Расчет водонапорной башни Рожновского, выбор насоса для скважины

Услуги по изготовлению металлоизделий на заказ и производству водонапорных башен, выполняет компания "Схид-будконструкция", Киев. Перед тем, как заказать башню, Вам требуется определиться с её кубатурой и высотой. Современные водонапорные башни весьма разнообразны по внешнему виду, но имеют сходную конструкцию. Основными элементами данного металлоизделия являются резервуар и опора. Их габариты (объем, высота) надлежит определить в процессе расчета системы водоснабжения. Бак имеет, как правило, круглую форму в плане и плоское либо конусное днище. Его емкость может колебаться в широких пределах от пары сотен литров (индивидуальная водонапорная конструкция на личном приусадебном участке) до нескольких сотен кубометров (водоснабжение города, села, предприятия).

Для определения требуемых характеристик и технических параметров требуется выполнить проектирование водонапорной башни. При расчете определяют объем водопотребления по числу потребителей воды в сельской местности (люди, животные, машины). При расчете водопотребления в сельской местности учитывают также расходы воды на полив улиц и зеленых насаждений, на технологические нужды производства.

Расчетное число водопотребителей в сельских населенных пунктах и хозяйственных центрах устанавливают с учетом перспективы их развития в течение 10—15 лет. Водонапорные башни строят сразу или по очередям. В последнем случае необходимо учитывать число водопотребителей на конец каждой очереди строительства.
Число потребителей в отдельных хозяйственных центрах (на пастбищах, полевых станах, фермах) может изменяться по сезонам, поэтому необходимо иметь сведения о составе водопотребителей в каждом сезоне. Среднее (за год) суточное водопотребление каждой группы потребителей определяют по среднесуточным нормам согласно СНиП Украины.

Расчет расхода воды

Одним из важнейших факторов, обеспечивающих выполнение комплексной программы развития сельского хозяйства и способствующих сближению культурно бытовых условий жизни города и деревни является создание системы гарантированного водоснабжения сельских населённых пунктов, животноводческих комплексов. Для этого необходимо обеспечить: бесперебойное обеспечение сельского населения высококачественной водой и в достаточном количестве для питьевых и хозяйственных нужд как на территории населённого пункта, так и при выполнении с/х работ в поле; водопой скота на фермах и пастбищах в необходимом количестве и допустимого качества; механизация подъёма, транспортирования и разбора воды; создание и хранение противопожарных запасов.

Для расчета системы водоснабжения и последующей её эксплуатации необходимо знать количество потребляемой воды и режим её потребления. Объём водопотребления устанавливают по числу потребителей. Расчётное число потребителей воды в сельских населённых пунктах и хозяйственных центрах устанавливается как правило, с учётом перспективы развития на 10-15 лет. Данные о планируемом числе и составе водопотребителей получают непосредственно в хозяйствах.

Нормы потребления воды в сельской местности

Среднесуточную норму потребления воды на одного жителя, л/сут, в при расчете водоснабжения сельских населенных пунктах принимают в зависимости от благоустройства жилых домов сельских населенных пунктов, а для районов застройки зданиями с водопользованием из водоразборных колонок принимают 30—50 л/сут.
Расчет расхода воды на один полив улиц и тротуаров с усовершенствованным покрытием составляет 0,3—0,5 л/м2, зеленых насаждений в поселке 3—4 л/м2, газонов и цветников 4—6 л/м2 (в расчетах надо учитывать сезонность расходов воды на полив сельскохозяйственных культур). В стеллажных теплицах и парниках на полив требуется 6 л/м2 воды, а в грунтовых зимних теплицах 15 л/м2 в сутки.

Водоснабжение сел и деревень

Нормы потребления воды животными на пастбищах несколько меньше, чем при стойловом содержании, так как не требуется расход воды на уборку помещения, приготовление корма и т. д. На сезонных пастбищах при выборе норм водопотребления учитывают зависимость потребления воды животными от температуры воздуха, влажности, сочности травостоя и других факторов. На летних пастбищах в жаркую погоду потребление воды увеличивается, на зимних пастбищах — снижается, что объясняется не только низкими температурами воздуха, но и тем, что животные (овцы и лошади) потребность в воде частично удовлетворяют за счет снега. На летних пастбищах сухостепных и полупустынных районов потребление воды на одну голову крупного рогатого скота мясной породы и лошадей составляет 50—60 л/сут, овец 6—8 л/сут, а на зимних пастбищах соответственно 30—35 и 3—4 л/сут. Эти значения используют для расчета общего расхода воды в системе водоснабжения сельского хозяйства.

