У системах водопостачання використовуються резервуари, які є одними з їхніх основних споруд, що гарантують зберігання запасів води і забезпечення її подачі споживачеві в необхідній кількості в будь-який час доби.
Резервуари для накопичення і зберігання запасів питної води використовувалися з незапам'ятних часів. На території Європи (Чеська Республіка) зберігся до наших днів невеличкий за габаритами резервуар-накопичувач, побудований в 1495 р в архітектурному стилі, характерному для пізньої готики.
Сучасні резервуари відрізняються великими габаритами і дещо іншими функціями, ніж резервуари-накопичувачі. Резервуари систем водопостачання розрізняють за такими ознаками: призначенням, формою в плані (круглі або прямокутні); висоті розташування (напірні і безнапірні); ступеню заглиблення (підземні, наземні); матеріалу (залізобетонні, сталеві, бетонні і т.д.).
За призначенням резервуари поділяються на запасні, що регулюють, протипожежні резервуари, які працюють як водонапірні башти або баки пневматичних установок,
Резервуари чистої води і їх обв'язка
1 - введення води в резервуар; 2 - відведення води на промивку фільтрів; 3 - відведення пожежного витрати води; 4 - переливні труби; 5 - видалення осаду
Обв'язка резервуарів і устаткування їх трубами і арматурою залежать від призначення і розташування їх в системі водопостачання. Для забезпечення надійної та безперебійної роботи системи водопостачання зазвичай встановлюють не менше двох ідентичних резервуарів. Резервуари обладнають підводять, що відводять, переливними і спускними трубами.
Для регулювання подачі води в резервуари встановлюють автоматичні пристрої або поплавкові запірні клапани на трубопроводі, що подає. Резервуари обладнають люками, скобами (сходами), необхідними для огляду, очищення та ремонту споруд. На малюнку вище показана схема комунікацій для резервуарів чистої води, розташованих на водоочисної станції.
Повна ємність резервуара розділяється на регулюючу (від горизонту х-х до горизонту п-п) і запасну - пожежну (від горизонту п-п до дна). Вода надходить з очисних споруд по трубі, розташованій у дна резервуара. Усмоктувальні труби пожежних насосів знаходяться на позначці дна резервуара, що дозволяє витратити весь пожежний запас в разі надзвичайної ситуації. Усмоктувальні труби насосів господарчо-питного призначення знаходяться на рівні п-п і, таким чином, не можуть забирати воду, що знаходиться нижче цього рівня.
Як зазначалося вище, іншим типом регулюючих резервуарів, що використовуються в системах водопостачання, є водонапірні башти, Вони являють собою конструкцію у вигляді підтримує стовбура і бака з запасом води. Водонапірні вежі необхідні для згладжування режиму роботи насосної станції II підйому відповідно до режиму водоспоживання.
При значній нерівномірності водоспоживання практично важко (або економічно невигідно) досягти збігу споживання і подачі води. У даній ситуації водонапірні башти є вагомою альтернативою будь-яким іншим пристроям.
Водонапірні башти, будучи невід'ємною складовою частиною архітектурних ансамблів міст, мали свій певний колорит і відмінні риси.
Місце розташування водонапірної башти в значній мірі визначається рельєфом місцевості. Як правило, її встановлюють на піднесених позначках з метою зменшення будівельної вартості. Однак в загальному випадку місце її установки повинно визначатися гідравлічними і техніко-економічними розрахунками систем подачі і розподілу води.
Якщо вежа на місцевості розташовується між насосною станцією II підйому і містом, то така система водопостачання називається з вежею на початку мережі, а якщо на протилежній стороні, тобто в кінці міста по відношенню до точки подачі води у водопровідну мережу, то системою водопостачання з баштою в кінці мережі. Така вежа називається контррезервуаром. Замість водонапірної башти може бути встановлений наземний або підземний напірний резервуар, якщо поблизу міста є досить високі позначки землі. Ємності можуть бути встановлені і в проміжне положення, якщо піднесені позначки знаходяться в межах населеного пункту.
Який регулює обсяг водонапірної башти визначають по поєднаним ступінчастим або інтегральним графіками роботи насосів і водоспоживання. Додатково обсяг бака вежі повинен містити протипожежний запас, розрахований для населених пунктів на гасіння одного внутрішнього і одного зовнішнього пожежі протягом 10 хв, а для промислових підприємств - на гасіння тільки одного внутрішнього пожежі. Іноді в водонапірній башті міститься і аварійний запас води.
Який регулює обсяг бака визначають по максимальному залишку води в ньому. Як видно з таблиці нижче, що регулює обсяг бака при ступінчастою роботі насосів дорівнює 5,20%, а при рівномірній роботі - 19,16%, тобто при ступінчастою роботі насосів можна значно скоротити обсяг бака.
Визначення необхідного регулюючого обсягу бака водонапірної вежі для випадку рівномірного і ступеневої режиму роботи насосів протягом доби
1 - водопідйомна труба; 2 - відвідний трубопровід; 3 - зворотний кланам; 4 - сітка; 5 - поплавковий клапан; 6 - воронка; 7-грязьова труба; 8 - засувка; 9-переливна труба
На кінці труби встановлений поплавковий клапан 5 для автоматичного закриття труби, що подає при наповненні бака. З бака вода відводиться по трубах 1 і 2. Труба 2 обладнана зворотним клапаном 3, що перешкоджає надходженню по ній води в бак. Кінець труби 2 з сіткою 4 розташований на деякій висоті над дном, з тим щоб не відбувалося засмоктування осаду, який може накопичуватися на дні бака. Засувка 8 призначена для відключення водонапірної башти від мережі. До переливної труби 9 з лійкою 6 приєднана грязьова труба 7 із засувкою 8, призначена для видалення скупчується на дні бака осаду і відведення води при його промиванні. При жорсткому закладанні труб в днище резервуара на стояках трубопроводів 1 і 9 влаштовують сальникові компенсатори.
