18. Конструкция водонапорной башни на водопроводной сети (пример с её элементами). Определение толщины стенки водонапорного бака.

К водонапорным башням относят напорно-регулирующие сооружения, у которых бак размещён выше поверхности земли на искусственной опоре. Основные части водонапорной башни - бак, опорная конструкция (ствол) и шатёр.

Опорная конструкция (ствол) водонапорной башни возводится из железобетона, кирпича, стали и реже из камня и дерева. В зависимости от этого башни называют железобетонными, кирпичными, стальными и т.д.

Конструкция ствола может быть в виде сплошных цилиндрических или призматических стаканов (из железобетона или кирпича) или в виде сквозных рам и ферм (из стали, железобетона и дерева).

Применяют также каркасные конструкции ствола с заполнением панелей кирпичом или пустотелым камнем. При сквозной конструкции ствола трубы, ведущие к баку, помещают, как правило, в утепляющем кожухе.

Баки водонапорных башен делают из листовой стали или из железобетона. На небольших объектах временного водоснабжения или строительных площадках применяют деревянные баки. Форма баков различна. Наибольшее распространение получили цилиндрические баки с разной формой днища -плоской, конической, сферической и др. Реже применяют баки шаровой, грушевидной, грибовидной и других форм.

Соотношение размеров цилиндрических баков выбирают с учётом технических и экономических факторов. Чем выше бак и меньше его диаметр,

тем меньше размеры опорной части; однако с увеличением высоты бака возрастает высота подъёма воды и затраты электроэнергии. Кроме того, в высоких баках увеличиваются колебания напора в сети. Оптимальное отношение высоты цилиндрической части баков к их диаметру обычно находится в пределах 0,6- 1,0.

Шатёр предохраняет бак от замерзания и других атмосферных влияний, а также от попадания загрязнений. Его устраивают из лёгких материалов, обладающих слабой теплопроводностью (пустотелых камней, пенобетона, дерева и др.). В условиях тёплого климата устройство шатра не обязательно. Бесшатровые башни с металлическими баками, имеющими наружную теплоизоляцию, можно строить и в местностях с умеренным климатом, при условии, что в баке будет обеспечен хороший водообмен. При сильных морозах на стенках бака допускается образование ледяной корки, нарастание которой постепенно замедляется, а потом и прекращается, так как лёд служит теплоизолятором.

Оборудование водонапорной башни трубами и специальной арматурой показано на рисунке 9.

Для подачи воды в бак и отвода её из бака служит подводяще- разводящая труба 6, на которой расположены два отвода. По отводу 8 вода поступает на нужды водопотребления, а по отводу 9 - на пожарные нужды. На отводе 8 установлен обратный клапан 7. При поступлении воды в башню обратный клапан закрывается, и вода по стояку направляется в верхнюю часть бака. При расходовании воды из башни клапан 7 открывается и вода из нижней части бака отводится к водопотребителям. Такая система подачи и отвода воды предупреждает образование в баке застойных зон. Для выключения башни внизу на подводяще-разводящей трубе устанавливают задвижку 10. Иногда башни оборудуют отдельными подводящими и разводящими трубами.

Для сброса воды в случае переполнения бака устраивают переливную трубу 4, на которой запорную арматуру не устанавливают. Для опорожнения бака и удаления скапливающегося на дне осадка служит грязевая труба 5 с задвижкой, которая присоединяется к переливной трубе. На подающе- разводящей и переливной трубах устанавливают компенсаторы 11, предупреждающие возникновение опасных напряжений в трубах и днище бака при колебаниях температуры и осадке сооружения.

Трубопроводы в пределах башни делают из стальных труб. Башня оборудована лестницами для доступа в шатёр, внутрь бака и на крышу. На крыше башни устанавливают молниеотвод.

1 - ствол, 2 - бак, 3 - шатёр, 4 - переливная труба, 5 - грязевая труба, 6 - подводяще-разводящая труба, 7 - обратный клапан, 8 - фильтр для отбора воды на нужды водопотребления, 9 - фильтр для отбора воды на пожарные нужды, 10 - задвижки, 11 - компенсаторы, 12 - молниеотвод.

Определение высоты водонапорной башни

Под высотой водонапорной башни следует понимать высоту её поддерживающей конструкции (ствола), т.е. это расстояние от поверхности земли в месте установки водонапорной башни до дна резервуара.

Вода должна подаваться к отдельным потребителям не только в нужном количестве, но и с необходимым давлением, достаточным для подъёма её к месту установки водоразборных кранов, душей, автопоилок, производственного оборудования и других водопроводных приборов. Для этого в водопроводной сети должен постоянно поддерживаться определённый свободный напор, под которым понимают напор в трубах водопроводной сети, отсчитанный от поверхности земли. Иначе говоря, свободный напор есть разность между отметкой пьезометрического уровня воды в трубах и отметкой поверхности земли.

Свободный напор должен быть достаточным во всех точках разводящей водопроводной сети, в том числе и в самых удалённых и имеющих наиболее высокие отметки. В таких неблагоприятных «диктующих» точках сети свободный напор не должен быть ниже указанного в существующих нормах.

Таким образом, для правильного определения высоты водонапорной башни необходимо прежде всего найти диктующую точку на водопроводной сети.

Диктующей точкой разводящей водопроводной сети называется точка, куда труднее всего подать воду. Диктующая точка определяется расчётом. Для этого на плане разводящей сети выбираются несколько неблагоприятных точек, одна из которых может быть диктующей. Затем выбирается общеразводящая точка, ближайшая к неблагоприятным, из которой вода поступает в них.

Тонкостенные цилиндрические сосуды подверженные внутреннему давлению широко применяются в инженерной практике. Это различного рода трубопроводы, котлы и емкости заполненные жидкостью и газом. Очень важной задачей является умение правильно рассчитать толщину из стенок.

Рассмотрим определение толщины стенок в напорном трубопроводе. Пусть мы имеем трубопровод, с внутренним диаметром D.

При движении воды через трубопровод полным сечением, возникает сила давления, которая стремиться оторвать один полуцилиндр от другого. Величина этой силы определяется по формуле:

Этой разрывающей силе препятствует внутренняя сила сцепления молекул, величина которой из сопромата определяется по формуле:

Теперь определяется расчетная толщина стенки трубопровода:

;мм

Полученную расчетную толщину стенки трубопровода необходимо увеличить величину ржавчины :

;мм

- допустимое напряжение. Это безопасное напряжение для эксплуатации конструкции. Величину допускаемого напряжения назначают исходя из характеристик данного материала и требований к его эксплуатации. Это напряжение назначают исходя из механических характеристик материала, имеющихся в справочниках пластичных материалов: