Ювелирное обозрение

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?

Экскурс в историю

Водонапорная башня – это сооружение, состоящее из накопительного резервуара и основания.

Она является частью системы водоснабжения и предназначена для регулирования напора и расхода воды в водопроводной сети.

Благодаря наличию накопительной емкости, она позволяет создавать запас воды и регулировать график работы насосных станций.

Устройство водонапорной башни очень простое. Конструкция сооружения состоит из основания, опорной трубы и накопительной емкости, располагаемой сверху.

Такая особенность позволяет осуществлять подачу воды без применения специального оборудования. В трубопроводы вода поступает самотеком под собственным давлением.

Прообразом водонапорных башен являлись специальные накопительные емкости, использовавшиеся людьми еще 5 тысячелетий назад.

А строительство башен началось в средние века, когда самотечные системы водоснабжения уже не могли обеспечивать водой стремительно растущие города.

В России такое гидротехническое сооружение впервые появилось в Пскове. Именно в этом городе был построен первый водопровод. А в XVIII веке они стали возводиться повсеместно.

Стоит отметить, что старинные водонапорные башни возводились преимущественно из камня. Чуть позже камень заменили красным кирпичом.

И лишь во второй половине XX века для строительства этих сооружений начали применять стальные листы. Идея по замене камня сталью принадлежит советскому инженеру Рожновскому. Он же предложил модернизировать систему путем установки насосного оборудования, с помощью которого резервуар заполнялся водой.

Функциональные возможности

Высота водонапорной башни, как правило, не превышает 35 метров. Этот показатель напрямую зависит от высоты обслуживаемых зданий. То есть емкость, в которой накапливается вода, должна располагаться выше мест распределения.

В функции данного гидротехнического сооружения входит следующее:

1. подача жидкости в трубопроводы под давлением, определяемым высотой расположения резервуара;
2. обеспечение равномерного давления при интенсивном водопотреблении;
3. обеспечение резерва воды на случай пожара, выхода из строя основной станции водоснабжения, в том числе при отключении электроэнергии.

Вода в гидротехническое сооружение поступает из скважины или другого источника (реки, озера и пр.). Поэтому его устанавливают в непосредственной близости к источнику. В емкость жидкость поступает с помощью насосного оборудования, работающего от электросети.

Виды гидротехнических сооружений

Водонапорная башня, принцип работы которой остался неизменным с конца XIX века, может возводиться в нескольких вариациях.

Но их отличие заключается только в материале, применяемом при строительстве гидротехнических сооружений.

Камень или кирпич. Первые объекты водоснабжения строились именно из камня. Чуть позже его заменили кирпичом.

Сейчас эти материалы не применяют, но старинные башни до сих пор сохранились. А некоторые из них продолжают активно эксплуатироваться.

Железобетон

Этот материал был востребован во времена Советского Союза.

Железобетонные конструкции использовались преимущественно для хранения резервного запаса воды. А бак водонапорной башни из железобетона вмещал до 150 кубометров воды.

Сталь

Из листовой стали проектировались башни Рожновского. Причем их возводили с помощью заводских заготовок. Стальная конструкция отличается прочностью и легкостью установки.

Первые резервуары устанавливали на опоры. А изготавливали их из дерева – самого доступного материала. Сейчас дерево не применяется ввиду высокого риска образования грибков, ухудшающих качество воды.

Особенности конструкции

Внешне сооружение может напоминать форму призмы, пирамиды или бочки. Но схема водонапорной башни от формы не изменяется.

Бесперебойную подачу воды обеспечивают следующие элементы:

• опорная часть или ствол;
• накопительная емкость;
• лестницы, располагаемые снаружи и внутри (могут заменяться скобами с боковым ограждением);
• вентиляционный и смотровой люки, располагающиеся на крышке емкости;
• трубопровод, через который подается и отводится вода;
• переливное устройство, предотвращающее переполнение бака;
• датчики уровня воды;
• приборы, передающие диспетчеру информацию о состоянии сооружения.

Наполнение бака производится с помощью насосной станции, которая устанавливается в непосредственной близости к водонапорной башне.

Накопительный бак

Резервуар устанавливается на основание водонапорной башни. Его форма может быть как прямоугольной, так и цилиндрической.

А объем варьируется от нескольких десятков до нескольких тысяч кубометров. Первый вариант используется в качестве накопителя воды для использования в личных нуждах, а второй – для обеспечения бесперебойной подачи воды на промышленных предприятиях.

Опора

Высота опоры вместе с баком редко превышает 35 метров. От этого параметра напрямую зависит, какое в водонапорной башне давление воды будет поддерживаться.

