Водоснабжение

Водоснабжение

ВОДОСНАБЖЕНИЕ, совокупность сооружений для снабжения водой городов и населенных пунктов, промышленности и железнодорожного транспорта.

I. Водоснабжение городов и населенных пунктов.

Основными принадлежностями такого водоснабжения являются водоподъемные станции, очистительные сооружения и распределительная сеть труб с домовыми ответвлениями. Размеры водопроводных сооружений определяются потреблением воды для хозяйственных, санитарных и промышленных целей. При расчете нового водопровода или расширении уже существующего учитывается возможный прирост населения на ближайшие 15—25 лет, который для городов СССР можно принять в 2,5% в год, развитие промышленности и увеличение нормы потребления воды на жителя в зависимости от роста культурных потребностей и санитарного благоустройства.

Для расчета отдельных частей водопроводных сооружений имеет значение распределение населения по городу, густота его в разных частях города. Кроме прироста населения, д. б. собраны сведения о характере застройки, о горимости, о промышленных предприятиях и т. п. Нормы потребления воды на 1 жителя колеблются в очень широких пределах: для крупных американских городов - до 1000 л в сутки, для европейских городов - до 200 л и более, для городов СССР - до 150 л (Ленинград - 143 л, Москва - 85 л). Нормы потребления воды на одни хозяйственные нужды м. б. приняты для городов СССР:

Нормы потребления воды на хозяйственные нужды для городов СССР

Для промышленных предприятий установлены особые нормы. При расчете водопровода д. б. учтена степень неравномерности потребления воды: максимальный суточный расход в 1,15—1,5 раза выше среднего суточного годового расхода, максимальный, часовой - в 1,3—1,4 раза больше среднего часового. Кроме нормального расхода воды в городе, водопроводные сооружения должны быть пересчитаны на пожарный расход, для которого принимаются нормы согласно следующей таблице:

Пожарный расход воды

На действительное потребление воды в городе значительное влияние имеет тариф на воду и наличие точного учета потребляемой воды. Далее следует принимать во внимание бесполезную трату и утечку воды, что в хорошо устроенных водопроводах не превышает 8—10% всего расхода. Размеры водопроводных сооружений, помимо расхода воды, зависят также и от установленного напора воды в сети труб. Это давление определяется рельефами местности и высотой зданий. Свободный напор д. б. на 3—5 м выше зданий. При водопроводах низкого давления свободный напор принимается не менее10 м на поверхности земли; при водопроводах высокого давления свободный напор для тушения двухэтажных зданий устанавливается не менее 25 м, а для четырехэтажных зданий - 40 м.

В водопроводном деле первостепенное значение имеет выбор источника водоснабжения, могущего дать вполне удовлетворительную воду в достаточном количестве. При выборе источника водоснабжения должны быть произведены топографические, гидротехнические и метеорологические исследования, а для подземных источников и геологическое (гидрологическое); д. б. изучен режим водоема в разные времена года, д. б. сделано химическое, биологическое и бактериологическое обследование источника, санитарное обследование района; в результате последнего устанавливаются границы охранной зоны источника. Свойства хорошей питьевой воды в основном сводятся к следующему: вода д. б. прозрачна, бесцветна, без постороннего запаха и вкуса; не должна содержать механических примесей, вредных для потребления в домашнем хозяйстве, в промышленности и для водопроводных сооружений; число безвредных бактерий д. б. не более 100 на 1 см3; вода не должна содержать кишечной палочки (Bact. coli) и должна иметь в своем составе только незначительное количество органических веществ, а также хлора, серной кислоты, аммиака и других веществ, характеризующих загрязнение воды.

