Водна кула: принцип на действие, предназначение, характеристики

2024 Автор: Howard Calhoun | [email protected]. Последно модифициран: 2023-12-17 10:19

Водната кула е най-простият дизайн, предназначен за автономно регулиране на водния поток и налягането във водопроводната система. Простият принцип на действие на водната кула определи широкото й използване.

Видове водни кули

Такива дизайни са били използвани от човечеството от няколко века. Пикът на популярността им пада в края на 19 - първата половина на 20 век. По това време те се използват в депа и гари за обслужване на парни локомотиви. Оттогава те са загубили своето значение, но все още се използват, например, за автономно водоснабдяване на крайградски райони или промишлени предприятия.

Първите водни кули са построени предимно от червена тухла, по-рядко от дърво. Тогава се появиха стоманобетонни конструкции. През втората половина на 20-ти век ученият Рожновски предлага своя дизайн от стоманени листове.

Кулата на Рожновски изглежда много подобна на граната с дръжка. Диаметърът на основата на водната кула е 1,5-2 пъти по-малък от диаметъра на резервоара. Предимствата на този дизайн са висока скорост на монтаж (кухи цилиндри са заварени от стоманени листове) и лесен монтаж на място, както и относително ниско тегло.

Сега за водоснабдяването най-често се монтират индивидуални резервоари под формата на обемни метални резервоари. Като опори се използват стоманени или стоманобетонни колони.

Принципът на водната кула

Работата на водната кула би била невъзможна, ако не беше феноменът на изравняване на налягането в комуникационните съдове или хидростатичното равновесие. Под въздействието на гравитацията водата в резервоара измества течността от тръбите, докато налягането в резервоара стане равно на налягането в тръбопроводната система. Това беше основата за функционирането на водните кули преди появата на електрическите помпи.

С появата на електрическите помпи, схемата на тяхната работа се промени донякъде. Ако по-рано те бяха основните източници на вода в системата, сега те започнаха да играят ролята на резерв. Помпената станция действа като "доставчик" на вода, която доставя налягане през тръбна система директно на потребителя.

В същото време помпата изпомпва вода в резервоара на кулата, докато се напълни напълно или автоматиката заработи. В момента на пиково натоварване, когато консумацията на вода е максимална и помпената станция не може да се справи с работата, клапанът на резервоара се отваря и водата започва да тече в системата от резерва. Това се случва, докато водоснабдителната станция отново започне да се справя със задълженията си. Следцелият цикъл се повтаря.

Елементи на водната кула

Независимо от вида и принципа на действие, водната кула се състои от 5-6 единици. Броят на елементите може да варира значително и се определя от предназначението на съоръжението, местоположението му, отдалечеността на първоизточника, качеството на водата и други критерии.

По един или друг начин всяка кула съдържа:

1. Резервоар - стоманен, стоманобетон или пластмасов резервоар с вместимост от няколко десетки до няколко хиляди кубични метра.
2. Подпора - рамка или монолитна конструкция, изработена от стоманобетон, стоманени греди или червена тухла с височина не повече от 25-30 метра. Тя трябва да поддържа резервоара над нивото на всеки потребител.
3. Вертикално водоснабдяване - захранваща тръба, идваща от източника и изхода, с диаметър 200 m, която се полага към водопровода.
4. Вентилационен люк - на снимката на водната кула е показан със стрелка. Необходимо е да се поддържа обемът на въздуха в резервоара и да се предотврати застоя на вода.
5. Помпената станция със системи за управление е отделна структура, обикновено разположена над източника.

В дизайна на водната кула може да бъде въведена филтрираща система с различни степени на пречистване на водата, както и блок за автоматизация за контрол на нивото на течността и предотвратяване на падането му до критична стойност.

Основни функции на водната кула

От принципа на действие на водната кула следва основната й функция -изравняване на работния график на помпената станция. Представете си ситуация, в която помпата доставя вода директно, без междинно звено под формата на водна кула.

По желание на всеки потребител се включва и изключва, тоест работи хаотично. В резултат на това износването на неговите механизми се увеличава, консумацията на енергия става неравномерна, което увеличава натоварването на електроцентралата.

В резултат на това сервизните компании са принудени да харчат пари за скъпи ремонти. За да не се случи всичко това, те монтират водни кули.

Втората функция е да поддържа налягането в тръбопровода. Водата, разположена на значителна височина, под въздействието на самата гравитация създава необходимото налягане в системата. В резултат на това товарът се отстранява от помпената станция.

Допълнителна цел

Друго предназначение и принцип на работа на водната кула са тясно свързани. Водата в източника много рядко отговаря на установените санитарни норми, така че ако се използва за битови нужди или за пиене, водната кула се използва като филтрираща инсталация.

В захранващата тръбопроводна система са вградени груби филтри, които улавят тежки метали, железни и оловен оксиди, пясък и други замърсители. В резервоара огнището се утаява и става още по-чисто. Системата от почистващи касети, инсталирана на захранващия водопровод, може да пречиства водата от патогенни бактерии, доставяйки доза потребителя идеално чист продукт.

Създаването на аварийно снабдяване с вода, което може да се използва в случай на повреда на водопровода или пожар, е друга допълнителна функция на водната кула.

Работа на кулата с автопомпа

Принципът на работа на водна кула с автоматична помпа практически не се различава от схемата на работа, описана от нас по-рано. Единственото изключение е фактът, че в такава система няма помпена станция като такава. Функцията му се изпълнява от компактна електрическа помпа.

Когато нивото на водата в резервоара падне под праговата стойност, системата за автоматизация изпраща сигнал и помпата започва да изпомпва вода в резервоара. След като резервоарът се напълни, изчакайте, докато нивото на течността спадне отново.

Такива системи се използват най-често в частни и крайградски зони. Поплавъкът действа като индикатор за нивото на течността, който, падайки почти до дъното, затваря контактите и дава сигнал на релето, в противен случай вече контролира работата на помпата.

Определение на характеристики

За да може системата да изпълнява правилно своите задължения, е необходимо височината на водната кула да е по-голяма от височината на всяка друга обслужвана конструкция. Ето защо резервоарите за вода често могат да се видят на покривите на многоетажни сгради (особено в американските филми). Ако това условие не е изпълнено, тогава е възможна стагнация на водата в резервоара.

Друг важен параметър на водната кула е обемът на работния резервоар. Този индикатор се определя от блок-схематавода от потребителите. Обикновено размерът на контейнера се избира така, че натрупаната течност да е достатъчна за използване през целия ден. В този случай помпата ще се включва само през нощта, което ще намали натоварването на електрическата мрежа.

Основни характеристики на дизайна

Височината на кулата и обемът на резервоара пряко влияят върху цената на кулата. И ние говорим не толкова за цената на носещата конструкция и резервоара, а за цената на основата. Преди да се избере вид и дълбочина на фундамента, се прави изчисление не само за статичното натоварване, но и за динамичното - по време на пълненето на резервоара могат да възникнат вибрации, които да дисбалансират конструкцията.

Стабилността също се изчислява, като се вземе предвид влиянието на натоварването от вятъра. Колкото по-висока е кулата, толкова повече ще се отклонява от вертикалната равнина при силен и поривист вятър. Залюлявайки се, кулата ще започне да „смущава“водата, ще се появят вълни, които ще увеличат допустимото налягане на водната кула върху основата няколко пъти. В резултат на това структурата ще се срути.

Ето защо, когато инсталирате дори селска къща, не пренебрегвайте помощта на професионалисти. Като харчите пари сега, можете да сте спокойни за надеждността и производителността на вашата водна кула в бъдеще.