Что такое водонапорная башня и как она работает

Выбираем качественный материал

Основной материал — это фанера. Выбор ее всегда сложен. Каждый из нас наверняка сталкивался с такой проблемой как расслаивание фанеры с торцевой части и задавался таким вопросом, от чего же такое расслаивание? Ну как же, в основном это из-за некачественной фанеры. Если Вы взяли лобзик в руки не в первый раз, то можно подобрать фанеру из остатков от предыдущей поделки. Если же Вы новичок в выпиливании и у Вас нет фанеры, то купите ее в строительном магазине. Выбрать материал для выпиливания всегда сложно. Выбирать фанеру нужно всегда внимательно, чаще смотреть на пороки дерева (сучки, трещины) и делать выводы. Сложность выбора фанеры заключается в том, что как бы ни прогадать ее пороки и срок хранения. К примеру, купили Вы фанеру, зачистили ее, перевели чертеж и вдруг она начала расслаиваться. Конечно же, такое бывало почти у каждого и это ох как неприятно

Так что лучше уделить внимание при выборе и выбрать хорошую фанеру. Я написал специальную Статью, в которой поэтапно описаны все принципы выбора фанеры

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.

Как работает водонапорная башня

Принцип работы любой водонапорной башни основан на законе сообщающихся сосудов: под собственным весом вода из резервуара вытесняется в отводную трубу до момента выравнивания значений давления в резервуаре и давления в трубопроводах водопроводной сети потребителей.

Как работает водонапорная башня

Весь принцип работы можно описать так:

• 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 датчика отключает подачу электропитания на насос.
• При понижении уровня до минимально установленного значения происходит включение насоса.

В случае выхода из строя насоса или при внезапном отключении электричества оставшаяся в резервуаре вода продолжает бесперебойно поступать к точкам потребления в объёме, который зависит от размеров накопительного бака и минимального уровня его заполнения.

Главное в этой системе чтобы бак с водой был выше потребителей воды, иначе вода не будет течь.

При этом слишком большая высота размещения бака потребует лишнего расхода энергии при работе насосов, поднимающих воду на эту 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.

Технические характеристики

Габариты водонапорной башни высчитываются с учетом объема:

Объем, куб.м.	10	15	25	50	160
Диаметр бака	2400	3020	3020	3020	3020
Общая высота, м	11,5	15,5	21,5	26,6	26
Вес, кг	2500	3100	5500	12000	26600

При проектировании водонапорных конструкций обязательно осуществляется контроль состояния воды. Ресурс должен обязательно соответствовать ГОСТу и санитарным требованиям. В противном случае такая скважина не должна осуществлять подачу воды для общего пользования.

Высота водонапорной башни с металлическим корпусом должна быть не более 18 м при постоянном объеме 3020 мм и весить не меньше 2,5 тонн.

История возникновения

Водонапорная башня была разработана инженером А.А. Рожновским в 1936 году. До этого момента в стране использовали подобные сооружения, построенные из кирпича. Рожновский же предложил очень выгодное решение проблемы накопления и хранения воды. При этом строение очень быстро монтируется – всего 2–4 дня. На его сооружение уходят минимальные затраты. Кроме того, отсутствует необходимость обязательного подогрева, выполняемого с целью предотвращения замерзания воды.

В 1942 году А.А. Рожновский был удостоен Сталинской награды за свое изобретение.

Но башни, не нуждающиеся в подогреве, разрабатывал не только А.А. Рожновский, но и П.И. Земсков. Последний пришел к выводу, что при возведении таких сооружений можно экономить значительные денежные средства.

Железная дорога в тот момент нуждалась в больших резервуарах, где можно было бы хранить запас воды, предназначенной для паровозов. До 1951 года водонапорные башни применяли только таким образом. Но после эти строения начали появляться и в сельском хозяйстве.

Как используются водонапорные башни при низких температурах

Башни, созданные А.А. Рожновским, сегодня применяются в самых разных климатических условиях, в том числе и в условиях низкой температуры. Но даже эти конструкции имеют ограничения, что не дает возможности использовать их в следующих условиях:

• в зимний период расчетная температура не должна быть ниже -35°С;
• приемлемой массой снегового покрова является 100 кгс/м и менее;
• возможное давление ветра — 38 кгс/м и менее;
• отсутствуют грунтовые воды;
• допускаемой сейсмической активностью в районе может быть 6 баллов и ниже;
• грунты должны быть не пучинистые, не просадочные, т. е. однородные.