Источники водоснабжения разделяются на две группы: открытые (реки, озера, искусственные водоемы) и подземные (грунтовые воды, ключи, артезианские воды). Реки являются мощными и надежными источниками водоснабжения. Определение возможного расхода воды для целей водоснабжения устанавливается по меженнему расходу реки и по расходу воды для других целей: судоходства и промышленности. (При меженнем расходе Москвы-реки в 750000 м3 в сутки и при потребности для судоходства в 500000 м3, для москворецкого водопровода может быть взято до 250000 м3 воды в сутки.) Речная вода, хотя и подвергается очистке и дезинфекции, должна быть предохранена от загрязнения в самой реке. Озеро, являясь естественным отстойником, дает более чистую воду, чем река, и в некоторых случаях эта вода употребляется без фильтрации. В местностях, не имеющих естественных озер, устраивают искусственные водохранилища путем перегораживания долины плотиной. Для вычисления потребного объема водохранилища определяют площадь бассейна, питающего его, и количество осадков, могущих притекать в водовместилище в разные периоды года. Место для водохранилища выбирают наиболее благоприятное по топографическим условиям, позволяющим получить больший объем при наименьшей площади затопления, а следовательно, и большую глубину. Грунт водохранилища должен быть водонепроницаем, а само водохранилище предохранено от загрязнения. Иногда водохранилища устраивают на реках, которые являются источниками водоснабжения, для увеличения их расхода в меженнее время. Такие водохранилища задерживают полую воду весной. Ограждающие водохранилища плотины устраивают земляные, каменные, бетонные и железобетонные. Плотина должна быть основана на материке, не допускающем фильтрации воды. На плотине устраивают водослив для спуска излишков воды, водоспуск для регулярного выпуска воды из водохранилища и для опоражнивания его. Подземные воды (грунтовые), выходящие на поверхность земли, называются ключами. Вода ключей, имея все положительные свойства грунтовых вод, не нуждается в очистке, но при выходе на поверхность должна быть предохранена от загрязнения. Ключевая вода собирается сейчас же по выходе из земли захватными сооружениями (каптаж), из которых и поступает в водопровод. Грунтовые воды, насыщающие водоносные грунты (горные породы, гравий, песок) большой водоемкости (в 1 м3 гравия содержится около 370 л воды, в 1 м3 песка - 360—420 л воды), улавливаются обычно колодцами из железных труб, из которых поступают в водопровод. Количество грунтовых вод зависит от мощности водоносного горизонта. На фиг. 1 (размеры даны в м) представлена шахтная установка мытищинского водопровода Москвы из водоносных песков бассейна реки Яузы толщей в 7 м и площадью в 75 м2; шахта дает около 25000 м3 воды в сутки.

Шахтная установка мытищинского водопровода Москвы

При откачке воды из колодцев уровень грунтовых вод понижается (поверхностная депрессия). Грунтовые воды не требуют особой фильтрации и дезинфекции, но иногда содержат значительное количество солей железа и марганца (Берлин), от которых они должны быть освобождены. Артезианские воды протекают в водоносных слоях из трещиноватых пород (известняки, мел), перекрытых сверху водонепроницаемым пластом и т. о. изолированных от поверхностных вод. Артезианские воды находятся под давлением, и уровень воды в артезианском колодце соответствует давлению воды в артезианском потоке. Артезианские воды встречаются в нескольких горизонтах, разделенных друг от друга водонепроницаемыми грунтами (глина). В Московской губернии используются воды трех каменноугольных горизонтов, из которых третий находится на глубине до 250 м. Наиболее экономичными источниками водоснабжения являются подземные воды, не требующие фильтрации, и ими питаются водопроводы мелких и средних городов. Для крупных городов подземные воды являются недостаточными по количеству, почему и приходится прибегать к открытым водоемам (рекам, озерам).

Вода открытых источников в сыром виде не удовлетворяет тем качествам, которые предъявляются к питьевой воде, и поэтому ее подвергают очистке и обезвреживанию (дезинфекции). Очистку воды производят отстаиванием и фильтрацией. Отстаивание воды в естественных или искусственных очистных резервуарах способствует оседанию взвешенных в воде веществ и части бактерий. В естественных отстойниках (Ладожское озеро проектируемого ленинградского водопровода, резервуары лондонского водопровода) вода отстаивается в течение месяцев, в искусственных отстойниках она находится значительно меньшее время - от 10 до 24 часов. Искусственные отстойники строятся обычно в форме разделенных продольными стенками железобетонных резервуаров, внутри которых движется вода со скоростью от 2 до 4 мм/сек. На фиг. 2 показан отстойник речной воды.

Отстойник речной воды

Обычно достаточно механического отстоя воды для ее дальнейшей очистки, но при особо мутной воде, что бывает во время паводков, ее подвергают еще химической обработке, делающей отстой более интенсивным и состоящей в прибавлении к воде коагулянтов; последние образуют с находящимися в воде взвешенными веществами нерастворимый хлопьевидный осадок, увлекающий как взвешенные вещества, так и часть бактерий. Обычно для коагулирования употребляют сернокислый глинозем Al2(SО4)3. Коагулирование начинается при прозрачности воды менее 100 см (нормальной считается прозрачность в 230 см, т. е. такая, при которой через налитую в стеклянную трубку воду слоем в 230 см можно различить находящийся на дне черный крестик). Доза коагулянта определяется в 80—120 г на 1 м3 воды. Для лучшего контакта коагулянта с водой в последнее время применяют особые смесительные камеры, в которых происходит перемешивание коагулянта и воды.