То есть чем выше опора, тем сильнее давление. Однако слишком высокая опора способна осложнить работу насосного оборудования.

Водопровод

Водопровод объекта водоснабжения состоит из двух труб – подающей и отводящей.

Через подающую трубу производится накачивание воды в накопительный бак. Отводящая труба водонапорной башни служит для подачи воды в места потребления.

Вентиляционный и смотровой люки

Вентиляционный люк располагается в верхней части корпуса бака. Его функция заключается в предотвращении создания вакуума внутри накопителя.

Воздухообмен позволяет предотвратить застаивание воды, в результате которого происходит размножение патогенных микроорганизмов. Высота крышки люка над поверхностью резервуара составляет не менее 20 см.

Смотровой люк позволяет производить обслуживание водонапорной башни. Продлить срок службы сооружения удастся путем проведения работ по покраске, удалению ржавчины внутри бака, промывке и дезинфекции, заделыванию трещин. Эти работы необходимо выполнять через каждые 3-4 года.

Как работает гидротехническое сооружение

Принцип работы данного сооружения заключается в эффекте закона о сообщающихся сосудах.

Он заключается в следующем:

1. насос через подающую трубу закачивает в бак воду, забирая ее из скважины или водохранилища;
2. так как бак располагается высоко, вода под собственным напором поступает в отводящую трубу, а далее в систему водоснабжения;
3. если расход воды небольшой, бак заполняется постепенно;
4. датчик, установленный в резервуаре, отключает насос, когда уровень воды доходит до максимальной отметки;
5. когда уровень жидкости приближается к минимальному, другой датчик включает насос.

Система водонапорной башни настолько проста, что заставляет усомниться в ее надежности. Однако за несколько веков эксплуатации она доказала свою эффективность.

Заключение

Бесперебойная работа водонапорной башни возможна только при своевременном обслуживании, проводимом через каждые 3-4 года.

Это сооружение позволяет создать запас воды, способный удовлетворить нужды, как личного подсобного хозяйства, так и крупного промышленного предприятия.

Видео: Водонапорная башня — как работает и ее устройство

Водонапорная башня – простейшая конструкция, предназначенная для автономного регулирования расхода и напора воды в водопроводной системе. Простой принцип работы водонапорной башни определил ее широкое распространение.

Виды водонапорных башен

Подобные конструкции применяются человечеством несколько столетий. Пик их популярности приходится на конец 19 – первую половину 20 века. В то время они использовались в депо и вокзалах для обслуживания паровозов. С тех пор они утратили свое значение, но до сих пор используются, например, для автономного водоснабжения загородных участков или промышленных предприятий.

Башня Рожновского внешне очень похожа на гранату с рукояткой. Диаметр основания водонапорной башни в 1,5-2 раза меньше диаметра бака. Преимущества такой конструкции заключаются в высокой скорости сборки (полые цилиндры сваривают из стальных листов) и простой установке на территории, а также в сравнительно небольшой массе.

Сейчас для водоснабжения чаще всего устанавливают индивидуальные резервуары в виде объемных металлических баков. В качестве опор используют стальные или железобетонные колонны.

Принцип работы водонапорной башни

Работа водонапорной башни была бы невозможна, если бы не явление выравнивания давления в сообщающихся сосудах, или гидростатического равновесия. Под действием силы тяжести вода в баке вытесняет жидкость из труб до тех пор, пока давление в емкости не станет равным давлению в системе трубопровода. На этом основывался принцип работы водонапорных башен до появления электронасосов.

В то же время насос накачивает воду в емкость башни до тех пор, пока она полностью не заполнится или не сработает автоматика. В момент пиковой нагрузки, когда водопотребление максимально, и насосная станция не справляется с работой, открывается клапан бака, и вода начинает поступать в систему из резерва. Происходит это до тех пор, пока станция подачи воды снова не станет справляться со своими обязанностями. После этого весь цикл повторяется.

Элементы водонапорной башни

Вне зависимости от вида и принципа работы водонапорная башня состоит из 5-6 узлов. Количество элементов может значительно варьироваться и определяется назначением сооружения, его месторасположением, удаленностью первоисточника, качеством воды и другими критериями.

