Крупнейшие открытия в России в области водоснабжения

Федеральное агентство по образованию Российской Федерации

 

Санкт-Петербургский  государственный

архитектурно-строительный университет

Факультет безотрывных форм обучения

 

Кафедра водопользования и экологии

 

 

 

 

 

       РЕФЕРАТ

 

       По дисциплине «Основы научных исследований»

 

КРУПНЕЙШИЕ  ИЗОБРЕТЕНИЯ В РОССИИ В ОБЛАСТИ  ВОДОСНАБЖЕНИЯ И КАНАЛИЗАЦИИ

      

 

 

 

 

Разработал                                               студ. гр. ВВ-6 Аркатова И.А.

                                                                                           Самсонов Д.В.

                                                                                           Самсонов С.В.

                                                                                           Юдин А.Н.

 

Принял                                                         преподаватель Койда А.Н.

 

 

 

 

 

 

 

    Санкт-Петербург

2014

Введение

Наибольшее  число изобретений в России в  области ВК было сделано в начале 20 в. В докладе рассмотрим 4 изобретения, касающихся разных сторон ВК: теоретических, конструктивных, практических и др.

 

1. Гидроудар в системе водоснабжения (взяла себе!!!)

Впервые гидравлический удар в трубопроводах был исследован Жуковским, известным русским ученым, в 1899 году. Он проводил теоретические и экспериментальные исследования этого явления и в результате выяснил происхождение гидроударов. Они возникают при быстром открытии или закрытии запорной арматуры трубопровода – в этом случае происходит резкое изменение скорости и направления движения и давления потока жидкости.

Скорость  движения меняется и по величине, и  по направлению, а давление меняется и в сторону увеличения, и в сторону уменьшения по отношению к первоначальному. Как следствие возникает колебательный процесс, который характеризуется периодическими повышениями и понижениями давления.

Движущаяся  по трубопроводу масса жидкости при  резком перекрывании потока продолжает свое движение по инерции – в первую очередь остановится та часть жидкости, которая упрется в преграду, затем будут, останавливаясь, уплотняться последующие слои жидкости – при этом давление в остановившейся жидкости будет постоянно возрастать.

Затем эта  сжатая под давлением жидкость начнет расширяться и в результате произойдет движение жидкости в обратную сторону. Области повышенного давления и слои остановившейся жидкости станут распространяться по трубопроводу со скоростью распространения звука в воде навстречу движущемуся потоку.

Причинами возникновения  гидроударов в системе водоснабжения  являются перебои в энергоснабжении или аварийные отключения работающих насосных станций, быстрое закрытие или открытие запорно–регулирующей или предохранительной арматуры, рабочие или ложные срабатывания системы технологической защиты трубопроводов.

В системах водоснабжения при возникновении  гидравлического удара происходит упругая деформация стенок труб, и, как следствие, трубы разрушаются. Гидроудары, создавая перепады давления и вибрацию, в 60%: случаев являются виновниками разрушения труб, на коррозионные процессы приходится около 25% случаев, последнее место занимают форс-мажорные обстоятельства и природные явления.

На сегодняшний  день большинство кранов представляют собой шаровые конструкции, поэтому при закрытии таких кранов происходит резкое перекрывание движения жидкости, приводящее к гидроударам различной силы.

Если раньше в большинстве своем применялись  вентильные конструкции кранов и поэтому резко перекрывать поток воды не получалось, то теперь гидроудары в системах водоснабжения, как и во многих других системах, по которым движется жидкая среда, стали обращать на себя внимание.

От гидроударов  в квартирах жильцов в первую очередь страдают подключенные к системам холодного и горячего водоснабжения различные бытовые приборы – стиральные и посудомоечные машины, а также сложное гидротехническое оборудование – гидромассажные ванны, джакузи. В странах ЕЭС, к примеру, производители отказываются давать гарантию на выпускаемую бытовую технику, если в системе водоснабжения будет отсутствовать специальное защитное оборудование. Необходимо использовать различное защитное гидрокомпенсаторное оборудование, для того, чтобы уберечь и сантехнику, и бытовую технику от гидроударов в системе водоснабжения. В этом случае на помощь приходят гидроаккумуляторы, редукторы давления и стабилизаторы давления.

