> Техника, страница 80 > Сифон

Сифон

Сифон, специальное приспособление с изогнутой в виде колена замкнутой полостью для переливания воды или другой жидкости из сосуда с более высоким в сосуд с более низким уровнем. Действие С. основано на давлении атмосферного воздуха, уравновешивающем находящийся под вакуумом столб воды высотою 10,33 метров (фигура 1). В действительности не представляется возможным достигнуть полного разрежения воздуха и поднятия воды на 10,33 м, а лишь на 80—90% этой теоретич. высоты. Кроме того вакуум уменьшается вследствие давления паров воды, соответствующего Г поднимаемой С. воды. При определении высоты подъема воды в С. необходимо также учесть потерю напора от трения воды о стенки восходящей части сифонного трубопровода.

В сифонном трубопроводе наибольшая высота H_s подъема воды:

Hs⁼ Ю,33 η — (h_s -j- p), (i)

где η—кпд С., равный 80—90%; р—давление

паров воды, соответствующее t°, протекающей через С. воды; —потеря напора от трения в трубопроводе. Величиной р по ее малости обыкновенно пренебрегают. Тогда формула (1) принимает вид: Я₈=10,33 η-h,. (2) С. будет действовать лишь при соблюдении условия, чтобы согласно расчетной схеме (фигура 1)его вершина находилась ниже напорной линии. Чем больше высота h напора в сифоне, тем больше производительность последнего. Количество воды, поднимаемое сифоном. в-«-:/?. №

где d—внутренний диам. сифонного трубопровода в м; h—потеря напора в м на длину I; I длина сифонного трубопровода в м; с—коэф. Шези, равный по Куттеру:

о=^; (4)

m-f YR

т—коэф. шероховатости стенок труб, равный <),25 при воде хорошего качества, 0,30—при воде менее хорошего качества, 0,35—при сильно инкрустирующей воде, 0,40—при очень сильно инкрустирующей воде; Я—средний гидравлический радиус. Из ф-лы (3) внутренний диаметр d сифонного трубопровода

⁵ А 64 QW

d

V

π² с²/г

(5)

Если высота падения Hf (фигура 2) настолько велика, что в отводящем (напорном) рукаве С. получается большаяско-, -

рость течения воды, I ^

чем в подъемном (всасывающем), то происходит срыв струи и С. перестает работать.

Чтобы не было срыва струи,- необходимо, чтобы расстояние между напорной линией к ней наружной поверхностью С. было не менее 2 метров.

Скорость течения воды в подъемном рукаве м. б. определена по ф-ле:

(6)

В отводящем рукаве скорость воды, обусловливаемая высотой падения h, будет:

v_f=V 2g(H_f- h_f-10,33 η), (7)

где д—ускорение силы тяжести, равное 9,81

V··

ближайшей с²М

ΙΓ*

м/ск², hi—потеря напора, равная

hf —

df

(8)

df—диаметр отводящего рукава С.; 1₂—длина отводящего рукава С.; «—коэф., к-рый можно определить по ф-ле:

_ 0,00259(т+0,5 1/Т/)2 κ- _d^ (У)

Между величинами κ и с существует следующая зависимость:

(Ю)

По этой формуле «=0,0038 для труб 0 80—100 миллиметров; «=0,0030 для труб0 от 125 миллиметров; «=0,0025 для средних и больших диаметров труб; «=0,0016 для труб 0 600 миллиметров (по Смрекеру). Для приближенных расчетов коэф. Шези м. б. взят равным для труб: по Тадини с=50,0; по Эйтель-вейну и Дюпюи с=50,9. По Вайрауху для d== 200-У300 миллиметров с - 50,0; для d=30(Н-400 миллиметров с=52,0; для d > 400 миллиметров с=60,0. По Форхгей-меру для гибких рукавов величина с варьирует в пределах 43—69.

В последнее время С. получил применение в плотинах (смотрите) в качестве автоматич. регулятора уровня воды в водоеме (фигура 3). Существенным в этих случаях применения С. является то, что отверстие для вытекания лежит ниже уровня нижнего бьефа и истечение происходит под водою. Если уровень верхнего бьефа находится на высоте, показанной на фигуре 3, то происходит простое переливание воды через край U С., причем расход воды всецело зависит от превышения уровня верхнего бьефа над краем U. С дальнейшим же повышением уровня верхнего бьефа вода заполнит весь С., к-рый начинает сотого момента действовать. Величина скорости V истечения воды зависит тогда от разности уровней верхнего и нижнего бьефов, вследствие чего сток воды будет происходить со значительно большей скоростью, чем при

Фигура з.