1. Резервуар – стальной, железобетонный или пластиковый бак емкостью от нескольких десятков до нескольких тысяч кубических метров.
2. Опора – рамная или монолитная конструкция из железобетона, стальных балок или красного кирпича высотой не более 25-30 метров. Она должна поддерживать бак выше уровня каждого потребителя.
3. Вертикальный водопровод – подающая труба, идущая от источника и отводящая, диаметром от 200 м, которая прокладывается до водоразборной системы.
4. Вентиляционный люк – на фото водонапорной башни он показан стрелочкой. Он необходим для поддержания объема воздуха в баке и для предотвращения застоя воды.
5. Насосная станция с системами управления – отдельно стоящее сооружение, расположенное, как правило, над источником.

В конструкцию водонапорной башни может быть внедрена фильтрующая система с различной степенью очистки воды, а также блок автоматики для контроля уровня жидкости и предотвращения его падения до критического значения.

Основные функции водонапорной башни

Из принципа работы водонапорной башни вытекает ее основная функция – выравнивание графика работы насосной станции. Представим ситуацию, что насос подает воду напрямую, без промежуточного звена в виде водонапорной вышки.

По желанию каждого потребителя он включается в работу и выключается, то есть работает хаотично. В результате увеличивается износ его механизмов, энергопотребление становится неравномерным, что увеличивает нагрузку на электростанцию.

Вторая функция – поддержание давления в трубопроводе. Вода, расположенная на значительной высоте, под действием силы тяжести сама создает необходимой величины давление в системе. В результате снимается нагрузка с насосной станции.

Дополнительное назначение

Другое назначение и принцип работы водонапорной башни тесно связаны между собой. Вода в источнике очень редко соответствуют установленным санитарным нормам, поэтому если она используется для бытовых нужд или для питья, водонапорная вышка используется как фильтрующая установка.

Создание аварийного запаса воды, который может использоваться в случае поломки водопровода или возникновения пожара – еще одна дополнительная функция водонапорной вышки.

Работа башни с автонасосом

Принцип работы водонапорной башни с автоматическим насосом практически ничем не отличается от описанной нами ранее схемы работы. Исключение составляет лишь тот факт, что в такой системе отсутствует насосная станция как таковая. Ее функцию выполняет компактный электронасос.

При снижении уровня воды в емкости ниже порогового значения системой автоматики подается сигнал, и насос начинает накачивать воду в бак. Как только резервуар полностью заполнится, ждут, пока уровень жидкости снова не упадет.

Такие системы используются чаще всего на частных и дачных участках. В качестве индикатора уровня жидкости выступает поплавок, который, опускаясь почти до самого дна, замыкает контакты и отдает сигнал реле, а то уже руководит работой насоса.

Определение характеристик

Чтобы система исправно выполняла свои обязанности, необходимо, чтобы высота водонапорной башни была больше, чем высота любого другого обслуживаемого сооружения. Именно поэтому резервуары с водой часто можно увидеть на крышах многоэтажных домов (особенно в американских фильмах). Если это условие не выполняется, то возможен застой воды в баке.

Особенности проектирования фундамента

Высота башни и объем бака прямым образом влияют на стоимость башни. Причем речь идет не столько о стоимости поддерживающей конструкции и резервуара, сколько о цене фундамента. Перед выбором типа и глубины заложения основания производится расчет не только на статическую нагрузку, но и на динамическую – во время наполнения бака могут возникнуть колебания, которые выведут конструкцию из равновесия.

Поэтому при установке даже дачной конструкции не пренебрегайте помощью профессионалов. Потратив средства сейчас, вы сможете в будущем не беспокоиться о надежности и работоспособности своей водонапорной башни.

Водоснабжение большинства населенных пунктов вызывает сложности. Поэтому нельзя обойтись без водонапорных башен, которые стабилизируют напор и равномерную подачу ресурса во все дома. Такая конструкция может быть устроена по-разному, но это не влияет на ее работоспособность.

Определение и назначение водонапорной башни

Водонапорная башня представляет собой высокое гидротехническое сооружение. Она предназначена для перекачки и хранения больших объемов воды. Внутренняя конструкция выполнена в виде труб, поднимающихся на разную высоту. При помощи такого строения население может пользоваться водой с подачей хорошего напора. Общий объем резервуара, который присутствует в водонапорной башне, составляет 50 куб.м. Является хорошей альтернативой другим видам водоснабжения.

Преимущественно похожие резервуары конструируются в садоводческих районах, где происходит массовое потребление воды. Установка выполняет следующие функции:

• поддерживает давление в системе трубопровода, чтобы человек мог пользоваться ресурсом без потери силы напора;
• имеет аварийный запас воды, поэтому если необходимо произвести ремонт на источнике, не нужно отключать водопотребление у абонентов;
• готовит воду к употреблению с помощью специальных очистителей;
• выравнивает работу насосного оборудования, чтобы не происходили сбои и большие скачки давления.