Решающую роль во время установки водонапорной башни Рожновского играет учет пределов минусовой температуры. К примеру, процесс установки и эксплуатации конструкции невозможен в условиях вечной мерзлоты или в зоне развития карстового процесса.

В большинстве случаев водонапорную башню нет необходимости утеплять специальными средствами. Обычно происходит естественное образование тепловой «рубашки».

Если вода используется в штатном режиме, то она просто-напросто не успеет замерзнуть. В случае если она применяется реже, то на резервуар можно установить дополнительный «шатер» из дерева, который замедлит процесс замерзания. Когда водонапорная башня используется в полевых условиях, то перед зимой воду следует слить, чтобы предотвратить ее замерзание.

При подготовленной площадке монтаж конструкции в большинстве случаев занимает не более трех дней. Основой служит железобетонный монолитный фундамент, предусматривающий закладные детали. К ним приваривается днище опоры. Далее нижняя часть обсыпается грунтом, высота которого должна составлять не менее 2,5 метра. Этот грунт следует возобновлять через 3–4 года. Он нужен для предотвращения коррозии, что существенно продлит срок эксплуатации.

Кроме того, через каждые 3–4 года, а также при регулярном использовании, следует обновлять покрытие и внутренние поверхности.

Следует помнить, что если предприятие решило установить такую конструкцию, как водонапорная башня, цена будет зависеть главным образом от объема резервуара и высоты опоры.

Водонапорная башня – незаменимая часть системы автономного водоснабжения. Ее можно увидеть в любом старинном городе.

Но если в городах водонапорные башни сохранились лишь в качестве исторических памятников, в небольших населенных пунктах их до сих пор используют по прямому назначению. Когда же впервые появилась первая водонапорная башня, каково было ее предназначение и принцип работы?

Перестройка с пристройкой

В прошлом году старая башня в Бресте была продана с аукциона группе компаний «Стратег». Архитектор Юрий Литвинский рассказал, что башню реконструируют под административные и торговые помещения, на верхнем этаже планируется кафе.

В результате реконструкции внешний вид башни изменится существенно. Архитектор объясняет, что перепрофилирование башни требует решения сложных технических задач.

— Это в первую очередь инженерное сооружение, которое никогда не отапливалось и не имело таких коммуникаций, как электричество, бытовая канализация, — говорит Юрий Литвинский. — Внутри башня полая, без перекрытий. Толщина стены у основания — 80 см, в верхней части — 60 см. По проекту реконструкции в ней появятся перекрытия между девятью этажами. Площадь каждого невелика — всего 30 «квадратов». Общая площадь здания составит 927 м2.

Сверху, в расширении башни, будет кафе с видом на город. Сама башня получит утепление стен и облицовку из состаренного кирпича. Делать лифт внутри нецелесообразно: вместе с лестницей он «съест» все свободное пространство. Поэтому лифт поместят в стеклянную пристройку рядом. У подножия башни появится двухэтажный стилобат.

Сейчас проект реконструкции находится на стадии согласования, а сдача объекта в планах компании уже в следующем году.

Из башни в Борисове хотели сделать жилье — достроить ее до девятиэтажного здания. Проект предусматривал реконструкцию здания под жилой дом.

Структура проекта водонапорной башни

      Независимо от способа возведения, башни имеют схожий набор функциональных элементов. Большее или меньшее их число, а также современность этих частей зависят от года возведения, качественного уровня подаваемой жидкости, высоты залегания грунтовых вод и т.д. В базовый набор узловых составляющих водонапорной башни входят:

1. Резервуар. Ёмкость, дно которой находится над самой высокой точкой забора воды. Она обязательно создаётся из материалов, устойчивых к постоянному воздействию воды и различных негативных природных факторов.

2. Опорная конструкция. Башня без опоры существовать не может. На архитектора возлагается задача по созданию надежной и внешне привлекательной опоры, в частности, когда речь идёт об установке башни в черте города наряду с другими архитектурными объектами. В советское время пришли к мысли о том, как легко и оригинально совместить сразу две функции – использовали стальную трубопроводную часть в качестве опоры.

