книги из ГПНТБ / Комягин Л.Ф. Бесшатровые неотапливаемые водонапорные сооружения научно-техническое сообщение

ПРЕДИСЛОВИЕ

В Резолюции XXI съезда Коммунистической Партии Со­ ветского Союза и в Постановлении июньского Пленума ЦК КПСС 1959 г. отмечалась необходимость всемерного внед­ рения во все области народного хозяйства новой техники, ком­ плексной механизации и автоматизации производственных про­ цессов, применения в строительстве крупноразмерных деталей

иузлов индустриального изготовления.

Вобласти водоснабжения к числу сложных и дорогих уст­ ройств относятся водонапорные сооружения в виде башен, на­ горных резервуаров, гидропневматических установок. В нашей стране наиболее распространенным типом этих сооружений до

сих пор являются шатровые отапливаемые башни. Строитель­ ство их обходится дорого, длится долго, а эксплуатация сопря­ жена со значительными затратами рабочей силы и топлива.

За последние два десятилетия на железнодорожном транс­ порте и в сельском хозяйстве, одновременно с постройкой ба­ шен прежнего типа, стали применять бесшатровые неотапли­ ваемые водонапорные башни. Последние не требуют отопле­ ния в зимнее время, работа их автоматизирована, постройка и эксплуатация обходятся дешевле.

Однако темпы развития и внедрения в производство бесшатровых неотапливаемых башен далеко не отвечают значению и возможностям этого типа сооружений, что объясняется ря­ дом причин, в том числе отставанием научных исследований в данной области от требований практики. Например, до сих пор отсутствуют научно обоснованные принципы и методы проектирования и эксплуатации неотапливаемых водонапорных сооружений и критерий для объективной оценки их теплоустой­ чивости, наблюдаются большие расхождения между фактиче­ ским льдообразованием в башнях и теоретическими расчетами по формулам, имеются и другие пробелы.

Настоящая работа направлена на дальнейшее развитие теории и практики проектирования, строительства и эксплуа­ тации бесшатровых неотапливаемых водонапорных сооруже­ ний.

3

IЛАВА I

СТРОИТЕЛЬСТВО И ЭКСПЛУАТАЦИЯ БЕСШАТРОВЫХ ВОДОНАПОРНЫХ СООРУЖЕНИЙ

§I. ОБОБЩЕНИЕ ОПЫТА СКОРОСТНОГО СТРОИТЕЛЬСТВА БЕСШАТРОВЫХ ВОДОНАПОРНЫХ СООРУЖЕНИИ

Вчисло основных устройств большинства пунктов водо­ снабжения входят водонапорные сооружения. Эти сооруже­ ния предназначаются для бесперебойного снабжения водой потребителей путем регулирования неравномерности между по­

дачей воды насосами и ее расходом, создания запаса воды в водонапорных баках, поддержания в сети необходимого гид­ равлического напора.

Наиболее распространенным в СССР типом водонапорных сооружений являются шатровые отапливаемые водонапорные башни различных конструкций и размеров. Башни этого типа, наряду с известными достоинствами—долговечностью, удоб­ ством осмотра, возможностью использования для их строитель­ ства местных материалов, имеют и существенные недостатки. Главные из них состоят в следующем.

1.При сравнительно малом строительном объеме башен для их постройки на строительной площадке необходимы раз­ нообразные материалы и оборудование, а так же высококва­ лифицированные рабочие более 15 специальностей. Строитель­ ство одной башни длится от 6 месяцев до 1,5 лет и обходится дорого.

2.В районах с суровым климатом башни нуждаются в уси­ ленном отоплении из-за большой потери тепла и опасности за­ мерзания воды в стояках. Уходу тепла способствует разность температур внутри и вне башни, создающая сильную тягу

воздуха через открытое вентиляционное отверстие в кровле. К тому же при каждом понижении уровня воды в баке проис­

5

с затратами материалов, топлива, электроэнергии и рабочей силы.

В то же время вода, проходящая через водонапорное со-, оружение, обладает большим запасом тепла. Например, в не­ отапливаемой башне при двухкратном 'водообмене в баке ем­ костью 150 .и3 и понижении температуры воды только на 0,2" из воды выделяется 0,2 *.1000 ■ 150 • 2 = 60 000 ккал тепла в сутки. В случае образования льда на стенках и днище бака в объеме лишь 5% от емкости бака, выделяется скрытая теп­ лота в количестве 79,6 • 920 • 0,05 • 150 = 549 240 ккал.

В отапливаемых же башнях, кроме того, что все это тепло совершенно не используется — уходит вместе с водой, произ­ водят еще искусственный обогрев башен с расходом большого количества топлива и рабочей силы.

3.Передвижка башен на новые места сложна, а перевозка

вдругие пункты невозможна, вследствие чего в ряде случаев приходится приспосабливать башни для других целей или сно­ сить их.

Отмеченные недостатки были давно замечены работниками водоснабжения, поэтому творческая мысль уже много лет ра­ ботает над совершенствованием водонапорных сооружений.

В дореволюционное время развитие водонапорных сооруже­ ний шло путем улучшения их отдельных частей, применения новых строительных материалов и замены башен водонапор­

в 1895 г. предложил 1 и в 1896 г. построил на вьктавке в Ниж­

ной конструкции — в виде решетки из прямых металлических стержней, образующих форму однополостного гиперболоида вращения. В этой башне трубы размещены в утепленной гор­ ловине, вокруг которой расположена винтовая лестница. Для отопления сооружения в его подвале (в шахте между стенками

ной формы. Стены и шатер были возведены из нового для того времени материала—пустотелых шлакобетонных камней, сое­ диненных арматурой.