Водоснабжение предприятий

Нормы расхода воды машинами зависят от их конструкции и мощности. При эксплуатации автомобилей, комбайнов и других машин вода расходуется на охлаждение двигателей, мойку и уход за машинами. В расчетах принимают, что на заправку водой одного трактора или комбайна расходуется до 1 л/сут воды на каждую лошадиную силу установленных на них двигателей, а на заправку автомашины 10 л/сут на 1 т ее грузоподъемности. На мойку автомашин (грузоподъемностью до 3 т) требуется 400—500 л воды, тракторов 300—600 л, на одну ремонтируемую машину или трактор в мастерских 1 м3/сут.

Расход воды промышленными предприятиями определяют по их заявкам, основанным на технологических расчетах. Для ориентировочных подсчетов расхода воды на предприятиях используют нормы потребления воды на единицу продукции. При расчете водоснабжения сельскохозяйственных предприятий применяют нормы водопотребления: на молочных заводах щ переработку 1 л молока необходимо 10—15 м3 воды, на консервных заводах 10—15 м3 на 1 т перерабатываемых овощей, на мясокомбинатах 6—10 м3 воды. на 1 т живой массы скота. На сыроваренных предприятиях и маслодельных заводах на производство 1 т продукции требуется 35—40 м3 воды, в хлебопекарнях на выпечку 1 т хлеба 1,7 м3. Кроме производственных нужд, на промышленных и сельскохозяйственных предприятиях следует учитывать хозяйственно-питьевые потребности в воде рабочих при норме 25 л/смену на человека (в «горячих» цехах 45 л). Кроме регулярного обеспечения хозяйственно-питьевых нужд система водоснабжения должна при необходимости подавать воду на пожаротушение.

Расчет расхода воды на тушение пожара считается эпизодически — при его возникновении, поэтому учитывается только при поверочных расчетах сети и при определении объема на противопожарные емкости.

Расчет водонапорной башни Рожновского

РАСЧЕТ БАШНИ РОЖНОВСКОГО СДЕЛАЕМ НА ПРИМЕРЕ ВОДОСНАБЖЕНИЯ ФЕРМЫ.

1.1. Среднесуточный расход воды на ферме:
Qcc = = qi х mi, л.
где
qi — среднесуточный расход воды одним потребителем,
л/сут;
mi — количество каждого вида потребителя. Норма потребления воды одним рабочим за смену 25 литров. Количество потребителей:
— коровы — qi1 = 80 л. ; mi1=400
— доярок 9 человек
— скотники — 5 человек
— электрики — 3 человека. Всего — 17 человек.

qi2=25 л, mi2=17.
Qcc= 80х400 + 17х25 = 32425 л.

 
1.2. Максимальный суточный расход воды на ферме:
Qmc=Qcc х K, л.
где
K — коэффициент суточной неравномерности потребления воды. Для животноводческих ферм принимают равным 1,3.
Qmc= 32425х1,3=42152,5 л. = 42,15 м3
По максимальному суточному расходу воды можно выбрать объем водонапорных баков башни Рожновского и резервуаров.

1.3. Объем водонапорного бака башни Рожновского:
Vб=Vp+Vn+Va м3
Vб=16,86+21,6+8,08=46,54 м3 «50 м3
где
Vp — регулируемый объем башни Рожновского.
Vp=Qmc х Kp
Kp — коэффициент регулируемого объема (Кр=0,4);
Vp=42,15х0,4=16,86 м3
Vn —противопожарный запас воды (рекомендуется принимать из расчета тушения пожара в течение 10 минут в двух местах одновременно с общим расходом воды 10 л/с) = 21600 л = 21,6 м3.
Va=2Qmч — объем воды для бесперебойного водоснабжения в течение 2 часов на случай аварийного отключения электроэнергии
Va=2×4039,61=8079,22 л = 8,08 м3
Qmч — максимальный часовой расход воды.
Qmч=2,3Qmc/24=4039,61 л.
Суммарный расчетный объем башни Рожновского по стандарту объема башни равен 50 м3, тогда остановимся на выборе башня ВБР-50 м3.