Очищенная вода поступает в город по водоводам. Расположение водопроводных сооружений зависит от местоположения источника по отношению к городу, от планировки города и рельефа местностей. При положении источника выше города устраивают самотечный водопровод (Вена). Вода в этом случае подводится каменными, кирпичными или бетонными каналами. При переходе через долины рек каналы укладываются на специальном мосту (акведук) или проходят по напорной трубе (дюкер). Переход канала через возвышенности выполняется или тоннелем или сифоном. Поверхность воды в каналах имеет уклон от 0,001 до 0,0001. При расположении источника ниже города вода из него поднимается насосами; в случае очистки воды подъем разделяется на 2 ступени: из источника на фильтры и из резервуара чистой воды в город. Вода подается по напорным трубам, чугунным, железным, железобетонным или деревянным, в зависимости от давления и диаметра труб. На водоводах помещают задвижки для выделения части водовода в случае повреждения, вантузы для выпуска воздуха, скопляющегося в высоких местах перегиба, спуски для опоражнивания водовода, предохранительные клапаны, обратные клапаны и воздушные колпаки для предохранения от гидравлических ударов. При пересечении водоводов с железнодорожными линиями, в целях предохранения пути от размыва в случае повреждения водоводов, последние заключают в тоннели или прокладывают под мостами. При переходах через реку водовод укладывают по дну реки сифоном или по мосту. При напорном водопроводе вода обычно подается в напорный резервуар (Москва), реже прямо в сеть (Ленинград). При недостаточной высоте источника над городом применяется подкачка воды; вода подводится самотеком до определенного уровня, с которого она подается дальше насосами (Баку). При резкой разнице в рельефе разных частей города водопровод разделяется на зоны с однообразным рельефом; подача воды в этом случае производится в каждую зону самостоятельно, чем уменьшается напор в трубах и расходы по эксплуатации (Париж). В крупных городах с развитой промышленностью устраивают два независимых водопровода: один для питьевых целей, другой для промышленных и санитарно-гигиенических (Париж).

Распределение воды в городе производится при помощи сети главных (магистральных) труб и разводящих уличных и домовых веток. Схема магистральной сети труб зависит от планировки города и расположения напорного резервуара.

Типы магистралей водоснабжения

Основными типами магистралей являются магистраль с ответвлениями (фиг. 3) и магистраль кольцевая (фиг. 4). Кольцевая магистраль наиболее обеспечивает непрерывность водоснабжения, так как в случае повреждения в каком-либо месте вода может подойти к нему с другого конца кольца. При выборе направления магистралей учитывают кратчайший путь их к отдаленным от резервуара частям города, наименьшее давление воды в них и расположение их в наиболее возвышенных частях города для обеспечения должным напором разводящих труб. Пример расположения магистральных труб по кольцевой системе дает схема расположения магистралей московского водопровода (фиг. 5).

Схема расположения магистралей московского водопровода

Разводящие трубы берут свое начало в разных точках магистрали и расходятся ветвями с уменьшающимися диаметрами по улицам города. От разводящих труб подводятся к домам домовые ответвления.

Водопроводная сеть состоит чаще всего из чугунных труб. Русскими заводами чугунные трубы изготовляются по нормальному сортименту, выработанному V Водопроводным съездом (1901 г.). За последнее время выработан нормальный метрический сортимент труб. Наиболее употребительными являются раструбные чугунные трубы. Чугунные трубы отливаются диаметром от 1200 до 40 мм. Наиболее употребительны трубы диаметром от 900 до 50 мм. Кроме чугунных, употребляют железные трубы большого и малого диаметров, способные выдерживать высокие внутренние давления, причем при больших диаметрах труб необходимо проверять толщину их стенок на внешнее давление земли и веса воды в трубах и самой трубы. Железные трубы диаметром выше 500 мм делаются клепаными или сварными; соединения железных труб между собой делаются раструбными, фланцевыми с подвижными и жесткими фланцами и муфтами с нарезкой. Железные трубы малого диаметра (газовые) употребляются главным образом для внутренней домовой разводки, причем во избежание ржавления они оцинковываются внутри и снаружи. Соединение газовых труб преимущественно муфтовое на резьбе. Для укладки в земле газовые трубы малопригодны, так как они быстро ржавеют и дают течь. Для магистралей и разводящих труб употребляют иногда деревянные трубы разных диаметров. Трубы большого диаметра (до 1,5 м и выше) собирают на месте, сплошной непрерывной трубой, из изготовленных на заводе брусков, стягиваемых хомутами из круглого железа. Деревянные трубы укладывают в земле или на поверхности ее. Стоимость их на 30—40% дешевле железных и чугунных. В последнее время для водоснабжения получили применение асбестоцементные (этернитовые) трубы, изготовляемые из смеси асбеста (1/6 ч.) и цемента (5/6 ч.). Асбестоцементные трубы изготовляются на давление от 2,5 до 20 atm и отличаются долговечностью, не подвергаются действию электролиза, кислотоупорные, непроницаемые, малотеплопроводные, огнестойкие и значительно легче металлических. Слабым местом их является ненадежность соединений, т. к. трубы изготовляются совершенно гладкие, без буртов и раструбов. Для выделения отдельных участков сети при повреждении или ремонте и для переключений с одной трубы на др. употребляют задвижки, помещенные в колодцах. Для разбора воды непосредственно из уличной сети труб служат водоразборы. Для тушения пожаров употребляют специальный пожарный гидрант, устанавливаемый непосредственно на уличной трубе. Домовые водопроводные ответвления присоединяются к уличной сети труб или помощью вставленного в сеть тройника или посредством особой седелки. Седелка состоит из чугунного сегмента, притягиваемого к трубе хомутами. При употреблении седелки присоединение домовой трубы к трубе сети делается без опорожнения трубы, просверливанием ее под напором через привернутый к седелке кран. Присоединение домовой линии производится обычно в колодце. Каждое домовое ответвление имеет запорный кран, отделяющий его от городской сети. Домовая водопроводная ветка вводится в дом и оканчивается водомером, за которым начинается уже внутренняя домовая разводка; она должна быть отделена от водомера вентилем. Для домовых веток употребляют чугунные 50-мм и 40-мм трубы, реже - железные оцинкованные. Для обычных домовых водопроводов диаметры труб определяются на основании опытных данных по числу расходных кранов:

