§ 155. Устройство водопровода. Нагнетательный насос.

Схема устройства водопровода показана на рис. 243. На башне устанавливается большой бак с водой (водонапорная башня). От бака идут трубы с целым рядом ответвлений, вводимых в дома. Концы ответвлений закрываются кранами. У крана давление воды равно давлению столба воды, имеющего высоту, равную разности высот между краном и свободной поверхностью воды в баке. Это давление достигает обычно нескольких атмосфер, ибо бак устанавливается на высоте нескольких десятков метров. Благодаря этому при открывании крана вода вытекает быстрой струей. Очевидно, давление в верхних этажах домов меньше, чем в нижних. Ясно также, что водопровод не может подавать воду на высоту большую, чем высота свободного уровня воды в баке.

Рис. 243. Схема устройства водопровода. Вода в водонапорную башню 1 накачивается насосом 2

Вода в бак водонапорной башни подается насосами. Нагнетательный поршневой насос состоит из цилиндра с поршнем, снабженным клапаном 1 (рис. 244). В дне цилиндра имеется клапан 2. Оба клапана могут открываться только в одну сторону. За вторым клапаном начинается трубка 3, ведущая к верхнему резервуару. Предположим, что цилиндр и трубка заполнены водой, и рассмотрим, что произойдет при движении поршня сверху вниз и снизу вверх.

Рис. 244. Водяной нагнетательный насос

Начнем опускать поршень. Он будет сжимать воду, и возникшие силы давления закроют клапан 1 и откроют клапан 2. Клапан 2 откроется, когда давление сжимаемой в цилиндре воды превзойдет давление, создаваемое столбом воды, имеющим высоту от клапана 2 до уровня воды в верхнем резервуаре. При дальнейшем опускании поршня вода будет вытесняться из цилиндра через трубку 3 и будет втекать в верхний резервуар. В то же время пространство над поршнем будет заполняться водой из нижнего резервуара через трубку 4. Теперь начнем поднимать поршень. Давление под поршнем сразу упадет, и давление воды в трубке 3 закроет клапан 2. С другой стороны, давление воды над поршнем откроет клапан 1, так как на него не действуют теперь силы давления снизу. При поднимании поршня вода будет перетекать через открытый клапан 1 из верхней в нижнюю часть цилиндра. При следующих опусканиях и поднятиях поршня процесс повторяется, и вода перекачивается из нижнего резервуара в верхний.

155.1. Какое минимальное давление должен развивать насос, подающий воду на высоту 55 м?

155.2. Давление воды в кранах водопровода на втором этаже шестиэтажного дома равно 2,5 атм. Найдите высоту уровня воды в баке водонапорной башни над уровнем земли, а также давление воды у крана шестого этажа. Высоту одного этажа принять равной 4 м.