ВОДОНАПОРНАЯ БАШНЯ

При проектировании городского водопровода дно резервуара водонапорной башни устанавливается на отметке, которая диктуется потребным напором в самой невыгодной точке городской сети. Такой точкой считается наиболее возвышенная и наиболее удаленная точка от центров питания, т.е. насосной станции и башни. К потребному напору в этом месте прибавляется высота падения напора при движении воды от башни к этой точке в часы наибольшего водопотребления и к концу расчетного периода эксплоатации водопровода. На полученной высоте устанавливается днище резервуара. В башенный резервуар поступает весь излишек поданной насосами воды за время ослабленного водопотребления, и, наоборот, образовавшийся запас воды в резервуаре поступает в сеть в те часы, когда водопотребление превышает подачу насосом. Слой воды над днищем резервуара в каждый момент работы насосом является для него бесполезной нагрузкой.

Настоящее изобретение имеет целью поддерживать постоянный уровень в напорном баке башни и тем самым исключить бесполезную нагрузку насосной станции, и заключается в том, что напорный бак жестко связан с поплавком, помещенным в резервуаре, наполненном водой. Резервуар, в котором помещен поплавок, может иметь верхнюю часть более широкую, чем нижняя, и эта верхняя часть может быть разделена на несколько ярусов и отделена от нижней стенками. Кроме того, на поплавке может быть применен добавочный резервуар для регулирования отметки уровня воды в напорном баке.

На чертеже фиг. 1 изображает схему башни; фиг. 2 - примерную конструкцию башни с деталями в вертикальном разрезе; фиг. 3, 4 и 5 - разрезы соответственно по I-I, II-II и III-III на фиг. 2; фиг. 6 - схему башни с двухъярусным уширением нижнего резервуара.

Верхний напорный бак 1, служащий для хранения излишков воды, поданной насосной станцией, соединен жестко с нижним пустым резервуаром поплавком 2, открытым сверху (фиг. 1). (Соединение схематично показано в виде одной стойки). Оба соединенные резервуара составляют одно плавающее тело в воде, наполняющей третий резервуар 3, снабженный уширением верхней части. Так как центр тяжести плавающей конструкции находится выше ее метацентра, то ее следует снабдить по бокам катками - вверху и внизу, катящимися по неподвижным вертикальным направляющим.

Нижний резервуар 3 снабжен наверху стенкой 25 (фиг. 2), составляющей продолжение его суженной части. Свободный выход воды в уширение происходит через отверстие 5, снабженное задвижкой, которая закрывается только в случае, когда является необходимость поднять плавающую часть. Для этого спускают в щель между стенкой и поплавком 2 всю воду верхнего резервуара 1 и добавочного резервуара 4, укрепленного над резервуаром 2. Проникнуть в нижнюю часть третьего резервуара можно только после укрепления поднятой плавающей части и откачки воды из нижней части третьего резервуара. Резервуар 4 исполняет целый ряд функций, о чем будет сказано ниже. В частности, часть воды в нем служит баластом, потребным для первоначальной установки уровня воды в верхнем резервуаре на необходимые отметки, так как подсчитанный по проекту вес плавающей конструкции может отличаться от ее действительного веса.

Жесткая конструкция, соединяющая верхний резервуар с нижним, показана в виде трехгранной фермы 6 на фиг. 5.

Направляющими для трех катков 7 в нижней части служат рельсы 8, заделанные в стенки нижнего третьего резервуара, а в верхней части - три железобетонные фермы 11 с рельсами 9 и катками 10. Другие три фермы связаны между собой и с первыми фермами железобетонными кольцами и образуют каркас для заполнения легким материалом стенок шатра башни. В верхней части со стороны, обращенной к каткам, железобетонные фермы должны иметь вертикальные участки на высоту возможного перемещения верхнего резервуара. Чтобы катки работали по возможности без нагрузки, следует центр тяжести плавающей конструкции и метацентр поместить на одной вертикали (этого можно достичь, поместив, например, на дно полого резервуара добавочную эксцентричную нагрузку). На трех железобетонных фермах показаны выступы-кронштейны 12 для того, чтобы иметь возможность подвесить пустой верхний резервуар, например, при помощи укладки балок 13 на эти кронштейны (фиг. 5) и нарастить поддерживающую его трехгранную ферму. Эта возможность может дать большую статью экономии энергии. Так как максимальное падение напора в сети при наибольшем водопотреблении с течением лет увеличивается вместе с приростом населения, то проектная высота дна напорного резервуара исчисляется по 15-20-му году эксплоатации водопровода; при этом, конечно, неизбежна бесполезная трата энергии в предыдущие годы на подъем воды на излишнюю высоту. Этой траты энергии можно избежать, если своевременно производить наращивание строительной высоты плавающей конструкции в соответствии с потребным напором. На чертеже (фиг. 2) трехгранная ферма показана наращенной двумя добавочными элементами. Любое промежуточное положение уровня воды в башне в пределах высоты одного наращенного элемента может быть получено путем выпуска соответствующего количества баластной воды из резервуара 4, который после установки нового элемента должен быть вновь заполнен водой. О необходимости повышения и понижения воды в напорном баке в каждый момент зксплоатации следует судить по показаниям контрольного манометра, установленного у невыгоднейшей точки сети. Этим будет достигнута максимальная экономия.