Прочностной расчет башен производится на следующие нагрузки:

• постоянную, включающую в себя вес конструкции бака, ствола, фундамента и грунтовой засыпки над консольной частью фундаментной плиты;
• длительную от воздействия воды, заполняющей бак;
• кратковременные от воздействия ветра и снега.

Расчет насоса для скважины

Насос башни требуется тоже рассчитать. Теперь мы подошли к вопросу - выбор и монтаж подходящего насоса башни. Важными показателями, по которым следует выбирать насосы для скважины, является требуемый напор и прогнозируемый расход воды. Главное, чтобы производительность насоса не превышала дебет, но и не была слишком маленькой. Наиболее оптимальный вариант - это минус 10-15% от дебета.

Насосная башня имеет максимальный часовой расход воды. По этому показателю выбирают водоподъемное оборудование — насосы для скважины и насосные станции. Подбор скважинного насоса выполняют из условия: производительность насоса в час должна соответствовать максимальной величине потребления воды в час.

 Как выбрать насос для скважины?

Например, требуется подобрать напор скважинного насоса с подачей 20 м3/час для башни Рожновского ВБР-15, установленной на отметке фундамента +20м.
Вода подается в водонапорный бак башни Рожновского, находящийся на абсолютной отметке на +20 м выше нулевой отметки скважины.
Высота от уровня фундамента башни Рожновского (абсолютная величина +20м в нашем примере) до верхнего уровня воды в баке башни Рожновского 12 м.
Статический уровень воды в скважине установился на глубине 60 м.
По графику удельного дебита при подаче воды 20 м3/ч понижение уровня составляет 9 м.
Следовательно, динамический уровень воды будет находиться на глубине h = 60 + 9 = 69 м.
Насос с погружным электродвигателем должен быть опущен в скважину на глубину 69 + 3 = 72 м, считая от всасывающей камеры (3м — подпор насоса, необходимый для нормальной работы).
По таблице гидравлических расчетов потери напора в водоподъемной трубе насоса диаметром 70 мм на каждые 10 м длины составляют 0,9 м. Внутренний диаметр трубы подбирается не менее 25мм.
При длине водоподъемной трубы 69 м (до динамического уровня) потери напора составят 0,9 X 6,9 = 6,2 м.
На оголовке скважины установлены колено диаметром 70 мм, задвижка, водосчетчик и обратный клапан.
Суммарные местные потери напора в сетевой арматуре составляют около 1 м.

Высота подъема воды в водонапорный бак башни Рожновского с учетом разницы абсолютных отметок (+20 м) и потерь напора в водопроводной трубе от скважины до бака составит Р = 12 + 20 + (потери напора в водопроводной трубе, зависящие от ее диаметра и протяженности. Примем эти потери равными 6 м.)
Необходимый напор у поверхности земли (на нулевой отметке скважины) составит 12 + 20 + 6 = 38 м.
Тогда требуемый напор насоса будет равен Н = 69 + 1 + 38 + 6,2 = 114,2 м.
С учетом возможных дополнительных потерь напора, которые могут возникнуть в процессе эксплуатации, расчетный напор увеличивают на 10—15 м.
Следовательно, для нашего примера потребуется насос с напором не менее 125—130 м.

Скважинный насос, выбираем по подходящий по параметрам. Диаметр корпуса насоса подбирают исходя из диаметра скважины (выбирают насос диаметром меньше). По каталогу это будет насос для скважины марки ЭЦВ8-16-140 с подачей 19 м3/ч воды, с электродвигателем мощностью 11 кВт. Если выбранный скважинный насос развивает больший напор, чем требуется, необходимо снять часть рабочих колес с направляющими аппаратами, чтобы уменьшить напор. Вместо снятых ступеней, на вал насоса устанавливаем втулку, размером равную сумме длины снятых рабочих колес. Укорачивать вал насоса не требуется.

Водоснабжение из скважины

По мощности насоса подбирается сечение питающего проводника. Как правило, трехжильного медного кабеля сечением не менее 2,5 мм2. В случае отсутствия электроэнергии, вода в системе водоснабжения из скважины не исчезает, т.к. водонапорная башня Рожновского имеет запас воды в водозаполняемом стволе, что является преимуществом системы башенного водоснабжения. Отметим, что наша автоматизированная система автономного водоснабжения из скважины справилась с основной своей задачей - обеспечение бесперебойной подачи воды в здания.