СИФОННЫЕ ТРУБОПРОВОДЫ

Сифонным трубопроводом (сифоном) называется такой самотечный трубопровод, часть которого располагается выше уровня жидкости в сосуде (резервуаре), из которого происходит подача жидкости. Простейшая схема сифонного трубопровода может быть представлена в виде изогнутой, опрокинутой U-образной трубы, соединяющей два сосуда А

Рис. 174.

и В (рис. 174), в которой за счет суще­ствования разности уровней z происходит движение жидкости из верхнего сосуда в нижний.

Сифонные трубопроводы имеют весьма широкое применение на практике. Их используют, нап­ример, в качестве водосбросов гидротехнических сооружений, для слива нефтепродуктов из цистерн, опорожнения водоемов, применяют при прокладке водово­дов через возвышенности и т. д.

Для приведения сифона в действие из него необходимо предварительно удалить воздух и создать в нем первоначальное разрешение. Обычно это достигается путем отсасывания воздуха воздушным насосом из верхней части сифона. При этом благодаря сдаваемому в этом сечении разрежению жидкость из сосуда А поднимается по левой всасывающей ветви сифона и перетекает расположенный ниже сосуд В. В других случаях пуск осуществляется заполнением сифона жидкостью извне, например водой изводопровода, включением в сифонный трубопровод самоизливающейся фонтанирующей скважины и т. д. Приведенный таким образом в действие сифон при надлежащей плотности стыков труб продолжает работать как трубопровод и обеспечивает бесперебойное перетекание жидкости из одного сосуда в другой. Из предыдущего следует, что сифонный трубопровод представляет собой трубопровод, работающий под разрежением (вакуумом). Наличие разрежения вызывает выделение из движущейся жидкости растворенного в ней воздуха, а при значительном разрежении может привести и к испарению самой жидкости. Поэтому для нормальной работы сифонного трубопровода необходимо, чтобы минимальное давление в нем, соответствующее наибольшему разрежению, не снижалось до такого давления, при котором начинается выделение паров жидкости, так как их наличие неизбежно повлекло бы за собой разрыв столба жидкости, а следовательно, и срыв работы всего сифонного yустройства (выполнение этого условия является обязательным вообще для всех трубопроводов, находящихся под вакуумом, в частности, например, для всасывающих трубопроводов насосных установок).

Гидравлический расчет сифонных трубопроводов принципи­ально ничем не отличается от расчета обычных трубопроводов. Так, для сифонного трубопровода, работающего по схеме, изобра­женной на рис. 174, так же как и в задаче о простом трубопроводе, составляется уравнение Бернулли для сечений а—а и b—b, сов­падающих со свободными поверхностями жидкости в сосудах А и В,

Если пренебречь скоростными напорами, оно примет вид

Расход определяется по уравнению

а в случае, когда местными потерями можно пренебречь — по формуле

Если сифонный трубопровод представляет собой разветвленный трубопровод, питаемый из нескольких источников, гидравличе­ский расчет производится на основании соображений, изложенных в § 70, о расчете разветвленных трубопроводов и также не пред­ставляет особых трудностей.

■ Следует иметь в виду, что вследствие влияния воздуха, выделяющегося из жидкости и движущегося вместе с ней по сифону в виде мелких пузырьков, потери напора, исчисленные по обычным формулам гидравлики, всегда оказываются не­сколько меньше действительных. Поэтому при значительной длине сифонного трубопровода потери напора рекомендуется определять по специальным формулам как для двухфазной жидкости (смесь жидкости и пузырьков воздуха) или же уве­личивать потери напора, вычисленные обычным путем, примерно на 15—20%.

Проверка давления в сифонных трубопроводах также осуще­ствляется по обычным уравнениям гидравлики. Давление в лю­бом сечении, например в сечении х—х (см. рис. 174), может быть определено путем составления уравнения Бернулли для этого сечения и сечения, совпадающего со свободной поверхностью жидкости в сосуде А.

или, пренебрегая скоростными напорами ввиду их малости по сравнению с другими величинами, получаем

(6.30)

Обязательным является определение давления в наиболее высоко расположенной части сифонного трубопровода, где, как правило, имеет место наибольшее разрежение. Для уменьшения разрежения в указанных сечениях может оказаться целесообраз­ным увеличить сопротивление в нисходящей части сифона, что может быть осуществлено, например, путем установки задвижки за этими сечениями. При этом следует иметь в виду, что введение задвижки одновременно вызовет некоторое снижение расхода жидкости.Для определения минимально допустимого давления в каждом отдельном случае необходимо учитывать максимально возможную температуру жидкости, минимальное барометрическое давление в месте сооружения сифона и упругость паров движущейся по сифону жидкости в зависимости от температуры.

Рис. 175.

Теоретически для нормальной работы сифонного трубопровода, v так; же как и всасывающих трубопроводов насосных установок, необходимо, чтобы минимальное давление в нем было всегда больше упругости паров жидкости при данной температуре

(6.31)

где р_тт — минимальное давление в сифоне; р — плотность жидкости; A_t — упругость паров жидкости в м ст. жидкости (A_t = ).

Практически при расчетах рекомендуется назначать мини­мальное давление значительно больше, во всяком случае для воды не менее 0,2—0,3 ата при стандартных температурных условиях. Указанному значению, как это следует из уравнения (6 30), отвечает наибольшая возможная высота расположения наивысшей точки сифона над свободной поверхностью жидкости в верхнем сосуде (так называемая высота всасывания), равная примерно 7 м.

Весьма наглядным и удобным для проверки давления в сифоне является графический прием, заключающийся в построении пье­зометрической линии.

Пусть, например, дан продольный профиль сифонного трубо­провода одинакового по всей длине диаметра без местных сопротивлений (рис. 175). На свободной поверхности жидкости в водо­емах давление известно и равно атмосферному. Изобразим соот­ветствующие этому давлению пьезометрические напоры вертикальными отрезками Аа — в начале и ВЬ — в конце сифона. Так как в данном случае падение напора вдоль трубопровода про­исходит по прямой линии (i = const), соединим концы этих отрез­ков прямой ab, которая и представит собой пьезометрическую линию. Отложим затем в начальном сечении сифона отрезок сга_1у соответствующий упругости паров жидкости A_t, и проведем на этом расстоянии от пьезометрической линии прямую a₁b ₁, парал­лельную линии ab. Из изложенного очевидно, что условие (6.31), необходимое для нормальной работы сифонного трубопровода, будет удовлетворяться только в тех случаях, когда эта вторая прямая не пересечет профиль трубопровода.