3. Трубопровод(ы). Любой резервуар должен заполняться перед подачей воды в систему, а потому в конструкции башни присутствует два трубопровода. Подающая линия подводится от насосов через крышку ёмкости, а распределительная находится в нижней части резервуара и подключается к водоразбору. Напорная труба, отводящая воду, должна иметь большой диаметр (не менее 20 см).

4. Вентиляционный люк или шахта. В нижней части резервуара делают вентиляционный блок, за счет которого будет выравниваться давление внутри и снаружи.

5. Насосная станция. Это отдельная от водонапорной башни постройка, возводимая поверх скважины. За счет установленных под землёй насосов и прочего оборудования (системы и датчики, позволяющие автоматизировать рабочий процесс) подающий трубопровод эффективно перекачивает воду, заполняя резервуар до нужного (предельного) уровня.

6. Фильтрационные элементы. Распределение воды, особенно питьевой, без использования фильтров попросту недопустимо.

Водонапорные сооружения и резервуары

В системе водоснабжения применяются напорно-регулирующие сооружения, предназначенные для создания необходимого напора в разводящей магистрали, регулировки подачи воды в сеть и создания запаса воды на время отклонения насосной станции.

На практике применяют два типа напорно-регулирующих сооружений: водонапорную башню и пневматический котел (безбашенное сооружение). В первом случае наружный напор создается за счет поднятия водонапорного бака на необходимую высоту; во втором – за счет давления сжатого воздуха, заполняющего пространство выше уровня воды в герметически закрытом котле.

Сборно-блочные башни конструкции инженера А. А. Рожновского получили на фермах наибольшее распространение. Башни монтируют на месте из отдельных металлических блоков, изготовленных на заводах. Нижняя часть башни, утепленная земляной обсыпкой, целиком заполняется водой. Этот запас воды удваивает резервную вместимость башни.

Неутепленную башню применяют там, где температура воды подземных источников не ниже 4° С и обмен воды в башне происходит не реже одного раза в сутки.

При интенсивной циркуляции вода в башне не замерзает даже при значительном снижении температуры.

Для автоматизации управления к водонапорным башням выпускают аппаратуру, которая поддерживает постоянный запас воды и повышает надежность работы оборудования насосных станций. Сборно-блочная конструкция башни позволяет намного сократить сроки монтажа сооружения и снизить стоимость строительства.

Безбашенные напорно-регулирующие сооружения предназначены для автоматизации водоснабжения животноводческих ферм и других объектов.

На фермах широко распространены безбашенные автоматические водоподъемные установки типа ВУ, например, установка ВУ5-30. Вихревым насосом вода подается в воздушно-водяной бак, из которого через водоразборную магистраль поступает к потребителям. Излишки воды накапливаются в баке, сжимая в нем воздух. Как только давление в баке достигнет расчетного реле давления ( в нормальном положении контакты реле давления постоянно замкнуты) разомкнет электрическую цепь магнитного пускателя, электродвигатель насоса остановится и вода потребителям будет подаваться под действием сжатого в баке воздуха. При уменьшении давления до определенного значения контакты реле замкнутся и в работу включится насос, который снова начнет подавать воду в бак.

Во время работы установки объем воздушной подушки в баке вследствие неплотности соединений растворения воздуха в воде уменьшается. Это приводит к увеличению частоты включения установки и ускоряет износ электродвигателя и насоса. Для автоматического заполнения бака воздухом служит струйный регулятор запаха.

Установки просты по конструкции, гигиеничны и удобны в эксплуатации, не требуют постоянного обслуживания. Благодаря применению установок ВУ сокращается расход труб, исключается строительство дорогостоящих металлоемких водонапорных башен, себестоимость подачи 1 м воды снижается в 1,5…2 раза.

Для хранения запасов воды иногда используют безнапорные резервуары, из которых вода может подаваться в водопроводную сеть насосами.

Вместимость баков водонапорных башен и резервуаров выбирают в зависимости от суточного расхода воды, характера расходования ее по часам суток и работы насосной станции. Характер расходования воды по часам суток может быть установлен в результате подсчетов значений коэффициентов часовой неравномерности для каждого потребителя с учетом принятого на ферме распорядка дня.