Независимо от конструкционных особенностей водонапорная башня всегда имеет одинаковое предназначение. Если строение свою функцию не выполняет, необходимы ремонтные работы.

Виды сооружений

Внутри высокого сооружения имеется трубопроводная магистраль, внутри каждой установлен отдельный рабочий механизм. Существует несколько видов водонапорных башен, которые различаются внешним видом и особенностью работы.

• Строение, выложенное камнем. Такие варианты сооружали еще в прошлом веке. Ее основой служит каленый кирпич, который выдерживает внушительные климатические воздействия (порывы ветра, осадки).
• Железобетонный конструкции. Литые водонапорные башни выполнены из гиперболоидных блоков, представляют художественную ценность. Такие конструкции не уступают по прочности другим вариантам.
• Водонапорная башня на металлической конструкции. Имеет стальной каркас, по внешнему виду может иметь различную устойчивую геометрическую форму.
• Башня в форме «Гранаты». Изготавливается из двух конусов разного диаметра. Основанием конструкции служит опора в форме толстой трубы. Такой вариант отличается простотой монтажа, но не удобен при транспортировке, поэтому стараются перевозить конструкцию частями.
• Индивидуальное строение. Обычно используется для частных целей. Устанавливается резервуар небольшого объема, до 500 литров, на который работает индивидуальная насосная станция. Для подготовки такого сооружения владельцу требуется соответствующее разрешение.

Высота строения выбирается так, чтобы из резервуара вода вытекала максимально быстро, без препятствий.

Любая башня подразумевает наличие специальных лестниц и перил безопасности для обслуживания.

Принцип работы

Водонапорные башни устанавливаются преимущественно в дачных поселках, частных секторах или на предприятиях. Они создают высокое давление. Соответственно, чем выше будет конструкция, тем сильнее напор в трубопроводе. Максимальная высота сооружения составляет 35 м.

Принцип работы водонапорной башни:

1. Из организованной скважины, которая расположена в нижней центральной части ВБ, вода поступает в резервуар при помощи накачивающего насоса.
2. После накопления в резервуаре ресурс подается в магистральные трубопроводы, подходящие к домам.
3. Как только резервуар полностью заполнен, а водопотребление минимально, насосная станция отключается до первого объемного водозабора.
4. В случае аварии на башне вода самостоятельно уходит по трубопроводу к потребителям до тех пор, пока бак полностью не опустошится, напор при этом имеет слабую интенсивность.

Схема устройства водонапорной башни может различаться в зависимости от установленного типа насосного оборудования.

Все работы по обустройству башен должны выполнять профессиональные работники, имеющие инструкции и конкретные навыки. Подтверждением является свидетельство о профпригодности.

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.

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.

Этапы монтажа

Строительство башни начинается только после точного определения места скважины. На предварительном этапе происходит исследование источника и его пригодность для человека. Дальнейшее конструирование осуществляется несколькими этапами.

1. Устанавливается башня на монолитном фундаменте на определенную глубину, в зависимости от типа строения.
2. Реализуется внутреннее устройство: трубопровод, лестница для обслуживания. Сразу устанавливаются разводные трубопроводы и устройство для перелива.
3. Под башней или рядом с ней устанавливается колодец с трубами, от которого и осуществляется поставка ресурса.
4. Основная конструкция и корпус монтируются на завершающем этапе.

В зоне действия водонапорной башни обязательно устанавливается ограждение и охранный пункт в целях защиты сооружения от неблагоприятного антропогенного воздействия. Вход на территорию водопроводного объекта несанкционированным способом запрещен. Все ворота и калитки замыкаются и пломбируются.

Перед наступлением холодных сезонов обязательно утепляют внутренние и внешние трубопроводы.

Перед монтажом конструкции, регулирующей напор воды в жилые дома, необходимо точно разработать проект, в котором указываются все детали, которые будут обеспечивать полноценное водоснабжение.

В ходе эксплуатации водонапорной башни рекомендуется ежегодно менять внешнее покрытие, если корпус изготовлен из металла. Обычно установку окрашивают голубой или серебристой водостойкой краской.

Цены на водонапорные башни

Расчет стоимости сооружения водонапорной конструкции зависит от глубины залегания источника, а также места размещения конструкции. Также на цену влияет выбор материала и монтажные работы. Влияет удаленность пункта от строительной организации, объем накопительного бака, климатические и геологические условия.

В среднем конструкция с диаметром бака 2400 мм составит порядка 220 тыс. рублей.