Диктующей точкой системы водоснабжения называется такая точка водопроводной сети, куда доставка воды затруднена из-за того, что она расположена очень далеко от водонапорной башни или она расположена достаточно высоко от нее по рельефу местности. Так как в рассматриваемой схеме внешней водопроводной сети диктующей точкой могут быть точки (а) или (л), то, следовательно, высоту водонапорной башни предварительно вычисляют по этим двум точкам и полученная наибольшая величина указывает, что диктующей точкой является эта точка и выбор высоты водонапорной башни следует осуществлять по этой точке.

                                 Z_а = 10 + (0,16 + 0,04 + 1,84 + 0,78+3,99) - 2,5 = 14,31 м;

  Z_л = 10 + (0,36 + 0,17 + 0,84) - 1,5 = 9,87 м.

      Следовательно, расчеты показывают, что диктующей точкой является точка (л) и выбор высоты водонапорной башни осуществляется по этой точке. И эта высота  равняется 10 м.

      Следует отметить, что водонапорная башня выполняет сложную функцию. При превышении подачи воды над расходом, избыток воды накапливается в водонапорной башне, а если расход воды превышает над ее подачей, то недостаток воды подается из нее. При неработающем насосе весь расход воды осуществляется за счет запаса воды в водонапорной башне, поэтому статическое давление воды должно быть таким, чтобы оно, преодолевая потери напора по длине трубопровода, а также преодолевая местные потери, могло подать воду до диктующей точки. 

2.5. Расчет емкости напорно-регулирующего бака водонапорной башни 

      Регулирование расхода и напора в разводящей сети водопровода осуществляется либо при помощи устанавливаемых на водонапорных башнях напорно-регулирующих баков, либо безбашенных систем с регулирующим воздушно-водяным котлом. Общий объем бака водонапорной башни должен вмещать регулирующий, противопожарный и аварийный запас воды.

      При определении регулирующего объема бака учитывают данные максимального расхода воды потребителями и подачу ее насосной станцией.

      Объем напорно-регулирующего бака водонапорной башни определяют  двумя способами: графическим, строя интегральный график водопотребления, где по оси ординат откладывают суммарные расходы воды по часам суток нарастающим итогом, а по оси абсцисс - часы суток; табличным,  определяя алгебраическую сумму подачи и расхода воды и определяя остаток воды в баке в процентах от максимального суточного расхода.

      При определении объема напорно-регулирующего бака табличным способом необходимо знать характер водопотребления отдельными видами животных в течение суток.

      Кроме того, необходимо определить часовую подачу воды в процентах от максимального суточного расхода, зная продолжительность работы водоподъемной машины. Выше было принято, что в централизованной системе водоснабжения водоподъемная машина работает в течение суток 16 часов. Тогда принимая, что за 16 часов подается 100 % от максимального суточного расхода воды, а за 1час - 6,25 % от Q_{сут. мах.}, т. е. (100/16=6,25).

      Так как в централизованную систему водоснабжения входят две фермы: крупного рогатого скота и свиноводческая, поэтому необходимо определить средние значения характера водопотребления в течение суток по этим фермам, занося их  в табл. 4.3.

      Кроме этого в эту таблицу заносится  алгебраическая сумма подачи и среднего расхода воды, которая определяется как разность подачи воды в процентах от максимального суточного расхода (колонка 5) и среднего расхода воды (колонка 4), учитывая при этом арифметический знак. Отрицательное значение этой суммы означает нехватку воды в напорно-регулирующем баке, а положительное значение - избыток.

      При определении остатка воды в процентах  от максимального суточного расхода  принимают, что к моменту начала включения водоподъемной машины в работу в напорно-регулирующем баке воды не осталось, и приравнивают это значение к нулю. В табл. 4.3 это с 5 до 6 часов утра. В следующий час к значению нуль прибавляют значение алгебраической суммы из колонки 6 и записывают в колонку 7. При этом учитывают то, что если значение последующей алгебраической суммы со знаком плюс, его прибавляют к предыдущему значению, а если со знаком минус - отнимают. Для определения объема регулируемой части водонапорной башни из колонки 7 табл. 4.3 выбирают самую большую цифру со знаком плюс (избыток) и прибавляют к нему не учитывая знак самую маленькую цифру со знаком минус (недостаток). В таблице это цифры +10,68 и -0,07. В результате сложения получается, что объем напорно-регулирующего бака должен составить 10,75 % от максимального суточного расхода воды. 

