Научно-практическая конференция

Малой академии наук школьников г. Уфы

Секция: Физика

Исследовательская работа
АВТОМАТИЗАЦИЯ ВОДОНАПОРНОЙ БАШНИ
Усманов Тимур Равилевич,

Сафонов Александр Игоревич

МАОУ Лицей №58, 11класс,

МБОУ ДОД ЦД(Ю)ТТ «Гефест»
Научные руководители:

Мурманская Людмила Андреевна,

учитель физики МАОУ Лицей 58,

Кирюшин Олег Валерьевич,

доцент кафедры автоматизации химико-технологических процессов

(АХТП) кандидат технических наук


Уфа 2012

Оглавление

Введение…………………………………………………………………. 3

1. Описание технологического процесса…………………………………. 4

1.1. Назначение и структура водопроводных станций…………………...... 4

1.2. Водопроводные башни………………………………………………….. 4

1.2.1. Назначение водонапорных башен……………………………………… 4

1.2.2. Конструкции водопроводных башен…………………………………... 6

1.3. Насосные станции………………………………………………………. 10

1.4. Описание макета водонапорной башни……………………………….. 11

2. Автоматизация водопроводных станций……………………………… 11

2.1. Цели автоматизации водонапорных станций…………………………. 11

2.2. Датчики уровня воды………………………………………………….... 12

2.3. Описание схемы автоматизации……………………………………….. 14

2.4. Перспективы автоматического управления водопроводной

станции…………………………………………………………………... 16

2.4.1. Задачи модернизации АСУ……………………………………………... 17

2.5. Заключение………………………………………………………………. 18

Список использованной литературы…………………………………... 20

Введение
В данное время процесс наполнения водонапорной башни не автоматизирован. В нем принимает участие человек, который наполняет башню вручную или, хотя бы, следит за насосом, наполняющим башню.

В связи с этим возникла необходимость автоматизации этого процесса для того, чтобы:

1) уменьшить затраты времени оператора станции;

2) уменьшить затраты электроэнергии при работе станции;

3) увеличить работоспособность водонапорной станции;

Главной целью работы является автоматизация набора и подачи воды в водонапорную башню.

Для раскрытия поставленной темы требуется решение следующих задач:

- изучение современных водонапорных сооружений;

---

- создание макета водонапорной башни;

- изучение систем автоматизации водонапорных станций;

- создание АСУ с соответствующей базой данных.
1. Описание технологического процесса.
1.1. Назначение и структура водопроводных станций.

Водопроводная станция - сооружение водопровода, оборудованное насосно-силовой установкой для подъема и подачи воды в водоводы и водопроводную сеть.

Основными технологическими объектами водопроводной станции являются: водонапорная башня и насосная станция.

1.2. Водонапорные башни.

1.2.1. Назначение водонапорных башен.
Водонапорные башни — сооружения в системах водоснабжения, предназначенные для регулирования расхода и напора воды в водопроводной сети, создания ее запаса и выравнивания графика работы насосных станций. Их используют в системах производственного, хозяйственно-питьевого и противопожарного водоснабжения промышленных объектов, сельскохозяйственных комплексов и населенных мест. Регулирующая роль водонапорной башни заключается в том, что в часы уменьшения водопотребления избыток воды, подаваемой насосной станцией, накапливается в водонапорной башне и расходуется из нее в часы увеличенного водопотребления. Запас воды определяется вместимостью бака, интенсивность напора — высотой башни (расстоянием по вертикали от уровня поверхности земли до низа бака или его цилиндрической части). Указанные два параметра и положены в основу габаритных схем водонапорных башен.

Водонапорная башня состоит из бака для воды, обычно цилиндрической формы, и опорной конструкции.

Высота водонапорной башни (расстояние от поверхности земли до низа бака) обычно не превышает 25 м, в редких случаях — 30 м; ёмкость бака — от нескольких десятков м³ до нескольких тысяч м³. Опорные конструкции выполняются в основном из стали, железобетона, иногда из кирпича, баки — преимущественно из железобетона и стали. Водонапорные башни оборудуют трубами для подачи и отвода воды, переливными устройствами для предотвращения переполнения бака, а также системой замера уровня воды с телепередачей сигналов в диспетчерский пункт.