Vodosnabjenie 7

Сеть домового водопровода, схема которой показана на фиг. 6, устраивается таким образом, что главная труба идет подвалом или нижним этажом и к ней присоединяются вертикальные стояки, идущие через все этажи; от стояков же идут только короткие ответвления к кранам.

Сеть домового водопровода

Каждый стояк снабжается запорным вентилем; ответвления от стояка в каждую квартиру также желательно снабжать вентилем, - это дает возможность производить ремонт отдельных частей водопровода, не останавливая водоснабжения всего дома. При недостатке напора в городской сети при высоких зданиях, для обеспечения их водой в продолжение всех суток, ставят на чердаке дома бак, который заполняется водой из городской сети в часы наименьшего расхода воды и наибольшего напора в сети, или же вода накачивается в бак насосом. В больших общественных учреждениях, на фабриках и т. п., устраивают домовое противопожарное водоснабжение с противопожарными кранами диаметром >40 мм. Водопроводным съездом выработаны технические условия и правила для сооружения и пользования домовыми водопроводами.

Для определения диаметра магистралей и разводящих труб, необходимого для пропуска заданного количества воды с потребным напором, пользуются формулами, дающими потери напора в трубах на единицу длины их в зависимости от диаметра трубы и расхода воды или скорости течения ее. Наиболее употребительные формулы для расчета чугунных и железных труб:

1) Дарси (с опытным коэффициентом m = 1,5 для диаметра труб от 100 до 500 мм):

Vodosnabjenie 8

2) Куттера (с коэффициентом m = 0,25):

Vodosnabjenie 9

3) Маннига (с коэффициентом m = 0,012):

Vodosnabjenie 10

4) Фламана:

Vodosnabjenie 11

5) Базена:

Vodosnabjenie 12

и другие. В этих формулах: i - потеря напора в м водяного столба на 1 п. м; d - диаметр трубы в м; q - расход воды в м3/сек; v - скорость течения воды в м/сек. Для расчета деревянных труб применяется формула Скобея:

Vodosnabjenie 13

Для расчета водопроводной сети необходимо определить расход воды в трубах, начиная с наиболее удаленных. Расход этот определяется или по площади питания или пропорционально длине трубы по указанным выше нормам потребления. Расчетный расход для трубы составляется из транзитного расхода по ней плюс 0,55 потребления на протяжении самой трубы. Наименьший диаметр трубы определяется при условии, чтобы скорость в ней не превышала 1 м/сек; наивыгоднейший же диаметр выбирается в зависимости от стоимости труб, водоподъемных станций и других водопроводных сооружений. Нормально диаметр этот получается при скорости движения воды от 0,7 до 0,8 м/сек. Определенный по хозяйственному расходу диаметр труб сети проверяется на пожарный расход при двух пожарах в разных частях города одновременно. Скорость движения воды при пожаре допускается повышенная - до 1,5—1,75 м/сек. После расчета сети следует проверить пьезометрические уровни воды в трубах с тем расчетом, чтобы ни в одном районе свободный напор в сети не был менее установленного.

Уличные трубы укладывают посередине улицы или по ее краям у тротуаров. Траса водопроводной линии д. б. согласована со всеми другими подземными сооружениями: канализацией, водостоками, кабелями освещения и телефона, газовой сетью и пр. Изменения направления линии делают применительно к существующим фасонным частям; отклонение на малые углы м. б. произведено поворотом самой трубы в раструбах. Глубина заложения труб определяется глубиной промерзания грунта - от 2,2 до 2,7 м для средней полосы СССР, до 3,0 м в Сибири и до 1,3 м на юге. Водопроводные трубы укладывают параллельно продольному профилю местности, но без резких переломов. Для укладки разводящих труб роют канаву шириной от 0,85 до 1,3 м; стенки ее укрепляют досками с распорами. При прокладке труб малых диаметров канаву делают не сплошной, а с перемычками, что удешевляет стоимость работ. При укладке бурт трубы обматывают просмоленным пеньковым канатом и вводят в раструб соседней трубы; по выправке уложенных труб раструбы заливают свинцом и зачеканивают. По укладке линии труб и заделке раструбов трубы подвергают гидравлическому испытанию на 5 atm выше рабочего давления, но не ниже 10 atm, причем в течение 3 минут гидравлическое давление должно упасть не более, чем на 1 atm. Плотность соединений определяют также наблюдением утечки в трубах при постоянном рабочем давлении; эта утечка считается  допустимой при величине ее на протяжении всего участка не более 10000∙d∙l л в сутки, где d - диаметр трубы в м, а I - длина участка в км. После укладки труб канавы засыпают землей с утрамбовкой несколько выше поверхности почвы на случай осадки. Одновременно с укладкой труб выкладывают колодцы, в которых устанавливают задвижки, фасонные части, пожарные гидранты. Эксплуатация сети водопроводных труб требует постоянного надзора за состоянием их и связанных с ними водопроводных сооружений. Сеть труб от времени до времени необходимо проверять на утечку.

