Водонапорная башня: устройство и принцип работы¶
Водонапорная башня — гидротехническое сооружение, представляющее собой опорную конструкцию с резервуаром для воды, поднятым на высоту, необходимую для создания напора в водопроводной сети. Башня обеспечивает подачу воды потребителю под определённым давлением, а также выполняет функцию накопления и регулирования запаса воды. Принцип работы устройства основан на сообщающихся сосудах и гравитации: вода, поднятая на высоту, создаёт давление, достаточное для движения по трубопроводам и подачи в точки водоразбора.
¶История
Первые водонапорные сооружения появились в Древнем Риме, где акведуки подавали воду в городские бассейны (нимфеумы), расположенные на возвышенностях. В средневековой Европе и в России для создания напора использовали деревянные башни с бочками, поднимаемыми на стойки. В XVIII–XIX веках, с развитием городского водоснабжения, начали строить кирпичные и металлические водонапорные башни. В России одним из ранних примеров является водонапорная башня, построенная в 1805 году в Царском Селе (ныне Пушкин) для снабжения водой Екатерининского дворца.
Расцвет строительства водонапорных башен пришёлся на конец XIX — начало XX века, когда сети централизованного водоснабжения создавались в крупных городах и на промышленных предприятиях. С появлением мощных насосных станций и систем автоматического регулирования давления роль башен изменилась, однако полностью от них не отказались.
¶Устройство
Водонапорная башня состоит из следующих основных элементов:
- Опорная конструкция — стальные, железобетонные или кирпичные стойки и колонны, воспринимающие нагрузку от резервуара, наполненного водой.
- Резервуар (бак) — ёмкость для хранения воды, как правило, цилиндрической формы, изолированная от атмосферного воздействия.
- Входной и выходной трубопроводы — подводят воду в бак и отводят её в сеть.
- Водомерный узел — приборы учёта расхода воды.
- Вентили и задвижки — регулируют потоки воды.
- Приборы контроля уровня — поплавковые датчики, сигнализирующие о минимальном и максимальном уровне воды в баке.
- Вентиляционный патрубок — компенсирует перепад давления при наполнении и опустошении резервуара.
- Лестницы и площадки обслуживания — обеспечивают доступ персонала к оборудованию.
Высота башни определяется расчётным напором: каждые 10 метров подъёма воды создают давление около 1 атмосферы (0,1 МПа). Для обеспечения нормативного давления в сети (как правило, 4–6 атмосфер) резервуар поднимают на высоту 30–60 метров.
¶Принцип работы
Работа водонапорной башни основана на законе сообщающихся сосудов и гравитационном давлении столба воды. Основной цикл функционирования включает следующие этапы:
- Наполнение резервуара. Насосная станция подаёт воду по трубопроводу в бак башни. Уровень воды в нём поднимается, создавая запас.
- Поддержание давления в сети. По мере расходования воды потребителями её уровень в баке снижается, и давление в подающей магистрали падает. Башня компенсирует колебания расхода, отдавая накопленную воду в сеть.
- Автоматическое включение насосов. Поплавковый датчик или другой уровеньомер подаёт сигнал на насосную станцию при достижении минимального уровня воды. Насосы включаются, и бак снова наполняется.
- Отключение насосов. При достижении максимального уровня подача воды прекращается.
Таким образом, водонапорная башня выполняет три ключевые функции: создаёт и поддерживает постоянное давление в сети, служит накопителем запаса воды (что важно при авариях и перебоях электроснабжения) и сглаживает пиковые нагрузки, снижая износ трубопроводов и насосного оборудования.
¶Классификация
По конструктивным признакам водонапорные башни подразделяются на:
- Кирпичные и каменные — исторический тип, распространённый в XIX — первой половине XX века.
- Стальные — сварные баки на металлических опорах, получившие широкое распространение в XX веке.
- Железобетонные — башни монолитного или сборного типа, обладающие повышенной долговечностью.
- Комбинированные — сочетание материалов, например, стальной бак на железобетонном основании.
По назначению различают башни муниципального водоснабжения, промышленные, противопожарные и сельскохозяйственные (для полива и водопоя скота).
¶Применение
Водонапорные башни используются в централизованных системах водоснабжения городов и посёлков, на промышленных предприятиях, в железнодорожном хозяйстве (исторически — для заправки паровозов), на объектах сельского хозяйства и в системах противопожарного водоснабжения. В сельской местности и на удалённых объектах башни остаются основным способом создания напора в водопроводной сети.
В крупных городах с развитой насосной инфраструктурой водонапорные башни постепенно вытесняются гидроаккумуляторами и насосными станциями второго подъёма, однако полностью от них не отказываются: наличие накопленного запаса воды повышает надёжность системы при отключении электропитания.
¶Интересные факты
- Высота знаменитой водонапорной башни в Галле (Германия) составляет 77 метров, что обеспечивает напор более 7 атмосфер.
- В России в ряде городов старые водонапорные башни признаны объектами культурного наследия и используются в музейных и туристических целях.
- Водонапорная башня в посёлке Красное на Волге (Костромская область) построена в 1912 году и действует по сей день.
¶Источники
- ГОСТ 2761-84 «Водоснабжение. Источники централизованного водоснабжения»
- СНиП 2.04.02-84 «Водоснабжение. Наружные сети и сооружения»
- Большая советская энциклопедия, статья «Водонапорная башня»
- Энциклопедический словарь Брокгауза и Ефрона