Прості короткі трубопроводи – сифони.

Сифонний трубопровід – короткий трубопровід один кінець якого міститься в посудині, вище рівня рідини з якої йде живлення в наслідок чого в середині трубопроводу утворюється вакуум.

Сифонні трубопроводи використовують тоді коли необхідно транспортувати рідину із ємності з вищим рівнем І-І до ємності з нижчим рівнем О-О за умови, коли трубопровід долаючи перешкоду, підіймається до певної висоти у перерізі ІІ-ІІ, положення якого вище рівня І-І на h.

Рух рідини у сифоні здійснюється завдяки атмосферному тиску при умові, що у верхній точці сифону створюється вакуум. Для виникнення вакууму в найвищій точці сифона, необхідно попередньо весь трубопровід заповнити рідиною, або видалити з нього повітря.(зарядка сифона) Видалення повітря з сифону здійснюють за допомогою вакуум насоса, підключивши його до верхньої частини трубопроводу. Сифонні трубопроводи можуть бути закритими, випадок сполучення двох посудин між собою, і відкритими - коли нижня посудина відсутня.

Гідравлічний розрахунок сифона зводиться до визначення витрат і граничної висоти перевищення ділянки трубопроводу, при якій сифон може працювати.

Розрахунок сифонів виконується за аналогічними формулами, що і для простих трубопроводів. На підставі рівняння Бернуллі для перерізів І-І і ІІ-ІІ, головною умовою є порівняльна площина за яку приймається площина І-І.

Вважатимемо, що ємності А і В відкриті, тобто в площинах І-І і О-О, тиск атмосферний, та рівні рідин в них не змінні. Позначаємо швидкості у перерізах І-І і ІІ-ІІ через V₁ і V₂. Приймаємо z₁ = z₂ =0, , тоді рівняння Бернуллі набуває вигляду:

,

або

(5.8)

У перерізі ІІ-ІІ тиск рідини р_ат< р₂, тобто різниця між атмосферним і абсолютним тиском у верхній точці сифона визначає вакуум тобто . Тепер перетворимо вираз що стоїть у дужках правої частини рівняння (5.8):

,

де - відповідно коефіцієнт опору тертя по довжині, довжина і діаметр висхідної ланки сифону.

Тоді:

(5.9)

де - Коефіцієнт опору розглядуваної частини сифону.

Рівняння (5.9) спрощується до виразу:

(5.10)

Звідки виходить, що вакуум, який створюється у верхній частині сифона, використовується для підняття рідини на висоту h і подолання всіх гідравлічних опорів у висхідній частині трубопроводу.

Граничне значення вакууму прямує до нуля, дійсне – більше граничного тиску (особливо при протіканні через сифон нагрітої рідини). Тепер знайдемо граничну висоту сифона, виходячи з (5.10):

На практиці висота сифона не перевищує 7 м. і залежить від температури рідини і гідравлічного опору висхідної ланки системи.

Умови нормальної роботи, визначають, виходячи із таких положень. Наявна питома енергія витрачається для підняття рідини на висоту h і визначається величиною . Ця питома енергія йде не тільки на підняття, а також на створення швидкісного напору , і на подолання гідравлічних опорів висхідної труби .

Як наслідок:

Умова, що викликає розрив потоку у верхній частині сифона, при закипанні рідини, приходить до нерівності:

звідки висота вильоту h сифонного трубопроводу становитиме:

Врахувавши рівняння (5.9) отримаємо:

Вплив перепаду рівнів рідини у посудинах.

Складемо рівняння Бернуллі для перерізів І-І і О-О. За порівняльну площу приймаємо І-І. Тоді:

У складеному рівнянні . Звідси втрати напору складають:

(5.11)

З цих умов і при сталості рівнів рідини у посудинах матимемо:

, або (5.12)

Виходячи з рівнянь (5.11) і (5.12) бачимо, що різниця рівнів Н тратиться на подолання всіх опорів у трубопроводі, а так як наявний напір дорівнює втраченому в системі, то

Це означає, що при певному значенні коефіцієнта опору системи швидкість рідини у трубопроводі, а також її витрати прямо пропорційні різниці рівнів Н у ємностях. Значення Н не повинно бути меншим ніж тому, що рідина перестане перетікати з верхньої посудини в нижню, а буде тільки частково заповнювати трубопровід. І сифонний трубопровід почне працювати як гідравлічний затвор.