Водонапірна башта: принцип роботи, призначення, характеристики

Водонапірна вежа – найпростіша конструкція, призначена для автономного регулювання витрати і тиску води у водопровідній системі. Простий принцип роботи водонапірної башти визначив її поширення.

Види водонапірних башт

Подібні конструкції застосовуються людством кілька століть. Пік їх популярності припадає на кінець 19 - першу половину 20 століття. В той час вони використовувалися в депо та на вокзалах для обслуговування паровозів. З тих пір вони втратили своє значення, але до цих пір використовуються, наприклад, для автономного водопостачання заміських ділянок або промислових підприємств. Перші водонапірні башти зводилися переважно з червоної цегли, рідше – з дерева. Потім з'явилися залізобетонні конструкції. У другій половині 20 століття вчений Рожновський запропонував свою конструкцію із сталевих листів.


Башта Рожновського зовні дуже схожа на гранату з рукояткою. Діаметр основи водонапірної башти в 15-2 рази менше діаметра бака. Переваги такої конструкції полягають у високій швидкості збірки (порожнисті циліндри зварюють з сталевих аркушів) і простій установці на території, а також у порівняно невеликій масі. Зараз для водопостачання найчастіше встановлюють індивідуальні резервуари у вигляді об'ємних металевих баків. В якості опор використовують сталеві або залізобетонні колони.

Принцип роботи водонапірної башти

Робота водонапірної башти була б неможлива, якби не явище вирівнювання тиску в сполучених посудинах, або гідростатичного рівноваги. Під дією сили тяжіння вода в баку витісняє рідина з труб до тих пір, поки тиск в ємності не стане рівним тиску в системі трубопроводу. На цьому заснований принцип роботи водонапірних башт до появи електронасосів. З появою електронасосів схема їх роботи дещо змінилася. Якщо раніше вони були основними джерелами води в системі, то тепер стали грати роль резерву. У якості «постачальника» води виступає насосна станція, яка подає тиск через систему труб безпосередньо до споживача.


У той же час насос, який накачує воду в ємність вежі до тих пір, поки вона повністю не заповниться або не спрацює автоматика. У момент пікового навантаження, коли водоспоживання максимально, і насосна станція не справляється з роботою, відкривається клапан бака і вода починає надходити в систему з резерву. Відбувається це доти, поки станція подачі води знову не стане справлятися зі своїми обов'язками. Після цього весь цикл повторюється.

Елементи водонапірної башти

Незалежно від виду і принципу роботи водонапірна башта складається з 5-6 вузлів. Кількість елементів може значно змінюватись і визначається призначенням споруди, її місцем розташування, віддаленістю першоджерела, якістю води та іншими критеріями. Так чи інакше, у складі кожної вежі є:

Резервуар – сталевий, залізобетонний або пластиковий бак ємністю від декількох десятків до декількох тисяч кубічних метрів.

Опора – рамна або монолітна конструкція з залізобетону, сталевих балок або червоної цегли висотою не більше 25-30 метрів. Вона повинна підтримувати бак вище рівня кожного споживача.

Вертикальний водопровід – подає труба, що йде від джерела і відводить, діаметром від 200 м, яка прокладається до водорозбірної системи.

Вентиляційний люк – на фото водонапірної башти він показаний стрілкою. Він необхідний для підтримки обсягу повітря в баку і для запобігання застою води.

Насосна станція з системами управління – окремо стояча споруда, розташована, як правило, над джерелом.

У конструкцію водонапірної башти може бути впроваджена фільтруюча система з різним ступенем очищення води, а також блок автоматики для контролю рівня рідини і запобігання його падіння до критичного значення.

Основні функції водонапірної башти

З принципу роботи водонапірної башти випливає її основна функція – вирівнювання графіка роботи насосної станції. Уявімо ситуацію, що насос подає воду безпосередньо, без проміжної ланки у вигляді водонапірної вежі. За бажанням кожного споживача він вмикається і вимикається, тобто працює хаотично. В результаті збільшується знос його механізмів, енергоспоживання стає нерівномірним, що збільшує навантаження на електростанцію. В результаті обслуговуючі компанії змушені витрачатися на дорогий ремонт. Щоб подібного не відбувалося, і встановлюють водонапірні башти. Друга функція – підтримка тиску в трубопроводі. Вода, розташована на значній висоті, під дією сили тяжіння сама створює необхідної величини тиск в системі. В результаті знімається навантаження з насосної станції.

Додаткове призначення

Іншого призначення і принцип роботи водонапірної башти тісно пов'язані між собою. Вода в джерелі дуже рідко відповідають встановленим санітарним нормам, тому, якщо вона використовується для побутових потреб або для пиття, водонапірна вежа використовується як фільтруюча установка. У систему подаючого трубопроводу вбудовують фільтри грубого очищення, які затримують важкі метали, оксиди заліза і свинцю, пісок та інші забруднювачі. У баку поду відстоюється і стає ще чистішим. Система очисних картриджів, встановлених на подаючому водопроводі, може очищати воду від хвороботворних бактерій, доставляючи до споживача ідеально чистий продукт.
Створення аварійного запасу води, який може використовуватися в разі поломки водопроводу або виникнення пожежі – ще одна додаткова функція водонапірної вежі.

Робота вежі з автонасосом

Принцип роботи водонапірної башти з автоматичним насосом практично нічим не відрізняється від описаної нами раніше схеми роботи. Виняток становить лише той факт, що в такій системі відсутня насосна станція як така. Її функцію виконує компактний електронасос. При зниженні рівня води в ємкості нижче порогового значення системою автоматики подається сигнал, і насос починає накачувати воду в бак. Як тільки резервуар повністю заповниться, чекають, поки рівень рідини знову не впаде. Такі системи використовуються найчастіше на приватних і дачних ділянках. В якості індикатора рівня рідини виступає поплавок, який, опускаючись майже до самого дна, замикає контакти і віддає сигнал реле, а то вже керує роботою насоса.

Визначення характеристик

Щоб система справно виконувала свої обов'язки, необхідно, щоб висота водонапірної башти була більше, ніж висота будь-якого іншого обслуговуваного споруди. Саме тому резервуари з водою часто можна побачити на дахах багатоповерхових будинків (особливо в американських фільмах). Якщо ця умова не виконується, то можливий застій води в баку. Іншим важливим параметром водонапірної вежі є обсяг робочої ємності. Цей показник визначається графіком витрати води споживачами. Зазвичай розмір ємності підбирають так, щоб накопиченої рідини вистачило для використання протягом дня. В такому випадку насос буде включатися в роботу тільки вночі, що знизить навантаження на електромережу.

Особливості проектування фундаменту

Висота вежі і обсяг бака прямим чином впливають на вартість вежі. Причому мова йде не стільки про вартість підтримуючої конструкції і резервуара, скільки про ціну фундаменту. Перед вибором типу і глибини закладення основи проводиться розрахунок не тільки на статичне навантаження, але і на динамічну – під час наповнення бака можуть виникнути коливання, які виведуть конструкцію з рівноваги. Проводиться також розрахунок на стійкість з урахуванням впливу вітрового навантаження. Чим вище вежа, тим сильніше вона буде відхилятися від вертикальної площини при сильному і поривчастому вітрі. Розгойдуючись, вежа почне «турбувати» воду, з'являться хвилі, які в кілька разів збільшать допустимий тиск водонапірної башти на заснування. В результаті конструкція зруйнується. Тому при установці навіть дачної конструкції не нехтуйте допомогою професіоналів. Витративши кошти зараз, ви зможете не турбуватися про надійності і працездатності своєї водонапірної башти.