Регулирующая вместимость бака или резервуара зависит от продолжительности работы насосной станции. Расчетами и практикой определено, что бак или резервуар минимальной вместимости может быть выбран в том случае, если насосная станция работает в сутки не менее 16…19 часов.

Конструктивные особенности водонапорных башен Рожновского

Объём резервуара, высота и размер подходящего водопровода зависит от ряда факторов, в том числе предполагаемого расхода воды, типа скважины или глубины залегания водоносного горизонта. Для автономных систем водоснабжения в настоящее время используются различные схемы подачи воды. Установку водонапорной башни производят в следующих случаях:

• Неравномерный расход воды в течении суток;
• Требуется большой запас воды;
• В случаях с частыми перебоями подачи электричества для электронасосов;
• Большое количество водопотребителей;

Хотя водонапорные башни имеют и ряд недостатков, но они все компенсируются лёгкостью и удобством их обслуживания, простотой установки и монтажа, а также низкой ценой и быстрой скоростью установки практически в любой местности. Но самое главное достоинство водонапорной башни Рожновского является её высокий уровень автоматизации работы и возможность удалённого слежения за её состоянием, не требующий постоянного нахождения человека для её обслуживания.

К примеру, во многих поселках и садовых товариществах для централизованного водоснабжения используются водонапорные башни, невзирая на громоздкость конструкции, система водоснабжения при этом отличается простотой и высокой надежностью. Для нормального функционирования такого водопровода не требуется больших затрат и позволяет установить в скважину недорогой высокопроизводительный отечественный насос, который не требует серьёзного обслуживания и каких-либо особых условий эксплуатации.

Очередь на реконструкцию

Пожалуй, на этом список башен, получивших вторую жизнь, обрывается. Но есть еще и «очередники» — водонапорки, которым обещали нечто лучшее, чем заряд тротила.

Например, самая известная водонапорная башня Минска в районе пересечения железной дороги и проспекта Жукова уже с начала 90-х ждет реконструкции. Ее постройка датирована началом XX века, стиль ― неоготика, на стене есть охранная табличка. Раньше башня обеспечивала водой больничные корпуса, паровозное депо и станцию. Кстати, это единственное инженерное сооружение начала XX века, сохранившееся до нашего времени.

В 1991 году башня перешла в частные руки, но собственник так и не решил, что с ней делать, и продал архитектору Сергею Асташенку. Последний два года назад заявлял прессе, что намерен открыть в бывшей водонапорной башне творческую мастерскую.

Внутри даже начались работы по реконструкции: появились новые перекрытия, вместо деревянных щитов в оконных проемах — стеклопакеты. Но, похоже, работы еще не закончились. На первом этаже горит свет, слышны голоса. Но оценить актуальное состояние башни не удалось: железная дверь заперта, а люди внутри общаться с журналистом отказались.

В Минске это не единственная водонапорная башня. Просто другим повезло меньше.

Например, башня на территории авиационного колледжа по улице Уборевича была построена в 1930 — 1950 годы. Сейчас вход заложен.

А вот башня в бывшем имении Тышкевичей в Логойске. Ей тоже не повезло — классическая заброшенка, хотя состояние стен отличное.

Устройство охранной зоны башни и правила эксплуатации

Санитарная охрана источников водоснабжения является необходимой и имеет следующие цели:

–  обеспечения населения доброкачественной водой для хозяйственно-питьевых нужд в достаточном количестве;

–  предупреждение загрязнения как открытых источников водоснабжения, так и подземных;

–  установление условий и проведение мероприятий, при которых возможно использование водоемов для хозяйственно-питьевых целей.

В целях обеспечения населения доброкачественной питьевой водой действует ГОСТ 2874-73 «Вода питьевая» в котором регламентированы нормативы качества подаваемой населению водопроводной воды и определение ответственности хозяйственных организаций за несоблюдение этих нормативов.

Санитарные требования к качеству воды источника водоснабжения, который используется для хозяйственно-питьевых целей, изложены в    ГОСТ 2761-74 «Источники центрального хозяйственно-питьевого водоснабжения».