Основным  назначением гидроаккумуляторов является поддержание, а также плавное изменение давления воды или другой жидкости, в зависимости от рабочих характеристик системы. Осуществляя регулирование давления, они предохраняют систему водоснабжения от последствий разрушительного воздействия гидроударов. Редукторы давления в автоматическом режиме регулируют давление воды в системе водоснабжения, поддерживая на выходе заданное потребителем настроечное давление вне зависимости от перепадов давления в водопроводной системе. Стабилизаторы давления являются инновационной технологией, позволяющей устранять аварийные ситуации, связанные с разрывами труб, снижать общую аварийность систем водоснабжения, существенно увеличивать срок службы трубопроводов и различной арматуры, продлевая жизнь даже сильно изношенных систем водоснабжения.

 

2. Водопрововод системы Н.П.Зимина.

Хозяйственное водоснабжение России в XIX веке не было в состоянии обеспечить необходимое количество воды для тушения пожаров. В среднем на городского жителя приходилось 5 ведер воды в сутки (60 л). Для города со 100 тысячами населения - 500 тысяч ведер, что составляло лишь половину той нормы, которая могла потребоваться для тушения одного пожара в городе (42 тыс. ведер в час).  
   Проблема противопожарного водоснабжения на базе имеющейся водопроводной сети была блестяще решена русским инженером Н.П.Зиминым. Оригинальность водопроводов системы Зимина заключалась в использовании специальных вентилей (клапанов), посредством которых при повышении давления в сети автоматически отключалось хозяйственное водопотребление и весь дебит воды можно было использовать для борьбы с огнем. Подсоединенный к пожарному крану водопровода рукав мог обеспечить подачу до 300 ведер воды в минуту. Так, например, в Самаре за период 1877-1886 гг., когда вода доставлялась бочками, каждый пожар приносил ущерб в сумме 4 тыс. 105 руб. При введении в 1886 году в городе системы Зимина в течение шести лет эксплуатации такого водопровода ущерб от одного пожара в среднем составлял 1 тыс. 827 руб. Подобные водопроводы были сооружены в Царицыне, Москве, Тобольске, Рыбинске и ряде других городов, а их автор получил всемирное признание.  
   России принадлежит приоритет в создании целого ряда новых огнетушащих средств и пожарной техники. В 1770 году горным офицером К. Д. Фроловым разработан принцип защиты промышленных помещений автоматическими установками пожаротушения, успешно использующимися и в наши дни (типа спринклерных-В.Т.). 
   В XIX - начале XX века создаются принципиально новые составы, намного превосходящие по эффективности воду. Русским ученым С.П-Власовым в 1815 году разработаны три таких состава. Это стало возможным благодаря прежде всего его передовым взглядам на процесс горения и, как следствие, правильной постановке задачи: предотвратить или затруднить доступ кислорода к горящему телу. Сернистые соли железа и щелочных металлов, впервые предложенные ученым, используются при тушении в качестве составных частей огнетушащих смесей и в наши дни.  
   В 1819 году П.Шумлянский впервые формулирует идею тушения с помощью инертных газов. Спустя 70 лет после его опытов другой русский ученый М-Колесник-Кулевич дает научное обоснование этого метода. С его именем связано и научное обоснование применения порошковых составов.  
   Особую тревогу у пожарных вызывали загорания нефтепродуктов. Люди были бессильны перед морем образующегося пламени и старались обеспечить защиту лишь соседних резервуаров с нефтью. Тушить подобные пожары было нечем. В 1899 году к решению этой задачи приступил А.Г.Лоран, который после пяти лет упорного труда смог сказать: "Мое изобретение, тушение огня пеной, имеет два применения: тушение обычных пожаров и тушение горючих жидкостей, заключенных в хранилищах". Открытие Лорана имело огромное значение для всего мира. Широкое распространение химической и воздушно-химической пены стало возможным благодаря изобретению нашего соотечественника.

 

3. Водонапорные башни Шухова.

Для бесперебойного водоснабжения  применяются различные виды гидравлических аккумулирующих устройств. Если речь идет о небольших объемах воды, то используются гидравлические баки с эластичными мембранами. Когда требуются значительные водные запасы, то сооружаются водохранилища с плотинами, регулирующими подачу. Для водоснабжения отдельных поселков или городских районов в прежние годы довольно часто использовались водонапорные башни, которые и в настоящее время находят применение, в том числе для водоснабжения дачных и коттеджных поселков.

