Расчет высоты и емкости водонапорной башни

 

Эффективная эксплуатация водопроводной сети возможна в том случае, если будет обеспечена необходимая высота водонапорной башни, которую определяю по формуле (см.рис.3):

Рис. 3. Схема к определению высоты башни

 

Н_Б = Н_р+∑h_Wб-д+(Z_д-Z₆),

Н_Б - высота водопроводной башни, м;

Н_р - рабочий напор, равный 5... 10 м;

∑h_W6-д - потери напора по пути движения воды от башни до диктующей точки, м;

Z_Д и Z₆- соответственно отметки поверхности земли у диктующей точки и башни, м.

 

Диктующей называется точка водопроводной сети, для которой высота башни, подсчитанная по формуле, окажется наибольшей. Обычно для этого необходимо проверить 2...3 точки сети наиболее удаленные от башни и высокие на местности. Сопоставляя полученные величины, выбираю из них наибольшее значение. Это и будет необходимая высота башни Н_б, а соответствующая точка - диктующая для данной сети.

В нашем случае диктующей могут оказаться точки 1,2,3. Выполнив соответствующие расчеты, получил:

 

а) для точки 1

H_Б1=Н_р+h_WIV-8+h_W8-7+h_W7-4+ h_W1-4+(Z₁-Z_Б)=

=10+2,01+0,88+4,68+13,06+(13-16)=17,63 м;

б) для точки 2

H_Б2=Н_р+h_WIV-8+h_W8-7+h_W7-4+ h_W1-4+ h_W1-2 (Z₂-Z_Б)=

=10+2,01+0,88+4,68+13,06+4,49+(13-16)=22,12 м;

в) для точки 3

H_Б3=Н_р+h_WIV-8 +h_W8-7+h_W7-4+h_w1-4+h_w1-3+(Z₃-Z_Б)=

=10+2,01+0,88+4,68+13,06+0,05+(13-16)=17,68м;

 

Приведенные расчеты свидетельствуют о том, что из трех проверенных точек сети диктующей оказалась точка 2, а необходимая высота водонапорной башни составляет

Нб =22,12м.

Необходимую емкость водонапорной башни определяю графическим способом. Для этого по исходным данным суточных норм водопотребления (табл.3) строю ступенчатый график суточного водопотребления (рис.4). При этом по оси абсцисс откладываю часы суток, а по оси ординат соответствующее каждому часу часовое водопотребление в процентах от суточного.

 

Рис.3 Суточный график водопотребления

Приведенные в исходных данных проценты часового водопотребления являются среднестатистическими для объектов сельскохозяйственного водоснабжения. Поэтому построенный ступенчатый график водопотребления скорректировал в соответствии с полученным в задании коэффициентом часовой неравномерности К₂. Указанную корректировку выполнил следующим образом.

 

Определяю среднее часовое водопотребление в течение суток по формуле:

Затем определяем фактическое максимальное часовое водопотребление:

 

Q_max.ч ⁼ Q_cp.ч *К₂,

 

К₂ - коэффициент часовой неравномерности.

 

Qmax.ч= 4,17*2,4=10,01 %.

 

Полученное значение Q _max.ч⁼10,01% откладываю на графике водопотребления (рис.4) в часы максимального расхода воды, т.е. с 11 до 13 часов. При этом площадь многоугольника, ограниченного ломаной скорректированной линией водопотребления и осью абсцисс увеличилась на величину заштрихованной площадки со знаком «+». Чтобы не выходить за пределы общего суточного водопотребления, равного 100%, необходимо площадь многоугольника уменьшить в любое другое время суток на такую же по величине площадку, заштрихованную со знаком «-». Полученная после этого ломаная линия и есть искомая скорректированная ступенчатая кривая суточного водопотребления.

По этой ступенчатой кривой построится интегральная кривая потребления воды (рис.5).

На этот же график (рис.5) наносится прямая линия подачи воды насосом в предположении, что он работает без перерыва в соответствии с заданием (Т=12 ч), подавая необходимое количество воды (100%). Далее эта прямая 2 смещается на графике параллельно самой себе в стремлении максимального сближения с интегральной кривой водопотребления 1. Анализируя взаимное расположение кривых 1 и 2, устанавливаю для каждого момента времени, сколько воды израсходовано с начала суток, сколько её подано насосом, а также определяю необходимый остаток воды в водонапорной башне (разность ординат интегральной кривой потребления и подачи воды насосом). На тех участках графика, где линия подачи проходит выше кривой, объем поданной воды больше, чем израсходованной, а на остальных участках наоборот.

 

 

Рис.4 Определение ёмкости водонапорной башни

Для получения необходимого объема водонапорной башни нужно сложить максимальные значения обоих остатков, т.е.

 

 

V_Б - регулирующая емкость водонапорной башни, м;

У₁, - максимальная ордината от линии подачи воды насосом до интегральной

кривой потребления вверх, т.е. максимальный недостаток воды, %;

у₂ - максимальная ордината от линии подачи воды насосом до интегральной

кривой потребления вниз, т.е. максимальный избыток воды, %;

Q_max.cyт - максимальное суточное водопотребление, м.

Его необходимо определить по формуле:

 

 

Предположим, что насос будет непрерывно работать с 5 до 21 часов, т.е. 16 часов (рис.5). В таком случае максимальный недостаток воды составит y₁= 11%, максимальный избыток у₂ =13%, а необходимая емкость водонапорной башни:

 

 

Если учитывать, что для водоснабжения сельскохозяйственных предприятий, как правило, используются башни конструкции инженера А.А. Рожновского с вместимостью от 15 до 150 м³, то полученная емкость башни явно велика. Её можно значительно уменьшить путем автоматизации работы насоса. При этом насос будет работать не непрерывно, а с остановками. Чтобы общее время работы насоса в течение суток осталось неизменным, необходимо пунктирную линию 3 провести на рис.5 с тем же углом наклона, что у линии 2, стараясь при этом уменьшить отрезки y₁ и у₂. В рассматриваемом примере линия подачи воды насосом при работе его с перерывами (кривая 3) проведена таким образом, что максимальный недостаток воды составил 10%, а избытка подачи воды вообще не наблюдалось ( =0). В таком случае емкость водонапорной башни составит:

 

 

Из приложения 5 выбираем водонапорную башню Рожновского БР-150м3, ёмкость которой 100 , высота ствола башни 15;18 м.

Следует отметить, что автоматизация работы насоса кроме уменьшения емкости башни, сокращает количество обслуживающего персонала, что удешевляет эксплуатацию водопровода.