Одной из наиболее распространенных систем водонапорных башен является "Башня Рожновского", которая предназначена для регулирования расхода и напора воды в водонапорной сети, создания её запаса и выравнивания графика работы насосных станций. Башня Рожновского состоит из: бака, водонапорной опоры, крышки бака с люком для осмотра. Внутри стенки бака приварены скобы льдоудерживателя, а также скобы для спуска обслуживающего персонала. Для подъёма на башню существует наружная лестница с предохранительным ограждением. Объём башни – от 10 до 150 м³. Чаще всего резервуар водонапорной башни изготавливается прямоугольной или округлой формы, соотношение между диаметром и высотой которого зависит от индивидуальных архитектурно-строительных и технологических параметров. Объем резервуара, как и высота опоры, определяется согласно результатам расчётов водораспределительной сети.

---

Для предохранения запаса воды от загрязнения и замерзания резервуар башни окружен специальной защитой. Поступление воды в башню осуществляется при помощи насосов. Башни с баками вместимостью до 25 м³ включительно применяют в основном в сельскохозяйственном строительстве; 50...300 м³ — в промышленном, гражданском и сельскохозяйственном. При описании типовых проектов водонапорных башен приведена область применения башен в зависимости от климатических условий района строительства и характеристик источников водоснабжения.

Водонапорные башни оборудуют: центральным подводяще-разводящим стояком диаметром 300...400 мм, используемым для наполнения и опорожнения бака; переливным стояком диаметром 150...200 мм, предназначенным для предотвращения переполнения бака; запорной арматурой (ручные или электрифицированные задвижки, тип которых определяется в зависимости от назначения башни и местных условий), устанавливаемой в утепленной подземной камере или в специальном колодце; датчиками уровня воды в баке, передающими информацию на диспетчерский пункт. В качестве молниеприемника используют стальной бак, соответствующим образом заземленный.

Водонапорные башни, будучи высотными сооружениями, играют важную роль в создании архитектурного облика промышленного предприятия, промышленного узла или населенного пункта. При удачном решении башня может быть архитектурным акцентом, улучшающим облик всей окружающей застройки.
1.2.2. Конструкции
Основные конструктивные элементы водонапорных башен — бак, ствол и фундамент. До недавнего времени башни проектировали с шатрами — надстройкой, внутри которой размещали бак. Практика эксплуатации водонапорных башен показала, что устройство шатра необязательно: при наличии обмена воды в баке она не промерзает; если начинает замерзать, то на внутренней поверхности бака образуется слой льда, служащий теплоизоляцией и препятствующий дальнейшему замерзанию ее. В последние годы водонапорные башни проектируют бесшатровыми. При водоснабжении из открытых источников, а также в сложных климатических условиях (в северных районах) башни можно применять с утепленными с наружной стороны баками. Наиболее опасные для промерзания места — центральный подводяще-разводящий стояк и узел его соединения с баком. Вследствие этого, стояк проектируют утепленным, а в узле присоединения стояка к баку при сложных климатических условиях, предусматривают электроподогрев. Теплоизоляцию стояков выполняют из минераловатных плит. В составе проекта баков предусматривают: наружную лестницу (с ограждением из дуг) для подъема на покрытие бака, люк и стремянку для спуска в бак, перильное ограждение по периметру покрытия бака; в баках — трубы для вентиляции. Наружную и внутреннюю поверхность бака защищают от коррозии. В баках, предназначенных для хранения питьевой воды, внутреннюю поверхность покрывают противокоррозионными составами.

---

Стволы выполняют из кирпича, стали, монолитного или сборного железобетона. Традиционная форма ствола — вертикальная цилиндрическая оболочка. Типовые проекты в основном предусматривают устройство кирпичных стволов, надежных в эксплуатации, не требующих для возведения специальных монтажных механизмов и относительно недорогих.