II. Водоснабжение железнодорожное.

Такое водоснабжение, в отличие от городского, снабжает водой, пригодной главным образом для питания паровозных котлов и поэтому в большинстве случаев подвергающейся не биологической очистке, а лишь смягчению. Снабжение питьевой водой населения станции выгоднее производить при помощи колодцев отдельно от водоснабжения паровозов или, при большом количестве населения, путем установки особых водопроводов.

Источниками водоснабжения железной дороги служат: 1) живые источники - ручьи, реки и озера; 2) искусственные водоемы в виде прудов, собирающих с ограниченного бассейна атмосферную воду, и колодцев, собирающих грунтовую воду, и 3) артезианские скважины. На сети СССР 49% водоснабжения железных дорог производится из рек, 7% - из озер, 12% - из прудов, 13% - из колодцев, 8% - из буровых скважин и 11% - из прочих разных источников. Выбор того или другого источника водоснабжения зависит гл. обр. от качества и количества воды источника. Вода для паровых котлов должна быть механически чиста и свободна от газов и минеральных примесей. При нагревании и испарении воды, содержащей газы и минеральные примеси, сначала выделяются растворенные в воде газы - кислород, углекислота и сероводород, если он содержится в воде, а затем (частично и одновременно) осаждаются соли и основания. Газы, в особенности сероводород, разъедают стенки парового котла; осадки твердых веществ, называемые котельным камнем или накипью, отлагаются на стенках котла сначала в виде рыхлой массы, а затем по большей части затвердевают в плотную твердую камнеобразную корку. Корка состоит из углекислых и сернокислых солей кальция и магния. Наиболее твердые накипи получаются из сернокислых соединений. Присутствие поваренной соли в растворе также чрезвычайно вредно. Чем больше этих солей в воде, тем скорее они отлагаются на стенках, тем быстрее проявляется их вредное влияние на паровой котел и тем выше расходы по уходу за котлом и ремонту его.

Качество воды обыкновенно определяется степенью ее жесткости, измеряемой градусами. Существуют две системы градусов жесткости: по французской системе 1° жесткости соответствует содержанию в 100000 весовых частях воды одной весовой части СаС03, по немецкой - одной весовой части СаО. Французский градус равен 0,56 немецкого. У нас предпочитают немецкую систему жесткости. Воды до 10—16° (немецких) считаются хорошими для питания котла, от 16 до 25° - средними, свыше 25° - жесткими, наконец, воды свыше 35—40° являются негодными для питания паровых котлов. Воды северной части территории СССР - преимущественно мягкие воды, южной части, с низким уровнем грунтовой воды, - более жесткие. Воды прудов, болот, озер, рек - по большей части мягкие или средние, воды артезианских скважин и рек, прорезающих известняки, - средние или жесткие. Из используемых источников для железнодорожного водоснабжения 70% вод можно отнести к мягким, 20% - к средним и 10% - к жестким водам.

При проектировании водоснабжения железных дорог для данной линии прежде всего определяют расстояние между пунктами железнодорожного водоснабжения из такого расчета, чтобы на этом расстоянии товарный паровоз типа 0-5-0 серии Э, следуя с поездом предельного веса, израсходовал воды не более 80% емкости своего тендера. Это условие обычно соответствует расстоянию в 40—60 км. При всех условиях железнодорожное водоснабжение должно гарантировать непрерывность подачи воды и на случай порчи должно иметь по два всасывающих и напорных водопровода и двойной комплект водоподъемных машин. В прежнее время пункты железнодорожного водоснабжения располагались примерно в два раза чаще, но с одиночным оборудованием.

Затем определяют количество воды, которое должен давать проектируемый пункт. Для станций с паровозными депо и другими крупными хозяйственными устройствами железнодорожное водоснабжение должно обеспечить необходимое в сутки количество воды: 1) для наполнения тендеров всех поездных паровозов, которые рассчитывают отправлять в течение суток с данной станции через 10 лет после открытия линии; 2) для маневровых паровозов, промывки паровозов, для мастерских, для разных расходующих воду установок (силовые станции, элеваторы, бани и т. п.) и для хозяйственных надобностей населения станции; во всяком случае, общий суточный расход для надобностей по этому пункту должен быть не меньше 200 м3 для станций с коренным депо, 80 м3 для станций с оборотным депо и 20 м3 для прочих станций; 3) для особых надобностей - не менее 25 м3 для станций с депо и 10 м3 для станций без депо.