Таблица 4.3

К определению  объема напорно-регулирующего бака водонапорной башни

 
 

Следовательно, объем напорно-регулирующего бака определяется:

                                                 W_рег = Q_max.сум × 10,75/100.                                   

     Тогда  W_рег = 294,45 * 10,75/100 = 31,65 м³.

     Если  для тушения пожара воду подают из водонапорной башни, то необходимо предусмотреть такой объем воды. Для этого определяют объем воды для тушения пожара:

                                                  W_пож = 3,6 × T × Q_пож,                                         

      где T - расчетное время тушения пожара, равное 3 ч; Q_пож - расход воды на тушение пожара, равный 10 л/с. 

      Если  для тушения пожара воду используют не из водонапорной башни, а из колодца, то ее общий объем определяется:

                                             W = W_рег + 0,06×t×Q_пож,                                         

      где t-время включения в работу пожарного насоса, t = 5 мин.

      Принимая, что воду для тушения пожара не берут из водонапорной башни, тогда ее объем составляет: W = 31,65 + 0,06*5*10 = 34,65 м³.

      Расчетную вместимость напорно-регулирующего  бака необходимо увеличивать на 2...3 % от регулируемого объема как аварийный запас.

      Тогда общая вместимость будет равна: W_о=34,65+(31,65*3)/100=35,60 м³.

      Для обеспечения такого объема выбирается стальная, сборно-блочная водонапорная башня типа БР-50 (Рис. 4.3).

Рис. 4.3. Металлическая  бесшатровая водонапорная башня  типа БР:

1- фундамент; 2- анкерный болт; 3- наружная лестница; 4- люк; 5- вентиляционная труба; 6- датчик уровня; 7- лъдоудержатели; 8- напорный бак; 9- опора бака (ствол); 10- смотровой колодец; 11- земляная обсыпка;  12- задвижка; 13- напорная труба. 

Водонапорная  башня создает напор воды за счет поднятия напорного бака на определенную высоту. Нижнюю часть водонапорной башни утепляют земляной обсыпкой, чтобы находящийся в ней запас воды в зимнее время не замерзал. Водонапорную башню можно не утеплять при температуре воды подземных источников не менее 0^ОС и обмене воды в ней не реже одного раза в сутки. Для поддержания постоянного запаса воды в водонапорной башне водяной насос включается в работу автоматически по специальной схеме с использованием датчиков уровней воды.

2.6. Выбор водоподъёмной машины 

      Для выбора водоподъемной машины необходимо располагать следующими сведениями: типом водоисточника (трубчатый колодец, шахтный колодец, или открытый водоисточник); требуемым полным напором; необходимой производительностью подачи воды в час и дебитом источника, причем дебит водоисточника должен быть больше производительности насоса.

     Устройства для забора подземных вод подразделяются на трубчатые и шахтные колодцы. Трубчатые колодцы в сельскохозяйственном водоснабжении применяют в основном при глубоком (50...200 м) залегании водоносных пластов и значительной их мощности.