Стальные стволы водонапорных башен применяют для башен с баками небольшой вместимости. Они представляют собой сварную цилиндрическую оболочку, которая также заполняется водой и служит дополнительной емкостью. Основной недостаток — большая металлоемкость и дефицит листовой стали. Кроме того, при использовании ствола в качестве дополнительной емкости, напор в сети при опорожнении башни будет уменьшаться до нуля, вследствие чего необходима дополнительная насосная станция. Башни с монолитным железобетонным стволом представляют собой вертикальную цилиндрическую оболочку, возводимую в подвижной или переставной опалубке. Из-за отсутствия необходимого оборудования и приспособлений их почти не применяют. Наиболее прогрессивны и экономичны по всем показателям башни со стволами из сборного железобетона. Несмотря на широкое распространение водонапорных башен в целом по стране, количество водонапорных башен строящихся в каждом отдельном районе невелико.

Фундаменты выполняют из монолитного бетона или железобетона, которые состоят из полой цилиндрической части, в объеме которой размещается камера для запорной арматуры и круглой или кольцевой (для малых башен) фундаментной плиты. Для башен с баками небольшой вместимости камеру для запорной арматуры в отдельных случаях располагают в специальном колодце рядом с башней. Подземная камера не отапливается, но перекрытие над ней проектируют утепленным. В камере предусматривают две трубы для вентиляции — приточной и вытяжной, с заслонками, закрываемыми в зимнее время.

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.




Типовой проект башни со стальным стволом системы Рожновского.

---

1 – опора 2 – бак 3 – лестница 4 – колодец диаметром 1500мм

5 – переливная труба 6 – фундамент 7 – сливная труба 8 – напорная труба 9 – воздушная труба

Общий вид башни с монолитным железобетонным стволом.
1 – напорно-разводящий стояк

2 – железобетонный ствол

3 – стальной бак

4 – стальные лестницы

5 – переливная труба

6 – фундамент

7 – напорный трубопровод

8 – переливная труба

9 – сливная труба


1.3. Насосные станции
Насосная станция - сооружение, состоящее, как правило, из здания и оборудования — насосных агрегатов (рабочих и резервных), трубопроводов и вспомогательных устройств. Здания насосных станций бывают наземные, полузаглублённые и подземные. Известны также плавучие насосные станции — на барже или понтоне.

На современных насосных станциях используется ручное, автоматизированное управление или телеуправление. Насосные станции входят в системы водоснабжения и канализации, применяются на нефтепроводах, в системах орошения и системах осушения на судоходных каналах и т.д.

На насосных станциях используются несколько видов насосов:

• 
  Шестеренные насосы
  
• 
  Центробежные насосы
  
• 
  Погружные насосы
  

Шестеренные насосы - насосы, основную роль в которых выполняют шестеренки, вследствие разрядки воздуха между шестеренками возникает перепад давления и туда устремляется жидкость.

Центробежные насосы -  насосы, в которых движение жидкости и необходимый напор создаются за счёт центробежной силы, возникающей при воздействии лопастей рабочего колеса на жидкость.

Погружные насосы - насосы, погружаемые ниже уровня перекачиваемой жидкости. Это обеспечивает подъем жидкости с большой глубины, хорошее охлаждение узлов насоса, и позволяет поднимать жидкости к растворенным в ней газом.

1.4. Описание макета водонапорной башни
Для более подробного изучения проблем автоматизации водонапорной башни было решено создать наглядный автоматизированный макет водонапорной башни. Наш макет состоит из основного блока (основание макета), стальной опоры, стеклянного бака для воды, насоса, пластикового бака для воды, блока управления автоматизацией башни, резиновых трубок для подачи и отвода воды. Так же в макете использованы различные светодиодные лампы и осветительные схемы. Данный макет помогает наглядно показывать и объяснять принцип работы автоматики, которая присутствует на водонапорной башне.

---

Смотрите также файлы

• Исследование теоретикометодологических аспектов санаторнокурортного сегмента.docx

• По Налоговой декларации по налогу на прибыль организаций.docx

• Отношение молодежи к получению высшего образования научный руководитель О. Н. Замятина.docx

• Корона А. Д. студент4курса факультет Экономики.docx

• Лабораторная работа 1 3 Лабораторная работа 2 5 Лабораторная работа 3 10 Лабораторная работа 4 15 Лабораторная работа 5 20.doc