Водоснабжение железнодорожное

Водоснабжение железнодорожное, как видно на фиг. 7, изображающей схему водоснабжения, состоит из следующих частей: сооружений, собирающих воду (запруда, колодец) 1, водоприемника 2, всасывающей линии труб 3, механического оборудования - насосы и машины, приводящие их в движение, - 4, напорной линии к резервуару 5, резервуара воды 6 и разводящей водопроводной сети с разборными устройствами 7. К этим частям иногда присоединяют устройства для химической очистки (смягчения) воды и устройства для механической и биологической очистки воды (фильтрование, коагулирование, хлорирование и т. п.). В гористых местностях бывают случаи, когда возможно собрать из родника, ручья или озера воду выше станции, и тогда все устройство водоснабжения состоит из резервуара, в который самотеком собирается вода, направляемая затем в разводящую сеть. Такие самотечные сооружения в нашей равнинной стране редки: их на нашей сети - 30. Для естественных источников железнодорожного водоснабжения (реки, озера, пруды), имеющих достаточный расход воды, устраивают лишь водоприемные сооружения, служащие для удобства постановки всасывающих труб (см. Водоприемники), для речек и ручьев с малым расходом воды прибегают к скоплению воды с помощью плотин, б. ч. земляных. Источник воды должен обеспечивать суточный расход воды, увеличенный в полтора раза; при этом необходимо учитывать: фильтрацию, испарение, вымерзание в суровые зимы и, наконец, в степных местностях - осолонение.

Механическое оборудование железнодорожного водоснабжения до недавнего времени состояло преимущественно из паровых насосов Вортингтона при водоемах, а при артезианских скважинах - из штанговых насосов, питаемых паром от вертикальных котлов. Повсеместное распространение насосов Вортингтона объясняется их надежностью в работе, простотой конструкции и легкостью ремонта. Эти насосы, однако, отличаются весьма высоким расходом пара (50—75 кг/л. с.) и топлива. Повышение мощности установок и вздорожание топлива заставили перейти к более сложным, но более экономным устройствам механического оборудования. В настоящее время в новых установках применяют двойной агрегат, состоящий каждый из приводного (плунжерного или центробежного) насоса, связанного ременной или зубчатой передачей с двигателем внутреннего сгорания (большей частью нефтяным); для расширения существующего устройства к имеющемуся паровому оборудованию добавляют такой же ординарный агрегат, причем постоянно работает экономная установка с двигателем внутреннего сгорания, а паровая находится в резерве.

Оборудование водокачки

На фиг. 8 и 9 приведены типичные примеры новейших установок механического оборудования средней мощности. На фиг. 8 показано оборудование водокачки на 100 м3 подачи воды в час, состоящее из дизеля и центробежного насоса с ременной передачей. Двигатель и насос расположены почти на одной высоте, что возможно при б. или м. постоянном уровне воды в реке и невысоком береге водоема. В случае, когда машинное здание, из опасения затопления машин, приходится строить на высоком берегу, для получения надежного всасывания (высота всасывания не должна превосходить 4—5 м) насос располагают в пониженной части здания. Т. к. плунжерные насосы вообще тихоходные, то для уменьшения числа оборотов кроме ременной приходится еще вводить зубчатую передачу. Устройство водокачек на крупных реках представляет значительные затруднения вследствие большой разницы в горизонтах весенних и меженних вод; эта разница б. ч. находится в пределах 8—10 м, а в исключительных случаях доходит до 16 м (р. Ока у Калуги).

Пример расположения водоподъемного здания на реке с большой разницей высоких и низких вод

На фиг. 9 показан пример расположения водоподъемного здания на реке с большой разницей высоких и низких вод. Пол машинного здания расположен выше горизонта высоких вод, а насосы помещены в шахте, дно которой опущено на 6,5 м. Наверху помещена также коробка с зубчатой передачей, от которой идут вертикальные штанги, передвигающие плунжеры насоса. Такое устройство позволяет работать при разности горизонтов до 10 м. При установках небольшой мощности применяются весьма компактные агрегаты, состоящие из двигателя и насоса (плунжерного или центробежного), монтированных на одной фундаментной плите. Типовое современное механическое оборудование при артезианских скважинах состоит из компрессора, нагнетающего воздух в скважину и выжимающего воду в резервуар, из которого вода затем центробежным или плунжерным насосом нагнетается в водонапорную башню. Схема такого оборудования показана на фиг. 10.

Водозабор из артезианской скважины

В исключительных случаях, при большом диаметре скважин, применяют центробежные электронасосы с вертикальным валом. Электрическое оборудование водокачек распространено сравнительно мало. Из всех насосных агрегатов водокачек нашей железнодорожной сети имеется: паровых - 76%, с двигателями внутреннего сгорания - 20%, электрических -  4%. Собственно насосы распределяются так: 76% паровых, 7% центробежных, 17% приводных плунжерных. Механические устройства железнодорожного водоснабжения при наибольшей работе, допускаемой их конструкцией, должны доставлять все требуемое суточное количество воды при одиночном оборудовании в течение 16 ч. работы, при двойном оборудовании - в течение 22 ч. для каждого агрегата.