      Сооружают трубчатые колодцы путем бурения скважин. Стенки буровых колодцев укрепляют обсадными трубами, выполненными из стали, асбестоцемента или полиэтилена. На рис. 4.6 показано устройство бурового колодца. Он  состоит из устья 1, ствола 2, фильтра 3, отстойника 4 и обсадных труб 6 

     Первую  колонну обсадных труб 6 опускают до верхней границы водоносных пород 5, а затем опускают трубу меньшего диаметра. Их доводят до нижней границы водоносных слоев и несколько заглубляют в водонепроницаемые породы. Верхняя часть колонны обсадных труб должна выступать над полом шахты 7 не менее чем на 500 мм. Оголовок скважины делают герметичным, чтобы загрязнения не попадали в межтрубное пространство. Над шахтой устанавливают павильон (насосную станцию), в котором размещают электрооборудование и контрольно-измерительные приборы. Вода из подземных трубчатых источников подается преимущественно мощными погружными насосами. Типичный представитель таких насосов - погружной насос типа ЭЦВ, получивший наибольшее распространение в системах водоснабжения. Он обеспечивает подъем неагрессивной  воды из скважин глубиной 50...180 м и может работать только при погружении в воду, температура которой не более +25⁰С и при содержании механических примесей не более 0,01% по массе. Погружной насос типа ЭЦВ входит в насосный агрегат,  обеспечивающий подачу воды за час от 4,0 до 375,0 м³ и состоит из наружного электродвигателя типа ПЭДВ. Достоинство такого агрегата заключается в компактности конструкции, незначительной материалоемкости, простоте монтажа и эксплуатации насоса, возможности работы без надскваженного помещения, полной автоматизации работы.

      Каждая  ступень такого многоступенчатого  насоса состоит из пластмассового рабочего колеса, лопастного отвода и пакета чугунных обойм. В чугунные ступицы основания и верхнюю ступицы насоса запрессованы резинометаллические подшипники. В верхней ступице расположен обратный шаровой клапан, изготовленный из обрезиненной пластмассы.

     Шахтные колодцы применяют для приема безнапорных вод при небольшой глубине залегания (до 40 м). Выполняют их из железобетона, кирпича и дерева. Эти колодцы имеют большую площадь сечения и небольшую длину вертикальной части.

      На  рис.4.7 дана схема шахтного колодца. Колодец состоит из следующих конструктивных элементов: вентиляционной трубы 1, крышки 2, оголовка 3, каменной отмостки 4, глиняного замка 5, ствола 6, водоприемной части 7, обратного фильтра 9 и бетонного кольца 12.

     На  дне колодца сооружают фильтр из слоев гравия. Крупность слоев гравия возрастает кверху с целью предотвращения выноса из колодца частиц песка из водоносного слоя 8. В стенках колодца в пределах водоносного слоя устанавливают водозаборные отверстия 11 для увеличения притока воды.

      Шахтные колодцы выводят над поверхностью земли, чтобы в колодец не попадали загрязненные поверхностные воды, вокруг него устраивают глиняный замок шириной 1 м и на глубину 1,5...2,0 м, а в радиусе около 2 м вокруг колодца и с уклоном от него делают отмостки. Колодец должен иметь также вентиляционную трубу 1.

      Для забора воды из шахтных колодцев, где  динамический уровень воды не превышает 3...6 м в основном используют центробежные или вихревые насосы. Центробежные насосы используют тогда, когда нужна большая производительность при небольшом напоре воды, а вихревые насосы используют тогда, когда необходим большой напор при небольшой производительность воды.

     Насосы  представляют собой гидравлические машины, предназначенные для перемещения жидкости под напором. Преобразуя механическую энергию приводного двигателя в механическую энергию движущейся жидкости, насосы поднимают жидкость на определенную высоту, подают ее на необходимое расстояние в горизонтальной плоскости или заставляют циркулировать в какой - либо замкнутой системе. Основными параметрами всех типов насосов является создаваемый насосом напор, подача воды в единицу времени или производительность, потребная мощность, коэффициент полезного действия.

      Напор представляет собой приращение удельной энергии жидкости на участке от входа в насос до выхода из него, измеряется м. водяного столба.

     Подача  характеризуется объемом жидкости, подаваемый насосом в напорный трубопровод в единицу времени, и измеряется обычно в м³/с, л/с, м³/ч.

      Для определения полного напора водоподъемной машины воспользуются схемой, показанной на рис. 4.8. На этой схеме показаны водоисточник и водонапорная башня с учетом рельефа местности и основных параметров водоисточника и водонапорной башни.