обыкновенном водосливе (смотрите). С. применяются также при сборе грунтовой воды каптирующими колодцами. В этом случае последние соединяют С. со сборным колодцем, из которого вода подается в напорный резервуар. С. в этом случае (фигура 4) состоит из длинной сифонной трубы, уложенной ниже глубины промерзания грунта, и двух вертикальных колен, опущенных в каптирующий и сборный колодцы. Для облегчения выхода воздуха сифонную трубу укладывают с подъемом к сборному колодцу, причем этот подъем в зависимости от длины сифонной трубы варьирует в пределах от ¹/_2С0(при короткой трубе) до ¹/₂₀₀о (^ПР^И длинной трубе); скапливающийся в самом возвышенном месте трубы воздух выкачивают воздушным насосом (вакуум-насосом) или вытесняют путем наполнения С. водой. Если по местным условиям приходится сифонную трубу укладывать с изломами или перегибами, то воздух забирается в высших точках этих изломов или перегибов. При длинных сифонных трубах таковые могут быть расположены (по Тиму) уступами (фигура 5), причем точки к_г и к₂ соединяются с общим воздухопроводом. Сифонные колена должен быть опу-

3

Т. Э, т. XXI.

щены в воду колодцев на 1 метров ниже наиболее низкого уровня воды в них. При тщательном выполнении работ длина сифонной трубы м. б. до 1 800 метров и даже более. Наибольшая свободная высота колен (то есть высота колена за исключением высоты погружения его в воду при наинизшем уровне ее) для безопасности эксплуатации по Гроссу должен быть не свыше 7 метров в общем можно ограничиться свободной высотой колен в 7—8 метров Скорость течения воды в С. обыкновенно принимают равной 1 м/ск (по Гроссу скорость не должна превышать 0,75 м/ск). В действие С. приводятся путем выкачивания из них воздуха или наполнения их водой. При присоединении к сборному колодцу нескольких каптажных колодцев ставят на всех ответвлениях задвижки, позволяющие выделить тот или другой колодец на случай ремонта или осмотра его. Для уменьшения количества проникающего в С. извне воздуха трубы укладывают с возможно тщательной заделкой стыков, проверяя герметичность их на вакуум в 8—10 метров вод. ст. в продолжение суток.

Трубы для С. берут обыкновенно чугунные раструбные. Глубокие подземные сифонные трубы прокладывают в туннелях; при отсутствии туннелей надлежит обратить сугубое внимание на устройство прочной постели для^труо С. При плохом грунте прибегают к устройству искусственной постели в виде наир, железобетонных плит или даже к сооружению туннелей с внутренними размерами, достаточными для прохода по ним рабочих с инструментами, запасными частями и прочие В тех же случаях рекомендуется прокладывать сифонные трубы

лодцев, соединяя эти трубы с сифонными коленами отростками под углом не более 45° к сифонным трубам.

Для отсасывания из С. воздуха, проникающего извне, применяют специальные пароструйные и водоструйные аппараты, особые воздушные насосы и автоматич. приспособления. Для определения количества подлежащего отсасыванию воздуха можно по Принцу принять, что на каждые 1 000 m^z воды, получаемой в сутки при высоте всасывания

6—7 м, приходится 0,8—1,0 л/ск воздуха. При коротких и подающих мало воды С. часто бывает достаточно удалить воздух из С. при зарядке путем наполнения его напорной водой. Наиболее целесообразным Принц считает применение поршневых воздушных насосов, причем при длинных сифонных трубах распола

гают перед насосом особый воздушный резервуар. На фигуре 6 изображена автоматич. установка с пароструйным воздуховсасывающим аппаратом Кертинга, могущим подавать воду с глубины 8,5 метров Аппарат расположен внутри воздушного колпака А и приводится в действие от поплавкового клапана. После удаления воздуха из С. работа аппарата автоматически прекращается. В—водоуказатель, Н— сифонный трубопровод, Ό—паропровод, V— L — воздуховсасывающий прибор, отводящая конденсационную воду вместе с воздухом. Фигура 7 представляет установку в сборном колодце с воздуховсасывающими аппаратами Кертин-V а га, где Н—сифонный трубо-т провод, В_г и L₂—воздуховсасы-η вающие аппараты, предназна ченные: большой—для работы при зарядке С., а малый—для откачки воздуха во время работы С.; В—трубопровод вентиль,

С—труба,

Фигура 10.

для рабочей напорной воды; S—всасывающая труба, по которой вода подается из сборного колодца в напорный резервуар. В высшей точке сифонного трубопровода расположен воздушный колпак с водоуказателем. Водоструйный воздуховсасывающий аппарат Кертинга забирает воду с глубины 7—8 метров при 10 метров рабочего давления. Аппараты Кертинга, применяемые для небольших С., представляют собой систему конич. насадок (сопел) и приводятся в действие рабочей напорной водой или паром. При малых устройствах довольствуются одним аппаратом. Помимо аппаратов спет. Кертинга имеется много других конструкций аппаратов для автоматич. откачки воздуха из С.

