ВОДОНАПОРНАЯ БАШНЯ Советский патент 1934 года по МПК E04H12/30 

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.

1. Водонапорная башня, отличающаяся тем, что напорный бак 1 ее жестко связан с поплавком 2, помещенным в резервуаре 3, наполненном водой, с целью поддержания уровня воды в напорном баке на определенной отметке при колебаниях расхода водопроводной сети и изменениях степени наполнения бака (фиг. 1).

2. Форма выполнения башни по п. 1, отличающаяся тем, что верхняя часть резервуара 3 уширена, по сравнению с нижней частью, в которой поставлены направляющие для передвижения в ней поплавка 2 (фиг. 1).

3. В башне по пп. 1 и 2 применение добавочного резервуара 4, связанного с поплавками и предназначенного путем наполнения его водой или опорожнения регулировать или изменять (по условиям зксплоатации сети) отметку уровня воды в напорном баке, поддерживаемую поплавком (фиг. 2).

4. Форма выполнения башни по пп. 1-3, отличающаяся тем, что верхняя уширенная часть резервуара 3 отделена от нижней его части стенками 25, являющимися продолжением стенок этой нижней части, и сообщена с ней отверстиями, перекрываемыми задвижками (фиг. 2).

5. Форма выполнения башни по п. 4, отличающаяся тем, что отделенная от нижней части верхняя часть резервуара разделена на несколько ярусов горизонтальными перегородками (фиг. 6).