), то, следовательно, высоту водонапорной башни предварительно вычисляют по этим двум точкам и полученная наибольшая величина указывает, что диктующей точкой является эта точка, и выбор высоты водонапорной башни следует осуществлять по этой точке.

Z_б^а = 10 + (1,00+ 0,76+ 0,26+ 2,13) – (108 – 103) = 9,15 м;

Z_б^ж = 10 + (0,46 + 0,36 + 3,84) – (108 – 106) = 12,66 м.

Следовательно, расчеты показывают, что диктующей точкой является точка (ж) и выбор высоты водонапорной башни осуществляется по этой точке (она должна быть не ниже, чем 12,66 м). И эту высоту принимаем равным 14 м. Следует отметить, что водонапорная башня выполняет сложную функцию. При превышении подачи воды над расходом, избыток воды накапливается в водонапорной башне, а если расход воды превышает над ее подачей, то недостаток воды подается из нее. При неработающем насосе весь расход воды осуществляется за счет запаса воды в водонапорной башне, поэтому статическое давление воды должно быть таким, чтобы оно, преодолевая потери напора по длине трубопровода, а также преодолевая местные потери, могло подать воду до диктующей точки.

3.1.5 Расчет емкости напорно-регулирующего бака

Регулирование расхода и напора в разводящей сети водопровода осуществляется либо при помощи устанавливаемых на водонапорных башнях напорно-регулирующих баков, либо без башенных систем с регулирующим воздушно-водяным котлом. Общий объем бака водонапорной башни должен вмещать регулирующий, противопожарный и аварийный запас воды.

При определении регулирующего объема бака учитывают данные максимального расхода воды потребителями и подачу ее насосной станцией.

Объем напорно-регулирующего бака водонапорной башни можно определить двумя способами: графическим, строя интегральный график водопотребления, где по оси ординат откладывают суммарные расходы воды по часам суток нарастающим итогом, а по оси абсцисс - часы суток; табличным, определяя алгебраическую сумму подачи и расхода воды и определяя остаток воды в баке в процентах от максимального суточного расхода.

При определении объема напорно-регулирующего бака табличным способом необходимо знать характер водопотребления отдельными видами животных в течение суток. Кроме того, необходимо определить часовую подачу воды в процентах от максимального суточного расхода, зная продолжительность работы водоподъемной машины. Выше было принято, что в централизованной системе водоснабжения водоподъемная машина работает в течение суток 16 часов. Тогда принимая, что за 16 часов подается 100 % от максимального суточного расхода воды, а за 1час - 6,25 % от Q_{сут. мах.}, т. е. (100/16=6,25%).

Так как в централизованную систему водоснабжения входят две фермы: молочнотоварная и свинотоварная, поэтому необходимо определить средние значения характера водопотребления в течение суток для этим ферм, занося их в четвертую колонку таблицы 3.3.

Кроме этого в эту таблицу заносится алгебраическая сумма подачи и среднего расхода воды, которая определяется как разность подачи воды в процентах от максимального суточного расхода (колонка 5) и среднего расхода воды (колонка 4), учитывая при этом арифметический знак. Отрицательное значение этой суммы означает нехватку воды в напорно-регулирующем баке, а положительное значение - избыток.

Таблица 3.3

К определению объема напорно-регулирующего бака водонапорной башни

Часы суток	Часовой расход воды в % от максимального суточного расхода для ферм:			Подача воды насосом в % от Qсут.мах	Алгебраическая сумма подачи и расхода, %	Остаток воды в баке в % от Qсут.мах
	МТФ	СТФ	Среднее значение
0…1	3,1	0,25	1,68	0	-1,68	+6,55
1…2	2,1	0,50	1,30	0	-1,30	+5,25
2…3	1,9	0,50	1,20	0	-1,20	+4,05
3…4	1,7	0,75	1,22	0	-1,22	+2,83
4…5	1,9	3,75	2,83	0	-2,83	0
5…6	1,9	6,00	3,95	6,25	+2,30	+2,30
6…7	3,2	6,00	4,60	6,25	+1,65	+3,95
7…8	3,5	5,50	4,50	6,25	+1,75	+5,70
8…9	6,1	3,25	4,67	6,25	+1,58	+7,28
9…10	9,1	3,50	6,30	0	-6,30	+0,98
10…11	8,6	6,00	7,30	6,25	-1,05	-0,07
11…12	2,9	8,50	5,70	6,25	+0,55	+0,48
12…13	3,3	6,00	4,65	6,25	+1,60	+2,08
13…14	4,3	6,00	5,15	6,25	+1,10	+3,18
14…15	4,8	5,00	4,90	6,25	+1,35	+4,53
15…16	2,9	5,00	3,95	6,25	+2,30	+6,83
16…17	10,1	3,50	6,80	6,25	-0,55	+6,28
17…18	4,8	4,50	4,65	6,25	+1,60	+7,88
18…19	2,9	6,00	4,45	0	-4,45	+3,43
19…20	3,1	6,00	4,55	6,25	+1,70	+5,13
20…21	2,6	6,00	4,30	6,25	+1,95	+7,08
21…22	6,5	3,50	5,00	6,25	+1,25	+8,33
22…23	5,3	2,50	3,90	6,25	+2,35	+10,68
23…24	3,4	1,50	2,45	0	-2,45	+8,23
Сумма	100	100	100	100
Максимальное значение						10,68
Минимальное значение						-0,07
Суммарное значение						10,75