Для автоматич. удаления воздуха из С. без особых приспособлений Линдлей предложил устроить С. ступенчатым из нескольких участков (фигура 8). На каждом участке имеется сифонная труба большего диаметра, уложенная с подъемом в ¹ /₄₀оот которая на конце

участка плавно переходит в: отвесное колено трубы меньшего диаметра .длиною 1,5. 3 ж,

причем нижний конец отвесной части трубы так же плавно переходит в трубу большего размера на следующем участке. Разделение на участки приноравливают к местности. С. приводится в действие при помощи воздушного насоса, отсасывающего воздух посредством воздушных трубок, присоединенных к верхним перегибам стояков. Сечение колен рассчитано так, чтобы вода протекала по ним со скоростью 2 m/gk. Чтобы С. мог работать и при небольшом расходе воды, колено сделано двойным: одно на ²/₃ расхода и дополнительное на */з расхода. Задвижки на ответвлениях к коленам допускают варьирование расхода. На С. имеется задвижка, допускающая выключение его и регулирование притока воды. На фигуре 9 показано соединение колена с двумя соседними сифонными трубами: соединение расположено в специальной шахте. Для уменьшения работы воздушных насосов, откачивающих воздух из С., м. б. введены в систему сифонного перепада Линдлея (фигура 10), равно как и в обычные сифоны (фигура 11), трубы Вентури; благодаря вакууму в суженном ^ сечении может при надл ежа-Y. щем подборе размеров устройства происходить достаточно хорошее отсасывание воздуха; от горла трубы Вентури В воздух отводится к воздушному колпаку К С. по трубке ш небольшого диаметра.

Для удаления воздуха из С. может быть применена башенная установка, показанная на фигуре 12. Башня оборудована резервуаром А для воздуха и случайной воды, резервуаром Т—для спускаемой в него из первого резервуара А воды и воздухопроводами Li и L₂. Резервуар А установлен в башне на высоте 10 ж, считая от горизонта грунтовых вод, а резервуар Т расположен внизу башни и снабжен водомерным стеклом и спускным краном h. Воздухопровод соединяет воздушный колпак W С. с резервуаром А; накапливающийся в последнем воздух отсасывается через воздухопровод L₂. Если вместе с воздухом по трубе· L_x подымается вода, то она в резервуаре А ударяется о сито 8, опускается вниз и стекает по трубопроводу через регулировочный трехходовой кран d в резервуар Т. Кран d сначала ставят так, чтобы воздух не мог проникать в резервуар Т, а по спуске в последний воды из резервуара А кран d ставят так, чтобы в резервуар Т мог попасть воздух, после чего открывают кран h. Когда удаление воздуха из С. произ-Фигура 12. водят путем наполнения его водой, то сифонную трубу соединяют с расположенным выше запасным резервуаром или с напорным трубопроводом.

С. находит часто применение в водопроводах (смотрите). При пересечении водопроводной линией реки переход устраивается по мосту или по дну реки. В первом случае получается с и ф о н, во втором слупае—обратный С., или дюкер (смотрите). Прокладка сифонного трубопровода по мосту требует тщательного предохранения от замерзания зимой. Испытанной изоляцией для С. является следующая: трубу обертывают по рейкам (25-лш рейки, прокладываемые вдоль трубы) войлоком в 4 слоя, а сверх войлока обши-

Фигура 13.

вают парусиной, после чего трубу помещают в деревянный ящик с древесными опилками, ящик заколачивают и обшивают кровельным железом. Переходы по мостам в виде сифонов имеют преимущества перед таковыми по дну реки как в отношении дешевизны, так и доступности для осмотра и ремонта. Трубы С. пои небольших размерах подвешивают на мосту под тротуарами, а при больших располагают под проезжей частью моста. На фигуре 13 показан С. водопровода, проложенный по железному мосту, специально для него построенному. При переходе водопроводными трубами по разводным мостам необходимо иметь приспособления для разъединения труб у подвижных частей мостов. Фигура 14 представляет С., подающий воду из берегового колодца в сборный колодец при насосной станции.

С. применяются, хотя и реже, также при канализации (смотрите) населенных мест. Главной причиной их малого распространения являются выделяющиеся из сточных вод газы, вызывающие необходимость в постоянном отсасывании их. С. трудно засариваются и очень

Фигура 14.

