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_W6-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.

Диктующей могут оказаться точки 6, 8 или 9. выполнив соответствующие расчеты, получил:

а) для точки 6

H_Б6=Н_р+h_WII-4+h_W4-5+ h_W5-6+(Z₆-Z_Б)=

=10+2,29+2,85+2,80+(10-18)= 9,94 м;

б) для точки 8

H_Б8=Н_р+ h_WII-4+ h_W4-7+h_W7-8+(Z₈-Z_Б)=

=10+2,29+6,11+1,5+(7-18)= 8,9 м;

в) для точки 9

H_Б9=Н_р+ h_WII-4+h_W4-5+h_W5-6+h_W6-8+ h_W8-9+(Z₉-Z_Б)=

=10+2,29+2,85+2,80+1,56+2,34+(2-18)= 5,84 м.

Приведенные расчеты свидетельствуют о том, что из трех проверенных точек сети диктующей оказалась точка 6, а необходимая высота водонапорной башни составляет

Нб = 9,94 м.

Необходимую емкость водонапорной башни чаще 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.4 Суточный график водопотребления.

Следует отметить, что 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.x = 4,17*2,7=11,25 %.

Полученное значение Q _max.ч⁼11,25% 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 ломанная линия и есть искомая скорректированная ступенчатая кривая суточного водопотребления.

По этой ступенчатой кривой построил интегральную кривую потребления воды (рис.5).

Она представляет собой нарастающую сумму потребления в процентах от суточного потребления с начала и до конца суток (кривая 1).

На этот же график (рис.5) наносится прямая линия подачи воды насосом в предположении, что он работает без перерыва в соответствии с заданием (Т=15ч), 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.5 Определение емкости водопроводной 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 9 до 18 часов, т.е. 9 часов (рис.5). В таком случае максимальный недостаток воды составит y₁=15%, максимальный избыток у₂ = 4%, 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 7% (в 14 часов), а избытка подачи воды вообще не наблюдалось ( =0). В таком случае емкость водонапорной башни составит:

Из приложения 5 выбираем водонапорную башню Рожновского БР-150 (цифра соответствует вместимости башни).

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