Фонтан: проектирование и гидравлический расчет

В ландшафтном проектировании применение воды имеет несколько уровней. Вода используется в утилитарных и декоративных устройствах.

К утилитарным устройствам, наиболее часто применяемым, относятся:

питьевые фонтанчики,
колодцы,
плескательные бассейны,
рыбные пруды,
каналы.

Из декоративных устройств следует отметить декоративные струйные фонтаны с объемной структурой и силуэтами фонтанных струй.

Огромный эффект имеет подсветка фонтанов, создающая целый фейерверк мгновенных состояний воды и каждый раз все новый сценарий. Грандиозные сооружения таких фонтанов определяют иногда архитектуру центров городов или мест отдыха трудящихся.

Особого внимания заслуживает искусство создания разнообразных композиций водяных струй, имитирующих цветы, корзинки, гейзеры (рис. 54), многоструйные композиции (рис. 55).

Эффект живописности пространства создается игрой водяных струй, отражениями в зеркале бассейна.

Основное правило для установления величины фонтанной чаши заключается в том, что расстояние от края чаши до наивысшей водяной струи должно равняться полуторной высоте струи (рис.57)

Вода для питания фонтанов подается из водопроводов, прудов, ключей, рек и других источников водоснабжения. Использованная вода может сбрасываться в водотоки или водоёмы, как, например, у фонтанов Петергофского дворца. Чаше всего в фонтанах применяется водооборот по замкнутому циклу – вода, выпущенная из насадки, возвращается в чашу фонтана, откуда насосом подаётся опять на насадку.

Для фонтанных трубопроводов применяются стальные, чугунные водопроводные трубы, тубы из ПВХ. На трубах ставятся задвижки для регулирования расхода воды и высоты струй. Используются насадки из латуни, бронзы, нержавеющей стали, пластика цилиндрические, конические и коноидальные, а так же, делаются и специальные типы насадок для придания струям различных форм.

Гидравлический расчет фонтанов

Гидравлический расчет фонтанов сводится к определению расходов воды, высоты фонтанных струй и их траекторий.

При устройстве фонтанов вода из трубопровода через насадку поступает в атмосферу (рис. 58).

В этом случае общий напор Н, без учета местных потерь напора затрачивается на преодоление сопротивления по длине трубопровода и на высоту поднятия струи:

Н = h_дл+h_о,

где

Н – общий напор, м;

h_дл– потери напора по длине трубы, м;

h_о – высота струи (скоростной напор), м.

Потери напора по длине трубы определяются по формуле

h_дл = A*L*Q² ,

где

L – длина трубопровода, м;

Q - расчетный расход, м³/с;

А – удельное сопротивление трубы (табл. 3).

Для труб, бывших в употреблении значение А умножается на 1,17.

Расход воды фонтанной струи

где

μ – коэффициент расхода насадок, цилиндрической – 0,82; конической при углах конусности 5о, 13о, 45о – соответственно 0,92; 0,945; 0,857; для коноидальных – 0,97;

где ω_n – площадь поперечного сечения выходного отверстия насадки, м²;

А – удельное сопротивление трубы;

L – длина трубопровода, м.

Скоростной напор у насадки, определяющий высоту струи, равен

Вследствие сжатия и сопротивления, оказываемого струе воздухом, фактическая высота струи меньше. Действительную высоту струи вычисляют по формуле Люгера

где d_n – диаметр выходного отверстия насадки, мм;

φ – коэффициент.

Насадки, а, следовательно, и струи могут быть наклонены к горизонту. Причем, чем больше угол наклона, тем круче будет восхождение L₁ и нисходящие L₂ ветви траектории струи.

Дальность или расстояние действия L наклонной струи будет слагаться из длин проекции L1 и L2 т.е.

L = L₁ + L₂.

Дальность действия зависит от напора у насадки и угла наклона ее к горизонту.

Длину ветвей можно определить по формуле

L₁ = В₁*h_o

L₂ = В₂*h_o,

где В₁ – коэффициент восходящей ветви струи;

В₂ – коэффициент нисходящей ветви струи.

Высота наклонной струи определяется по формуле Т = В₃ * h_o,

где В₃ – коэффициент.

Значение коэффициентов В₁; В₂; В₃ приведены в табл. 4.