По чертежу (фиг. 2) башня снабжена следующими трубами: переливной 14, опускающейся в щель между нижним полым резервуаром и суженной частью третьего резервуара; спускной 15, снабженной задвижкой и соединенной с переливной трубой. Излишек воды, попавшей в третий резервуар, вытекает в канализацию через свою переливную трубу 18. Туда же уходит вода, выпущенная из резервуара 4 при открытии задвижки отверстия 5. Напорная труба 16 соединена гибким шлангом 19 с верхним резервуаром. По обе стороны шланга показаны задвижки на случай его смены; в этом случае пускается в действие сифон 20 с зарядным вантузом наверху, составляющим продолжение трубы 16. Верхний конец 21 напорной трубы 16 приподнят над дном резервуара. Слой воды ниже ее верха составляет неприкосновенный пожарный запас, поступающий в сеть только при открытии задвижки на ответвлении 22. Особую статью экономии энергии составляет временное повышение уровня воды в башне на случай пожара. Для этого следует выпустить в щель из резервуара 4 часть воды, достаточной для поднятия напора. Иногда при проектировании водопровода отказываются от хранения пожарного запаса в башне, так как неприкосновенный запас можно иметь благодаря задвижке на трубе 22 только при наличии обслуживающего персонала при башне. Отсутствие ответвления 22 не дает гарантии того, что в нужный момент пожарный запас окажется в наличности. Поэтому предпочитают, вместо пожарного запаса воды в башне, установку дополнительного агрегата на нососной станции и временное повышение напора на валу всех работающих насосов. Однако, следующая статья экономии, которую можно получить от башни предлагаемого устройства, требует постоянного обслуживающего персонала. Соответственно колебаниям водопотребления и подачи насосами воды в течение суток, можно составить расписание по часам минимально необходимого уровня воды в напорном резервуаре. Это можно осуществить опорожнением и наполнением резервуара 4 при открытой задвижке отверстия 5. Такое расписание лучше всего составить по данным вышеупомянутого контрольного манометра. В случае наличия больших колебаний величины необходимого напора и при регулировании его, выгодно применить многоярусное уширение третьего резервуара.

На фиг. 6 показана схема двухърусного уширения. При работе нижнего яруса задвижка отверстия 5 открыта. Она закрывается при работе верхнего яруса, у которого имеется аналогичное отверстие 24 с задвижкой. Окончательная установка на требуемой отметке уровня верхнего резервуара достигается выпуском соответствующего количества воды из резервуара 4 и резервуара 23. При двухъярусном уширении объем резервуара 4 может быть уменьшен в два раза. Вода в резервуаре 23 должна пополняться при помощи насоса из уширений обоих ярусов. Открытая трубка 26 сообщает нижнее уширение с атмосферой. Затраты энергии на подкачку воды в резервуар 23 или 4 составляют весьма малую долю той экономии, которая получается от работы башни с оптимальным уровнем.

Вышеуказанным не исчерпывается вся возможная экономия от применения башни с постоянным уровнем. В настоящее время при проектировании водопроводов отдают предпочтение центробежным насосам с электродвигателями, если имеется электростанция в городе, не только благодаря компактности установки такого агрегата и несложности управления, требующего сравнительно небольшого штата, но главным образом, благодаря экономичности ее. Благодаря меньшему диапазону напора на валу центробежного насоса, в башне с постоянным уровнем увеличивается средний коэфициент полезного действия насоса и электродвигателя, у которого так называемый cosφ увеличивается.