Фонтаны. Расчёт фонтанов. Фонтанные насадки

Мы публикуем главу, посвященную расчёту фонтанов, из книги Костальского А. В., Кожинова В. Ф. 1941-го года издания "Водоснабжение и канализация". В главе доступной и понятной форме даётся объяснения метода рассчёта производительности фонтанных насадок разного типа, описывается их устройство.

ФОНТАНЫ

Фонтаны имеют не только декоративное и эстетическое назначение, но способствуют увлажнению и освежению воздуха. Фонтаны устраиваются в парках культуры и отдыха, в скверах, на городских площадях перед монументальными зданиями, на выставках, в санаториях и т. д.

Расход воды из фонтанов обычной величины составляет от 10 до 100 м3/час, а для мощных фонтанов-каскадов может достигать 500 м3/час и более.

Форма фонтанных струй зависит от типа и диаметра наконечников, от их расстановки и углов наклона к вертикали. Фонтаны иногда дополняются искусственными каскадами и, как правило, получают архитектурную и скульптурную обработку.

Для получения фонтана в виде большой сплошной струи, сочетающейся с рядом мелких струй, применяются наконечники по типу, показанному на рис. 1.

Рисунок 1

Мелкие струи образуются здесь при проходе через небольшие отверстия, просверленные насквозь в глухом верхнем фланце тройника. Для уменьшения расхода воды применяются наконечники с мундштуками, которые позволяют подсасывать воду из бассейна и поднимать ее силой струи. Такой наконечник (рис. 2) с 40-мм отверстиями окружен патрубком диаметром 130 мм, в котором сделано три ряда 10-мм отверстий. Через них из бассейна проходит вода, увлекаемая затем струей фонтана вверх под давлением 6 атм.

Рисунок 2.

Если фонтан для увлажнения и охлаждения воздуха должен распылять воду на мелкие частицы, применяются насадки по типу сопла Кертинга (рис. 3), в котором находится стержень со спиралью.

Рисунок 3.

Проходя через мундштук, струя приобретает вращательное движение, что создает при выходе широкий сноп брызг. Такие насадки изготовляются с отверстием на выходе от 0,5 до 50 мм для расходов воды от 0,015 до 62,5 м3/час.

В целях экономии воды применяются цилиндрические насадки с внутренним металлическим сердечником (рис. 4).

Рисунок 4

Такой тип насадка дает пустотелую струю, создающую полную иллюзию мощной сплошной струи. Высота струи и расход воды зависят от давления перед насадком и от типа насадка. Необходимое давление достигается устройством специальных напорных резервуаров или путем присоединения фонтана к общей водопроводной сети. Напор в сети, а, следовательно, и высота струи фонтана могут в течение суток измениться.

Расчёт фонтанов

Для расчета фонтанов служат следующие формулы.

С выбросом фонтанной струи в атмосферу напор Н переходит в скоростную энергию и преодолевает сопротивление:

где ξ — коэфициент сопротивления.

Отсюда

Обозначив

где φ - коэффициент скорости, и подставляя это значение в предыдущую формулу, получим:

Расход воды:

Здесь

ω — площадь сечения в месте сжатия струи;

F — площадь отверстия насадка;

α — коэффициент сжатия струи;

μ — коэффициент расхода, равный α* φ.

Высота подъема в фонтане создается скоростной энергией выбрасываемой воды и определяется таким образом:

или

Значения коэффициентов скорости, сопротивления и расхода для насадок разного типа приведены в таблице.

Наконечники для сплошных фонтанных струй выполняются обычно в форме конически сходящегося насадка. С увеличением угла конусности возрастает коэффициент скорости, а коэффициент расхода оказывается наибольшим при угле 10°. Обычно фонтанные насадки делаются с углом 10° и менее.

Удобства эксплуатации требуют, чтобы каждая группа фонтанных наконечников имела свою задвижку.

На рисунке показан разрез типичного фонтана, часто встречающегося на городских площадях и в парках.

В целях увеличения струй и экономного расходования воды в больших фонтанах практикуется оборот воды при посредстве насосной установки. На рисунке представлен такой фонтан, спроектированный в 1938 г. Центроспецстройпроектом для Всесоюзной сельскохозяйственной выставки.

Размеры бассейна фонтана в плане составляют 20 * 20 м при глубине 1,5 м. Оборот воды осуществляется помощью электронасоса производительностью 32 л/сек с напором 2,2 атм., который установлен в специальной насосной камере. В состав фонтана входят: центральный насадок диаметром d=25 мм для вертикальной струи высотой h=16 м и размещаемые по окружности 12 струй d=4 мм и h по 6 м; 12 струй d=7 мм и h=5,5 м; 8 струй d=10 мм и h по 7,5 мм и 36 струй d =4 мм и h по 2,2 м.

Рекомендуем ознакомиться

Гидравлический расчет фонтанных чаш и каскадов

Расчет потерь воды фонтаном