удобны там, где сточные воды приходится передавать на значительные расстояния, но поднимать при этом невысоко и во всяком случае не выше 6—7 ж. В общем канализационный С. ничем не отличается от водопроводного С. Трубы С. бывают чугунные, железные, стальные и железобетонные. Скорость протекания сточных вод по С. допускается 1-Г-1,50 м/ск, имея в виду, что при такой скорости в сифонных трубах не замечается выделения газов из сточных вод. В отношении мероприятий против замерзания остается в силе все то, что сказано о трубах водопроводного С. На фигуре 15 показан С. канализации г. Бреславля для перевода сточных вод через р. Одер. С. имеет длину 120 ж при диаметре труб 150 миллиметров и подвешен к тротуару моста; для собирания газов и воздуха в конце С. устроен особый колпак, помещенный в башенке у конца моста. Сточные воды, собранные трубами на острове, поступают там же в сборный колодец, разделенный решеткою на две части; одна из них служит осадочным колодцем, а в другую опущено «колено С.; на другом берегу реки находится колодец, в который опущено другое колено С. Сточные воды, пройдя решетку в первом колодце, освобождаются от плавающих тел и, дойдя по С. до второго колодца, попадают в отводный кол-_ лектор. Для действия этого С. необходимо, чтобы уровень сточных вод в первом колодце (на острове)

Разрез

120 —

был не менее чем на 26 сантиметров выше уровня их в другом колодце. Над сифонной трубой устанавливается воздушный колокол, в котором собирается воздух; из этого колокола воздух выкачивается особым насосом, приводимым в действие водою из городского водопровода. Для высасывания воздуха из сифона применяется аппарат, изображенный на фигуре 16, где А— резервуар, В—инжектор, С—поплавок, связанный с системой рычагов. Когда резервуар заполнится воздухом, то поплавок займет положение, указанное пунктиром, и посредством рычага а повернет ось b, на которой насажен диск с с прикрепленными к нему рычажками hui. При повороте оси Ь рычажок h повернет направо противовес d, связанный с клапаном е, запирающим водопроводнуьр трубку, вследствие чего вода вступит в трубку д и приведет в действие инжектор В, к-рый отсосет газы из колпака А; после отсасывания газов поплавок поднимется и рычажок г прекратит доступ воды. Для отсасывания газов из С. требуется 1—2 мин. времени; инжектор работает 5—6 раз в сутки. Зарядка С. производится путем выка

чивания из них воздуха при помощи особого насоса на станции или путем наполнения их водою из водопровода; после зарядки открывают задвижки на коленах С., после чего С. начинает действовать; для бесперебойной работы С. требуется, чтобы разность уровней в сообщающихся колодцах была больше потери напора при проходе воды по С. Для уменьшения проникновения воздуха в С. и утечки воды во всасывающем колене С. поставлен шаровой клапан, а для закрытия отверстия колена устроен автоматич. затвор а поплавком. При про токе сточных вод в колодец поплавок поднимается, открывая водам доступ во всасывающую трубу; при понижении уровня нечистот в колодце поплавок опускается, и вместе с тем уменьшается отверстие на конце всасывающей трубы; при прекращении притока нечистот это отверстие совершенно закрывается.

Лит.: Брилинг С., Пособие для проектирования и расчета водопроводной линии и городских сетей, 2 изд., М., 1930; его ж е, Краткое руководство по водоснабжению, 2 изд., М., 1928; Гениев Н., Водоснабжение городов и промышленных предприятий, М.—Л., 1931; Иванов В., Канализация населенных мест, Одесса 1926; Кашкаров Н., Расчет сифонов, «Изв. собр. пнж. путей сообщения», СПБ, 1912; Е иш А., Канализация городов и очистка сточных еод, СПБ, 1903; S ш ге-k ег О., Die Wasserversorgung d. Stadte, Handb. d. Ing. Wiss., T. 3, B. 3, 5 Aufl.; F о e r s t e r M., Taschenbuck f. Baningenieure, B. 2, 5 Aufl., B., 1928; Schoklitsch A., Der Wasserbau, В. 1, W., 1930; Cross E., Handbuch d. Wasserversorgung, Mch., 1928; P 0 s c h 1 Th., Lehr-buch d. Hydraulik, 2 Aufl., B., 1926; Prinz E., Handbucli d. Hydrologie, 2 Aufl., B., 1923; L i n d 1 e у W., Ile-beranordnung mit selbsttStiger Entliiftung, «Journal f. G-hs-beleuchtung u. Wasserversorgung», Mch., 1909; Hartmann К., Die Pumpen, 3 Aufl., B., 1906; К r a u s s Fr., Pumpen-Anlagen, B., 1928. С. Брилинг.