Большой вклад в строительство  водонапорных башен в России внес В.Г. Шухов. Его имя связано также  со строительством первого в России нефтепровода, паровых котлов, нефтеперегонных  установок, газгольдеров, насосов, форсунок…  Но в основном он известен различными архитектурными сооружениями, в числе  которых: металлические перекрытия цехов и общественных зданий, элеваторы, железнодорожные мосты, дебаркадеры, и, конечно, множество башен.  
В нашей стране и за рубежом по его проектам построено около двухсот башен. В их число входят маяки, опоры линий электропередач и башни различного назначения. Самой известной среди них является радиобашня с высотой 148,3 м, которая была построена в 1920–1922 гг. в Москве на улице Шаболовке. Конструкция башни выполнена в форме гиперболоида вращения. Основой таких сооружения являлась сетчатая поверхность, образованная из стальных уголков и полосок с ромбовидными ячейками. Это же конструктивное решение Шухов использовал и при строительстве других объектов.  
Помимо этого, по проекту Шухова построено множество водонапорных башен, большой спрос на которые возник в результате резкой индустриализации страны, произошедшей в конце XIX в. C 1880 г. Шухов возглавлял компанию «Техническая контора инженера А.В. Барии», которая занималась разработкой проектов и строительством различных объектов «под ключ», в том числе и возведением водонапорных башен. Оригинальность конструкции таких башен заключалась в том, что их основание представляло собой ажурную гиперболическую поверхность, созданную из отдельных жестких элементов. 
Для создания своих сооружений Шухов использовал однополостной гиперболоид. Его поверхность может быть получена не только путем вращения кривой – гиперболы, но и двух скрещивающих прямых, то есть через любую точку этой поверхности можно провести две скрещивающиеся прямые. В результате этого сооружение, построенное из прямых балок, концы которых попарно закреплены на кольцеобразных элементах сверху и снизу, будет обладать чрезвычайной устойчивостью к внешнему воздействию сил различного направления. Для всех высотных сооружений чрезвычайную опасность представляет ветровая нагрузка, хотя для водонапорных башен с решетчатым основанием она достаточно мала. При этом их вес и материалоемкость ниже, чем у башен, выстроенных по иной технологии.  
По сравнению с остальными конструкциями водонапорных башен, которые строились в то время, башни Шухова имели несомненные преимущества. Во-первых, башни, имеющие сетчатое строение основания, оказывались дешевле. Во-вторых, монтаж их был более простым. Вскоре был выработан типовой проект по созданию общей конструкции водонапорных башен, собранной из отдельных унифицированных элементов.  
В то же время серийно построенные водонапорные башни не были похожи друг на друга, как близнецы-братья. В каждом отдельном случае они имели свою индивидуальность, выраженную в разнообразии форм и размеров водяного резервуара, высоте, а также в различном положении откосов ствола башни, ее верхних и нижних диаметрах.  
Обычно одной из самых сложных задач при монтаже водонапорных башен является установка на определенную высоту массивного водяного резервуара. В данном случае, с учетом особенности монтажа, строительство ажурной конструкции основания башни и подъем водяного резервуара осуществились одновременно. 
Первая в мире стальная сетчатая водонапорная башня с основанием в форме однополостного гиперболоида вращения высотой 32 м стала главной достопримечательностью Всероссийской выставки 1896 г., которая проходила в Нижнем Новгороде. В этой башне на высоте 25,6 м располагался водяной резервуар объемом 114 м3. Ее однополостной гиперболоид вращения был образован 80 прямыми стальными профилями, концы которых закреплялись к кольцеобразным основаниям различного диаметра. Диаметр нижнего кольца основания составлял 10,9 м, а верхнего – 4,2 м. 
Водонапорный бак имел наибольший диаметр 6,5 м, высота его составляла 4,2 м. Сверху бака располагалась площадка для обозрения окрестностей, на которую можно было подняться по винтовой лестнице.  