1 Привилегия (патент) № 1896, выданная 12 марта 1899 г. по заявке от 27 марта 1895 г. на «Ажурную башню».

8

В 1905 г. польским изобретателем Г. Гантке была осуще­ ствлена на станции Скаржиско Привислинских железных до­ рог, вместо кирпичной башни, первая в России водонапорно­ пневматическая установка [11]. Установка состояла из двух пар вертикальных котлов диаметром 2,3 м и высотой 7 м, рас­ положенных в шахте насосной станции. Для периодической подкачки воздуха в котлы (один раз в 15—20 суток) был уста­ новлен один компрессор с нефтяным двигателем 15 л. с.

В период 1906—1914 гг. по этому типу было построено еще несколько установок больших размеров на станциях Калуга, Ховрино и др. [21].

Новые конструкции башен и пневматических установок, не­ смотря на свою оригинальность, продолжали сохранять отме­ ченные ранее недостатки и, кроме того, по сравнению с кир­ пичными башнями, обычно стоили дороже, поэтому они и не получили большого распространения.

После Великой Октябрьской социалистической революции

работы по дальнейшему совершенствованию водонапорных со­ оружений стали проводиться в значительно, больших мас­ штабах.

Проектными и строительными организациями (Централь­ ным институтом типовых проектов Госстроя СССР, Главгипротрансом Министерства транспортного строительства и др.) раз­ работаны и внедрены в производство типовые проекты шатро­ вых отапливаемых башен—кирпичных с железобетонными и металлическими баками емкостью 80—300 м3, расположен­ ными на высоте 8—16 м от поверхности земли (рис. 1) и из монолитного железобетона с баками емкостью 50—800 м3, рас­ положенными на высоте 15—40 л/ (рис. 2), а также проекты заземленных железобетонных резервуаров емкостью 50— 2000 л;3 [45].

Одновременно проводились работы по дальнейшему разви­ тию методов расчета отдельных частей водонапорных соору­ жений этого типа, по обобщению опыта их строительства и эксплуатации, по совершенствованию оборудования. К числу таких работ относятся труды С. Р. Бриллинга [8]; Н. А. Каш-

карова [15]; В. Ф. Кожинова [16], [17]; Д. Н. Петрова [33];

Б. С. Тикунова [43] и других [18] — [20]; [30]; [44].

В это же время велись творческие поиски новых типов

иконструкций водонапорных сооружений.

В1925 г. инж. П. И. Земсков [59], на основе проведенных им в зимнее время замеров температуры воды в водонапорных башнях на железнодорожной магистрали Омск — Иркутск, пришел к выводу о возможности отказа от отопления ба­ шен.

7

В 1931 г. инж. А. А. Рожновский [35] предложил оригиналь­ ную конструкцию бесшатровой неотапливаемой и автомати­ чески действующей пневматической водонапорной установки, названную им гидропневматическим аккумулятором, или, со­ кращенно, гидроаккумулятором. В 1932 г. первый гидроаккуму­ лятор был смонтирован и вступил в эксплуатацию на станции Москва III Северной железной дороги [36]; [37]. Вскоре НКПС для индустриального изготовления и скоростного монтажа гид­ роаккумуляторов на транспорте организовал эксперименталь­ ные котельносварочные мастерские (позже — завод Стройводпневматика), в состав которых были включены небольшие монтажно-сварочные вагоны — летучки [38].

На железнодорожном транспорте строили гидроаккумуля­ торы двух типов — вертикальные и горизонтальные [21].

I

Рис. 3. Вертикальный гидропневматический аккумулятор:

а) с баком для воды; 6) без бака.

Вертикальные гидропневматические аккумуляторы (рис. 3)

состоят из металлического котла — резервуара, внутри кото­ рого находятся вода и сжатый воздух. Котлы с диаметром 6,37 м имеют емкость 150, 200 и 252 м3 и полезный объем воды

вних соответственно 60, 80 и 120 лР. Давление сжатого воздуха

вкотлах в большинстве случаев равняется: минимальное 0,8—1,3 ати и максимальное 1,7—3,4 ати. Веда в гидроакку­ муляторах находится в баках (рис. 3, а) или непосредственно

9

.в котле (рис. 3,6). Гидроаккумуляторы с баком для воды

.строили в районах со сравнительно холодными зимами, где во избежание льдообразования требовалась теплоизоляция стенок котла. Роль теплоизоляции выполняет в них сжатый воздух, окружающий бак с водой. Гидроаккумуляторы без водяного :бака строили в сравнительно теплых районах, где не требова­ лось утепления.

Горизонтальные гидроаккумуляторы строили двух конструк-

щий — стационарные полузаземленные и передвижные с внут­ ренним баком для воды. В обоих конструкциях котел имеет емкость 49 л»3 и диаметр 2,4 м, а водяной бак соответственно 18,5 л/3 и 1,8 л«; минимальное давление сжатого воздуха в котле равно 1 ати и максимальное 2,2 ати. На рис. 4 показан пере­ движной гидроаккумулятор на железнодорожной платформе.

Рис. 4. Передвижной горизонтальный гидропнев.матичсский аккумулятор.

мОн был смонтирован в 1939 г. и до сих пор находится в эк­ сплуатации на Литовской железной дороге, где обслуживает

.пункты водоснабжения в период ремонта водонапорных ба- -шен с одним металлическим баком. На этот период передвиж­ ной гидроаккумулятор присоединяют к напорно-разводящей сети. Подкачку сжатого воздуха в котел осуществляют перио­

<10