При определении остатка воды в процентах от максимального суточного расхода принимают, что к моменту начала включения водоподъемной машины в работу в напорно-регулирующем баке воды не осталось, и приравнивают это значение к нулю. В табл. 3.3 это с 5 до 6 часов утра в колонке 7. В следующий час к значению нуль прибавляют значение алгебраической суммы из колонки 6 и записывают в колонку 7. При этом учитывают то, что если значение последующей алгебраической суммы со знаком плюс, его прибавляют к предыдущему значению, а если со знаком минус - отнимают. Для определения объема регулируемой части водонапорной башни из колонки 7 выбирают самую большую цифру со знаком плюс (избыток) и прибавляют к нему, не учитывая знака, самую маленькую цифру со знаком минус (недостаток). В таблице это цифры +10,68 и -0,07. В результате сложения получается, что объем напорно-регулирующего бака должен составить 10,75 % от максимального суточного расхода воды.

Следовательно, объем напорно-регулирующего бака определяется:

W_рег = Q_max.сум  10,75/100. (3.6)

Тогда W_рег = 253,510,75/100 = 27,3 м³.

Если для тушения пожара воду используют не из водонапорной башни, а из колодца, то ее общий объем определяется:

W = W_рег + 0,06tQ_пож, (3.7)

где t-время включения в работу пожарного насоса, t = 5 мин.

Q_пож - расход воды на тушение пожара, равный 10 л/с.

Принимая, что воду для тушения пожара не берут из водонапорной башни, тогда ее объем составляет:

W = 27,3 + 0,06510 = 27,3 + 3,0 = 30,3 м³.

Расчетную вместимость напорно-регулирующего бака необходимо увеличивать на 2...3 % от регулируемого объема как аварийный запас.

Тогда общая вместимость будет равна: W_о=30,3+(30,33)/100=31,2 м³.

Для обеспечения такого объема выбирается стальная, сборно-блочная водонапорная башня типа БР-50 (Рис. 3.3).

Водонапорная башня создает напор воды за счет поднятия напорного бака на определенную высоту. Нижнюю часть водонапорной башни утепляют земляной обсыпкой, чтобы находящийся в ней запас воды в зимнее время не замерзал. Водонапорную башню можно не утеплять при температуре воды подземных источников не менее 0 ^ОС и обмене воды в ней не реже одного раза в сутки. Для поддержания постоянного запаса воды в водонапорной башне водяной насос включается в работу автоматически по специальной схеме с использованием датчиков уровней воды.

Далее по найденным средним значениям характера водопотребления по двум фермам строят суточный график водопотребления (Рис. 3.4). Для этого проводят координатные оси, на горизонтальной оси откладывают часы суток от 0 до 24 ч в выбранном масштабе, а на вертикальной - часовое потребление воды всеми водопотребителями в масштабе. Эта величина определяется по следующей формуле:

Рисунок 3.3. Металлическая бесшатровая водонапорная башня типа БР:

1- фундамент; 2- анкерный болт; 3- наружная лестница; 4- люк; 5- вентиляционная труба; 6- датчик уровня; 7- лъдоудержатели; 8- напорный бак; 9-опора бака (ствол); 10- смотровой колодец; 11- земляная обсыпка; 12- задвижка; 13- напорная труба.

Q_ч(i) = Q_сут.max  j_(i)/100 , (3.8)

где Q_ч(i) - расход воды за определенный час суток, м³;

j_(i) -процент расхода воды за тот же час.

Q_ч(0-1) = 253,5 1,68/100 = 4,26 м³/ч; Q_ч(1-2) = 253,5 1,30/100 = 3,30 м³/ч;

Все данные для построения графика приведем в таблице 3.4.

Таблица 3.4

Значения часового расхода воды

Часы суток	Среднее значение часового расхода воды в % от максимального суточного расхода	Часовое потребление воды, м3/ч	Часы суток	Среднее значение часового расхода воды в % от максимального суточного расхода	Часовое потребление воды, м3/ч
0 – 1	1,68	4,26	12 – 13	4,65	11,79
1 – 2	1,30	3,30	13 – 14	5,15	13,06
2 – 3	1,20	3,04	14 – 15	4,90	12,42
3 – 4	1,22	3,09	15 – 16	3,95	10,02
4 – 5	2,83	7,17	16 – 17	6,80	17,24
5 – 6	3,95	10,01	17 – 18	4,65	11,79
6 – 7	4,60	11,66	18 – 19	4,45	11,28
7 – 8	4,50	11,40	19 – 20	4,55	11,53
8 – 9	4,67	11,84	20 – 21	4,30	10,90
9 – 10	6,30	15,97	21 – 22	5,00	12,68
10 – 11	7,30	18,50	22 – 23	3,90	9,89
11 – 12	5,70	14,45	23 - 24	2,45	6,21

Из этого графика определяется коэффициент часовой неравномерности k₂ для выбранного сектора водопотребления. Этот коэффициент определяется как отношение максимальной ординаты к средней ординате графика. Среднее значение ординаты определяют как сумма максимального значения и минимального значения часового расхода воды деленное на два. При этом из графика видно, что максимальная ордината часового расхода воды составляет 24,58 м³, минимальная - 4,14 м³, а средняя ордината тогда равна- 10,22 м³. Коэффициент часовой неравномерности для данных условий по двум фермам при централизованной системе водоснабжения составляет 2,4.

Рисунок 3.4. Суточный график водопотребления.