Общая емкость резервуаров водоемного здания составляет от 1/8 до 1/4 наибольшего суточного расхода. Возвышение дна бака над рельсами согласовывается с диаметром разводящих труб т. о., чтобы из путевых гидравлических кранов можно было одновременно наполнить два тендера в течение не более 5 минут.

Водоемные здания на наших дорогах строят по большей части двух типов: 1) малые здания, емкостью 60 м3 и высотой (до низа бака) 8,5 м; на нижней каменной восьмигранной части располагают железный клепаный бак; верхняя, тоже восьмигранная, часть, служащая лишь для предохранения от холода, - деревянная, рубленая шатром (этот тип представлен на фиг. 11);

Водоемные здания

2) водоемные здания, емкостью свыше 100 м3, делают чаще всего железобетонные; типичным примером их может служить здание, изображенное на фиг. 12. Резервуаров, емкостью больше 200 м3, не делают и поэтому, если необходимо построить водоемное здание большей вместимости, ставят в нем два резервуара рядом или один под другим. Если станция расположена на косогоре, водоемное здание стараются вынести на гору и тем уменьшить высоту здания, сохраняя заданную высоту напора. Высота водоемного здания (если не предусматриваются особые мероприятия для повышения давления в разводящей сети) д. б. проверена на высоту пожарной струи.

На нескольких станциях железнодорожной сети СССР имеется так называемое пневматическое водоснабжение, при котором отсутствует водонапорная башня, а напор создается давлением воздуха, нагнетаемого компрессором. Преимущество этой системы заключается в возможности скрыто расположить главные органы водоснабжения, получить высокое напорное давление и регулировать величину напора; недостаток - высокая стоимость. Типовое устройство этой системы на большой станции с суточным расходом в 1000 м3 состоит из 10 водяных и 10 воздушных резервуаров следующего назначения: пять водяных резервуаров для постоянных хозяйственных потребностей, емкостью каждый в 40 м3 при давлении 2—4 atm; три резервуара для пожарной надобности, емкостью каждый также в 40 м3 при давлении 9 atm и, наконец, два резервуара переменного запаса, расходуемого обычно для хозяйственных надобностей при давлении 2—4 atm, но в случае пожара давление в этих резервуарах может быть поднято до 9 atm. Каждому водяному резервуару соответствует свой воздушный резервуар-аккумулятор; в аккумуляторах давление поддерживается двадцатисильным компрессором.

Южная часть нашей железнодорожной сети беднее водой, и на нескольких дорогах юга и юго-востока имеются большие районы без воды, годной для питания котлов. При небольшом движении такие безводные пункты снабжаются привозной в цистернах водой, на магистральных же линиях устраивают вдоль линии водопроводы длиной до 100—150 км. Представление о характере и размерах такого сооружения могут дать следующие сведения об одном существующем продольном водопроводе длиной 140 км. Вода берется из реки и подается на ряд станций по водопроводным трубам с уменьшающимся диаметром в зависимости от уменьшающегося по пути расхода воды: первые 14 км - диаметр 250 мм, следующие 31 км - 225 мм, следующие 42 км - 200 мм, следующие 32 км - 175 мм и последние 21 км - 150 мм. Вода подается тремя насосными станциями - одной главной и двумя промежуточными; оборудование главной станции состоит из 3 двигателей по 62 л. с., 3 насосов первого и 3 насосов второго подъема, промежуточных станций - из 3 двигателей и 3 насосов мощностью: на второй станции по 37 л. с., на третьей - по 25 л. с. При полном расчетном графике движения поездов должны работать два агрегата. Вследствие допущенных высоких манометрических давлений уложены стальные трубы. Вдоль пути водопровода устроены запасные резервуары с трехсуточным запасом воды.

Устройство всасывающих, нагнетательных и разводящих сетей в общем не отличается от сетей обычных водопроводов, кроме гидравлических кранов для набора воды тендерами. Трубы в подавляющем большинстве чугунные; стальные трубы применяются в исключительных случаях. Внутренний диаметр труб для напорных линий рассчитывают для скорости движения воды не более 1 м/сек и, во всяком случае, делают не менее 125 мм. Линии разделяют на ремонтные участки длиной не более 500 м со смотровыми колодцами на границах участков, запорными кранами и патрубками для испытания линий. В повышенных точках сети устанавливают воздушные вантузы, а в пониженных - осадочные. Диаметр всасывающих труб превышает диаметр напорных труб не менее чем на 25 мм. Диаметр разводящих труб рассчитывают так, чтобы при установленном времени наполнения тендера (3—5 мин.) скорость движения воды во время этого наполнения не превосходила 1,5 м/сек; при этом диаметр труб, подводящих воду к гидравлическим кранам для наполнения тендеров, не должен быть менее 150 мм при длине трубопровода до 600 м и не менее 175 мм - при более значительной длине трубопровода. На фиг. 13 показан один из пользующихся широким распространением типов гидравлического крана.