Обслуживание башен Рожновского

Срок службы БР – 30 лет при соблюдении правил эксплуатации, которые предписывают проводить техническое обслуживание сооружения раз в 3-4 года:

1. покраска
2. удаление ржавчины внутри бака с последующей промывкой и дезинфекцией
3. ликвидация трещин и течи
4. замена первого металлического кольца
5. уход за железнобетонным основанием

При обнаружении крена башни или протекании сварных швов эксплуатация башни прекращается, воду сливают и устраняют неполадки. Если гидротехническое сооружение эксплуатируется в сильный мороз (при – 35°C и ниже), требуется выполнить теплоизоляцию бака с электроподогревом..

Унифицированные железные башни Рожновского изготавливаются на основе ТП 901-5-29, утвержденного проектными организациями Советского Союза в семидесятых годах прошлого столетия. Согласно этому проекту башня содержит накопительный бак с объемом воды не более 50 кубометров. Высота опор не превышает 18 метров. Диаметр бака постоянный (3020 мм) и не зависит от объема.

В Гродненских башнях — Касе и Басе — мастерские художников, в Гомельской — ресторан

Водонапорные башни есть во многих городах Беларуси. В советский период их делали из металла или бетона, и внешне они не могут претендовать на главные роли в фантастических фильмах. А вот мимо памятников индустриальной архитектуры XIX и начала XX веков сложно пройти мимо. Их строили из кирпича, по форме они могли быть как круглые, так и многоугольные, с внешним декором. К сожалению, многие башни за ненужностью разбирали на кирпичи или просто взрывали. Но некоторым удалось уцелеть.

В историческом центре Гродно у железной дороги сохранились две восьмигранные башни. Их высота — 22 метра, накрыты восьмискатными крышами. По центру идут трубы для подачи воды в резервуары в верхние части. Башни были возведены после открытия в Гродно водопровода при участии Всероссийского акционерного водного общества и принадлежат к памятникам архитектуры в стиле эклектики. Кстати, башни не близнецы. Из общего у них только размеры. А вот фасады абсолютно разные.

Южная башня возведена в 1890 году. Здание внутри поделено на 4 яруса. Ее фасады имеют сдержанный декор. С третьего яруса есть выход на балкон.

Северная башня построена в 1910 году. Она поделена на 6 ярусов. Ее фасады по сравнению с соседкой более богато декорированы. Балкона у нее нет, зато на третьем ярусе у башни высокие сдвоенные окна.

Башни являются местной достопримечательностью. Горожане даже дали им имена: Кася и Бася. Говорят, так звали двух подруг, которые работали в разных организациях, которые когда-то размещались в башнях. Теперь в них художественные мастерские.

Здание бывшей водонапорной башни в Гомеле стоит в самом центре города. Ее построили в послевоенное время, в 1953 году. В частные руки она перешла уже в нашем, XXI веке.

Теперь в башне ресторан. Называется он, как вы догадались, «Башня».

Правда, само заведение находится в трехэтажном новострое, башня в ресторанной жизни мало задействована.

В Полоцке водонапорку построили в 1953 году. В диаметре она 8 метров, высота — почти 33 метра. Долгое время она пустовала, но сносить ее никто не решался. По гомельскому пути не пошли и открыли в башне природно-экологический музей.

Открытию предшествовала реконструкция: лестница теперь по центру башни. На самом верху находится обзорная площадка, откуда открывается прекрасный вид на Полоцк. Без пристроек не обошлось: к башне примыкает современная конструкция из стекла и металла с лестницей внутри. По ней можно попасть на один из трех уровней башни.

В Бобруйске водонапорной башне тоже нашли применение — в ней теперь ресторан «Чырвоная вежа».

В ней легально варят самогон, а у входа стоит скульптура Шуры Балаганова.

К слову, это заведение принадлежит госпредприятию — бобруйскому «Водоканалу».

Вместо итогов

Современные насосные системы практически вытеснили водонапорные конструкции. Электроника и прочее оборудование, которое адаптирует работу насоса под условия, становятся «умнее» и постоянно удешевляются. Вероятно, со временем люди полностью откажутся от идеи использования водонапорных конструкций и встанет другая проблема: куда девать сооружение. Возможно, появятся экзотические хостелы с панорамным видом с последнего этажа, новые музейные экспозиции. Есть и другая тенденция: такие сооружения выкупают и переоборудуют под жилые дома. В Сети можно нагуглить море оригинальных историй, но они, наверно, заслуживают отдельного рассказа.