4.5. Сифонные трубопроводы

Сифонным называют самотечный трубопровод, часть которого расположена

щей сосуды 1 и 2, представлена на рис. 4.2.

будет сечение x – x.

выше уровня жидкости в сосуде (резервуаре), из которого подаётся жидкость. Прос-

тейшая схема сифонного трубопровода (сифона) в виде изогнутой трубы, соединяю-

Рис. 4.2.

Движение жидкости в трубе из верхнего сосуда в нижний осуществляется за счет

разности уровней Δz.

Сифонные трубопроводы используют в качестве водосбросов гидротехнических

сооружений, для слива нефтепродуктов из цистерн, опорожнения водоёмов, при прокдад-

ке водоводов через возвышенности и др.

Для проверки условий работоспособности сифона в нем выбирают сечение, где

давление предположительно наименьшее («опасное» сечение). На рис. 4.2 «опасным»

Если р_x > р_п, сифон будет работать.

При расчете долговременно работающих сифонов за р_а принимают минимально

возможное атмосферное давление в данной местности, а при определении h_а-x

учитывают увеличение эквивалентной шероховатости трубопровода с течением времени.

За р_п принимают давление насыщенных паров жидкости при максимально возможной

для данной местности температуре перекачки (т.е. р_{п max}). Следовательно, проверка

работоспособности сифона ведётся в расчете на наихудшие из возможных условий.

Для приведения сифона в действие необходимо предварительно откачать из си­фона воздух и создать в нём разряжение. При этом жид­кость поднимется из резервуара А до верхней точки сифона, после чего жидкость начнёт двигаться по нис­падающей части трубопровод в резервуар В. Другой метод запуска сифона - заполнить его жидкостью извне. Запишем уравнение Бернулли для двух сечений а-а и b-b относительно плоскости сравне­ния О - О

Поскольку: , то:

?

Критическим сечением в сифоне будет сечение х - х в верхней точке сифона. Давле­ние в этой точке будет минимальным и для нормальной работы сифона необходимо, что­бы оно выло выше упругости паров перекачиваемой по сифону жидкости.

Статьи: Сифонный трубопровод

В практике проектирования сифонных трубопроводов часто возникает необходимость решения следующих задач:

а) известны — расход трубопровода, диаметр, а также устройство трубопровода на восходящей линии, т. е. задан потерянный напор. Необходимо определить высоту вылета сифона, т. е. превышение высшей точки сифонного трубопровода над уровнем жидкости в питающем резервуаре;

б) заданы расход и располагаемый напор т. е. разность уровней в верхнем и нижнем резервуарах. Необходимо определить диаметр сифонного трубопровода;

в) задано превышение уровня в верхнем резервуаре относительно нижнего Н, известны диаметр трубопровода и его устройство. Необходимо рассчитать расход сифонного трубопровода.

Решение этих задач основано на применении уравнения Бернулли.

Предельное значение вакуума не превышает 98,0665 кПа. Фактически достигается меньший вакуум, особенно в случае течения через сифон нагретой жидкости.

На практике величина к обычно не превышает 7—8 м и зависит от температуры жидкости и гидравлического сопротивления восходящей части сифонного трубопровода. Если вакуум в верхней части вылета сифонного трубопровода достаточно велик и абсолютное давление при этом оказывается ниже давления паров жидкости при температуре в сифонном трубопроводе, то происходит вскипание жидкости и часть объема трубопровода в высших точках заполняется паром и выделяющимися из жидкости газами, которые были в ней растворены. Вследствие этого расход жидкости снижается и может вообще прекратиться, так как происходит разрыв струи.

Условие нормальной работы сифона можно найти, исходя из следующих соображений.

Располагаемая удельная энергия, заставляющая жидкость из питающего резервуара подниматься к высшей точке сифонного трубопровода (вылета).

Эта удельная энергия затрачивается на подъем жидкости по вертикали на высоту, на создание скоростного напора соответствующего скорости жидкости в сифонном трубопроводе, и на преодоление всех гидравлических сопротивлений на восходящем участке трубопровода между рассматриваемыми сечениями.

Совершенно очевидно, что при определенном значении коэффициента сопротивления системы скорость жидкости в трубопроводе, а следовательно, и расход прямо пропорциональны разности уровней в резервуарах.

Сифонный трубопровод представляет собой наклонно или горизонтально уложенную трубу с двумя вертикальными стояками, опущенными в колодец. В самой высокой точке трубопровода устанавливают воздушный колпак, в котором собирается воздух или газы, которые выделяются из воды.

изменения давления в результате закрытия задвижки в движущемся потоке

жидкости.

Δр = ρ ∙ υ ∙ с ― формула Н.Е.Жуковского для расчета повышения

давления при гидравлическом ударе

Δр – повышение давления

ρ – плотность жидкости;

υ – скорость движения жидкости;

с – скорость ударной волны.

с = (4.1)

k – модуль упругости жидкости, т.е. величина, обратная коэффициенту

объёмного сжатия;

ρ – плотность жидкости;

Е – модуль упругости материала трубы для стали

Е = 200 гПа = 2 ∙ 10¹¹ Па (Сталь)

δ – толщина стенки трубы;

d – внутренний диаметр трубы.

Формула Жуковского применима для прямого удара.

Время закрытия задвижки меньше фазового удара.

Т = ― фаза удара ― отношение 2-х длин к скорости волн.

Прямой удар, если t₃ ≤ Т

Непрямой удар, если t₃ ≥ Т

Рис. 4.3. Стадии гидравлического удара:

р₀ — давление жидкости в момент ее торможения (при скорости v ~ 0); ∆р_ул — ударное повышение давления за счет образования волны сжатия (ударной во­лны), которая действует на стенки трубопровода и задвижку; (Ро + ∆р_уа) — сум­марное давление жидкости и волны

сжатия на стенки трубопровода и задвижку, с — скорость ударной