Гидравлический кран

Устройства для механической и биологической очистки сходны с очистными устройствами городских водопроводов, но применяются в единичных случаях. Что же касается химической очистки, то многим водам на южной части нашей сети свойственна такая жесткость, что необходимо прибегать к смягчению воды прибавлением к ней кальцинированной соды и извести в количествах, соответствующих составу содержащихся солей. При этом накипеобразователи, кальциевые и магниевые основания, выпадают из воды в виде нерастворимых осадков, которые отделяются затем отстаиванием и фильтрацией, и вода становится мягкой и осветленной. Выделение накипеобразователей не бывает совершенно полным, и в очищенной воде остается еще некоторая жесткость до 6° (нем.), но этот остаток жесткости дает незначительную рыхлую накипь. Химическая очистка воды в Союзе ССР пока еще не имеет того распространения, какого она заслуживает, вследствие дороговизны первоначального устройства и трудности обеспечить необходимое умелое руководство и надзор за процессом очистки.

Для питания паровозов во время постройки новых железнодорожных линий устраивают временное железнодорожное водоснабжение  в таких местах, где это наиболее удобно и дешево, обыкновенно на перегоне у речки с невысокими берегами; это железнодорожное водоснабжение  состоит из парового или моторного агрегата, накачивающего воду в поставленные на подмостки деревянные чаны или непосредственно в тендер паровоза.

Водоснабжение железнодорожное за границей в принципе не разнится от вышеописанных устройств, отличаясь в конструктивных деталях. Главное различие заключается в больших диаметрах водопроводных труб, особенно разводящих, и, следовательно, больших скоростях набора воды. На американских дорогах применяют деревянные водопроводы и деревянные резервуары на водоемных зданиях. Чтобы избежать потери напора и иметь возможность строить водоемные башни малой высоты, на каждый гидравлический кран или на пару стоящих рядом кранов возводят отдельное водоемное здание, чем устраняется надобность в укладке разводящей сети большого диаметра.

В Англии и Америке на некоторых линиях обращения скорых поездов, проходящих большие расстояния без остановок, устраивают на прямых и горизонтальных участках путевое водоснабжение, состоящее из железного клепаного корыта-канала, по которому течет вода. Корыто длиной 450—600 м, шириной 0,5—0,7 м и высотой 0,15—0,18 м укрепляется на шпалах по оси пути. С тендера паровоза спускают металлический рукав, забирающий на ходу воду. Вследствие трудности содержания, особенно зимой, когда приходится устраивать отопление этого корыта в предупреждение замерзания воды, такое путевое железнодорожное водоснабжение  имеет весьма ограниченное распространение и, вероятно, скоро исчезнет.

Большинство отдельных частей железнодорожных водоснабжений  состоит из тех же элементов, как и городское или заводское водоснабжение.

III. Водоснабжение промышленных предприятий.

Такое водоснабжение имеет целью обеспечение промышленных предприятий водой для хозяйственных нужд, для производства, для питания паровых котлов и для противопожарных мер. К качеству воды для производства (например, для красильного производства, для бумажного и др.) предъявляются весьма строгие требования, вызывающие такие расходы на очистку и пр., которые могут играть решающую роль при выборе места для постройки нового завода или фабрики. Воду для питания паровых котлов приходится часто очищать во избежание образования в котлах накипи. К воде для противопожарных мер особых требований в смысле ее чистоты и химического состава не предъявляется, за исключением тех случаев, когда в пожарной сети имеются спринклеры, вода для которых д. б. чистой и не содержать железистых соединений.

В виду различных требований, предъявляемых к воде, современные заводские водопроводы состоят из трех отдельных сетей: 1) для питьевой воды и хозяйственных нужд, 2)  для производства (и котлов) и 3) пожарной. Последняя питается центробежными насосами, приводимыми в действие от электромоторов или от двигателей внутреннего сгорания. Сеть труб обычно устраивают сомкнутой с круговой циркуляцией воды. Трубы прокладывают в земле на глубине 1,5—2 м в зависимости от местного климата и с некоторым уклоном для того, чтобы в случае надобности из них можно было выпускать воду. В случае спринклерного устройства на заводе должны быть два независимых друг от друга источника воды, как, например, водонапорная башня и трубопровод, подающие воду под напором из водоема или колодца. На небольших заводах обычно устраивают одну общую водопроводную сеть, присоединенную к городскому водопроводу. Если такая общая сеть питается водой из заводского артезианского колодца, то необходимо ставить водонапорную башню для подачи воды в нерабочее время в жилые дома и в случае пожара.

 

Источник: Мартенс. Техническая энциклопедия. Том 4 - 1928 г.