Как утверждали очевидцы, эта первая водонапорная башня гиперболической конструкции была одним из самых красивых строительных сооружений Шухова. Вероятно поэтому, сразу после окончания Всероссийской выставки ее купил богатый меценат Ю.С. Нечаев-Мальцев, который сначала приказал разобрать сооружение, а потом установить в собранном виде в своей усадьбе Полибино, под Липецком. На этом месте водонапорная башня стоит и поныне. Как меценат Нечаев-Мальцев известен тем, что подарил России Музей изящных искусств, ныне – Государственный музей изобразительных искусств имени А.С. Пушкина, пожертвовав более двух миллионов рублей из 2 600 000 руб., затраченных на его строительство.  
Еще одна водонапорная башня системы Шухова расположена по соседству с цитаделью Арк, что в городе Бухара (Узбекистан). В 1920 г. в Бухаре было начато строительство водопровода, известного теперь как Старо-Бухарский водоканал. Частью этой системы водоснабжения и стала заложенная в 1927 г. водонапорная башня по проекту Шухова. Строительство водокачки в Бухаре было завершено в 1929 г., а уже в начале следующего года в городе начал работать первый городской водопровод. Долгие годы эта водонапорная башня верой и правдой служила водопроводу Бухары, пока в 1975 г. в результате пожара не сгорела ее деревянная обшивка, а водяной резервуар не покоробился. После этого башня перестала эксплуатироваться. В конце 90-х она была признана памятником исторического наследия, а в начале 2000-х ее отреставрировали. 
Конструкция башни довольно проста. На кольцевом фундаменте установлено опорное кольцо, на которое прямо с земли, без всяких приспособлений, крепятся полоски металла. Через узлы их пересечений устанавливаются деревянные настилы, на которые с помощью блоков поднимают новые детали для сборки следующего яруса. По мере готовности ярусов монтажная площадка постепенно переносится на верхние узлы сетки. Высокая устойчивость, легкость, малое сопротивление ветру, быстрота сборки, экономичность и, наконец, архитектурная завершенность формы обусловили широкое строительство таких башен. 
Еще одна водонапорная башня, построенная в 1928–32 гг. по проекту Шухова, сохранилась в Краснодаре. С 1 мая 1935 г. она была введена в эксплуатацию и долгое время являлась элементом системы городского водопровода. В настоящее время башня по назначению не используется.  
До сих пор на территории Выксунского металлургического завода в городе Выкса Нижегородской области сохранилась водонапорная башня, построенная Шуховым в 1898 г. Она предназначалась для водоснабжения предприятия. Массивный бак для воды объемом 114 м3 расположен на высоте 28,5 м на стальном основании, при общей высоте сооружения около 40 м. Ствол башни сформирован из 50 наклонных металлических стержней, которые связаны между собой 20 горизонтально расположенными кольцами разного диаметра. Диаметр самого нижнего кольца составляет 14,6 м, а самого верхнего – 7,4 м.  
Кроме перечисленного, сохранилась водонапорная башня, построенная Шуховым в городе Лобне, в ее нынешнем микрорайоне Луговая. К сожалению, многие сооружения из числа архитектурного наследия Шухова пришли в негодность и были разобраны. Эта участь постигла водонапорную башню системы Шухова, которая стояла в парке Сельскохозяйственной академии им. Тимирязева. Снесены сетчатые водонапорные башни в Коломне, Ярославле и Подольске. 
Помимо гиперболических башен по проекту Шухова, в отечественной практике нашли широкое распространение и цельнометаллические водонапорные башни. Такие сооружения начали строиться в России, начиная с 1925 г. Важной особенностью их конструкции явилось отсутствие в них систем обогрева воды. Это стало возможным после получения результатов замеров температуры воды в системах водоснабжения в зимний период, проведенных инженером П.И. Земсковым. Они показали, что при эксплуатации башни при температурах до –40 оС вероятность замерзания воды крайне низка. Усовершенствованная конструкция такой цельнометаллической водонапорной башни без системы обогрева была предложена в 1936 г. инженером А.А. Рожновским. Этот вид водонапорных башен получил большое распространение в стране. Их по типовым проектам строили в России долгие годы, строят и по сей день. 
4. Автоматические сверхскоростные фильтровальные станции системы Г.Н.Никифорова.

Взять в методичке  Гусаковского!!!

 

Заключение.