При такій схемі обладнання водонапірної башти забезпечується постійне перемішування води в баку, що перешкоджає її замерзання. Для обладнання вежі застосовують сталеві труби. З метою огляду бака зовні і всередині встановлюють сходи.
Резервуари водонапірних веж, як правило, - круглої форми в плані. Переважно, щоб відношення висоти бака вежі до її діаметру було невеликим. В цьому випадку виключаються значні коливання напорів в системі при різних режимах і забезпечуються більш сприятливі умови роботи насосів.
Резервуари водонапірних веж виготовляють залізобетонними і сталевими. Найбільш широкого поширення набули залізобетонні резервуари, захист яких від корозії простіше і довговічніше захисту сталевих. Сталеві баки характеризуються меншою масою, промислове виробництво і монтажу, повною герметичністю. Вони знайшли досить широке застосування в зарубіжних країнах.
Резервуари можуть мати плоске або увігнуте днище. Додання увігнутим днищ полусферической, еліпсоїдної і радіальноконіческой форм дозволяє збільшувати діаметр резервуара (при одному і тому ж обсязі) в порівнянні з діаметром резервуара з плоским днищем. Завдяки цьому коливання напору можуть бути скорочені до мінімуму, проте такі резервуари складніше у виготовленні. У нашій країні найбільш широко застосовують резервуари з плоским і полусферическим увігнутим днищем.
При наявності небезпеки замерзання води в резервуарі навколо нього влаштовують намет, який в залежності від конструкції водонапірної вежі виконується із залізобетону, цегли або дерева. Для запобігання замерзання можливе застосування електрообігріву.
У вежах великої місткості при наявності обміну води з відносно високою температурою намети можуть бути відсутні навіть в суворих кліматичних умовах. Бесшатровие металеві вежі бувають як з теплоізоляцією, так і без неї. Резервуар вежі перекривається зверху. Перекриття (дах) забезпечує його жорсткість і служить для захисту від температурних коливань і попадання забруднень. Підтримуючі конструкції водонапірних веж виконують із залізобетону, металу і цегли у вигляді суцільної стінки або колон, що мають різне архітектурне оформлення.
Найбільшого поширення набули конструкції з залізобетону. Внутрішній простір, утворене підтримують конструкціями, може використовуватися для технічних і суспільних потреб, але за умови виключення будь-якого впливу на якість води, що знаходиться в резервуарі.
Водонапірні башти можуть бути виконані також з цегли і дерева. Дерев'яні водонапірні башти застосовують в основному на тимчасових водопроводах. Їх обладнають сигналізацією, що передає свої рівні води на насосну станцію або диспетчерський пункт водопровідного господарства.
Для промислового водопостачання розроблені різні конструкції веж великого обсягу (місткістю до 3600 м 3). Конструктивні відмінності таких веж полягають в тому, що їх центральний стовбур виконується у вигляді сталевої труби діаметром до 3 м, будучи одночасно несучою конструкцією, подводящеотводящей трубою і додаткової ємністю для води.
Обсяг регулюючої ємності водонапірної вежі буде тим менше, чим ближче графік роботи насосної станції II підйому до графіка водоспоживання. Як зазначалося вище, це досягається збільшенням ступенів графіка роботи насосної станції і, отже, установкою більшого числа насосів. У будь-якому випадку обсяг регулюючих ємностей повинен бути достатнім для забезпечення добового водоспоживання при їх спільній роботі з насосними станціями.
Як уже зазначалося, в резервуарах чистої води повинен зберігатися її запас на гасіння пожежі Wп. Протипожежний обсяг води на тригодинний запас визначається за такою формулою: Wп = Wп + qx-n -w
де Wп - кількість води, що витрачається на локалізацію пожеж протягом нормативного часу (3 год); qx-n - сумарний обсяг води, відповідний найбільшому водоспоживанню протягом 3 ч (відповідно до графіка водоспоживання); w - обсяг води, що надходить від очисних споруд в резервуар чистої води протягом 3 ч.
Крім того, резервуар чистої води містить запас води на промивку фільтрів Wф і інші власні потреби станції водопідготовки. Тоді сумарний обсяг W резервуарів чистої води з урахуванням регулюючого обсягу Wp складе: W = Wп + Wф + Wp
У системах водопостачання невеликих об'єктів іноді знаходять застосування гідропмвматіческіе установки. Вони виконують роль водонапірної башти. Необхідний напір в них створюється тиском стисненого повітря. Існує два різновиди гідропневматичних установок - зі змінним і постійним тиском. Схема установки змінного тиску показана на малюнку нижче.
У години мінімального водоспоживання, коли подача води насосами 2, що забирають воду з резервуара 1, перевищує водоспоживання, надлишок води (зниження рівня з z4 до z3) надходить в водоповітряний бак 5. При цьому поступово підвищується рівень води (з z.1 до z2) і збільшується тиск повітря внаслідок його стиснення. При досягненні максимального рівня в баку, відповідного позначці z2. реле тиску 4 розмикає ланцюг харчування котушки магнітного пускача 3 і електродвигун насоса відключається від живильної його електромережі, З цього моменту подача води в водовід 7 здійснюється від гідропневматичного бака під тиском стисненого повітря ротах. В процесі спрацювання рівня води тиск в баку знижується.
Схема гідропневматичною установки
