Сифонный трубопровод
Сифонный трубопровод (сифон) представляет собой короткий трубопровод, соединяющий питающий резервуар А и приемный резервуар В, часть которого располагается выше уровня жидкости в резервуаре А (рис. 5.5). Разность уровней жидкости в резервуарах равна Н.
Рис. 5.5. Сифон
При возникновении в верхней части трубопровода давления меньше атмосферного создается разность давлений между атмосферным на поверхности жидкости питающего резервуара и вакуумметрическим давлением в верхней части сифона. За счет разности давлений при полном заполнении трубопровода сифона жидкость поднимается на высоту над уровнем в резервуаре А, а затем перетекает в приемный резервуар В.
Для заполнения трубопровода жидкостью и создания вакуумметрического давления в верхней части сифона применяются вакуумные насосы.
Гидравлический расчет сифонных трубопроводов принципиально не отличается от расчета обычных водоводов.
Рассмотрим установившееся движение жидкости в сифонном трубопроводе. Напишем уравнение Бернулли для сечений 1-1 и 2-2, совпадающих с уровнями жидкости в резервуарах А и В, относительно плоскости сравнения 0-0 (см. рис. 5.5):
. (5.14)
Давления в сечениях 1-1 и 2-2 соответствуют атмосферному . Принимаем, что скорости в сечениях и ; , .
Из уравнения Бернулли получаем
. (5.15)
Гидравлические потери в трубопроводе
,
где V - средняя скорость движения жидкости в трубе сифона; , d - длина и диаметр трубы сифона; - коэффициент гидравлического трения; - сумма коэффициентов местных сопротивлений.
Расход жидкости через сифон согласно формуле (5.1) будет
,
.
Для определения давления в верхнем сечении сифонного трубопровода (сечение х-х) составляем уравнение Бернулли для сечений 1-1 и х-х, в котором потери напора определяются на расстоянии между этими сечениями.
Плоскость сравнения в этом случае совпадает с плоскостью свободной поверхности в резервуаре А (сечение 1-1), , .
Давление в сечении х-х примем равным абсолютному , .
Подставляя в уравнение Бернулли известные величины, получаем
. (5.16)
Вакуумметрическое давление в верхнем сечении сифона х-х
.
Из (5.16) вакуумметрический напор в верхнем сечении, , равен
, (5.17)
где - суммарный коэффициент местных сопротивлений на участке трубопровода до сечения х-х.
При расчете сифонов важным условием является определение давления в сечении трубопровода, наиболее высоко расположенного, где имеет место наибольшее разряжение. Для уменьшения разряжения в указанном сечении, возможно, окажется целесообразным увеличение сопротивления в нисходящей ветви сифона, что может быть осуществлено установкой задвижки за этим сечением. При этом нужно иметь в виду, что введение задвижки одновременно вызовет некоторое снижение расхода.
В результате уменьшения абсолютного давления в верхней части трубопровода может возникнуть кавитация. Кавитация произойдет, если давление насыщенных паров ( ) в трубопроводе будет больше абсолютного давления . При кавитации из жидкости будет выделяться растворимый газ и пузырьки пара, что приведет к снижению расхода жидкости в сифоне, и он может резко уменьшиться. Резкое снижение расхода в результате нарушения сплошности потока жидкости приводит к срыву работы сифона, подача жидкости в приемный резервуар В прекращается.
В сифонных трубопроводах появление кавитации обусловливается геометрической конфигурацией и принципом действия самого сифона, верхней своей частью находящегося под давлением меньше атмосферного.
Для нормальной работы сифонного трубопровода необходимо, чтобы минимальное абсолютное давление в верхней его части было больше давления насыщенных паров :
,
Давление увеличивается с повышением температуры жидкости.
Таблица 5.2
, м | 0,12 | 0,24 | 0,43 | 0,75 | 1,25 | 2,00 | 3,17 | 4,82 | 7,14 | 10,3 |
В табл. 5.2 приведены значения в метрах водяного столба в зависимости от температуры .
Пример 5.2
Из источника водоснабжения вода подается в напорный резервуар (см. рис. 5.4). Расход воды л/с. Высота оси насосной установки над уровнем воды в водоеме м. Высота подъема воды в напорный резервуар м. Длина всасывающей трубы м. Длина магистральной напорной трубы м. Коэффициент гидравлического трения . Суммарный коэффициент местных сопротивлений во всасывающей трубе . Трубы чугунные. В напорном водоводе . Определить диаметры всасывающей и напорной труб, а также потребный напор.
Диаметр всасывающей трубы определим, полагая м/с:
м.
Принимаем диаметр мм. Средняя скорость во всасывающей трубе
м/с.
Гидравлические потери напора во всасывающей трубе
м.
Вакуумметрический напор на входе в насос
м.
Зная кавитационную характеристику лопастного насоса , необходимо сопоставить значения вычисленного и допустимого вакуумметрического напора насоса . В случае насос будет работать в кавитационном режиме. Например, м при расходе л/с. В этом случае необходимо установить насос ниже относительно уровня воды в водоеме, т.е. м.
Диаметр напорной трубы принимаем таким же, как и всасывающей: м.
Гидравлические потери в напорной линии
Потребный напор
м.
Зная расход л/с и потребный напор м, можно по каталогу насосов подобрать определенный тип насоса.
Пример 5.3
Какое избыточное давление необходимо поддерживать в закрытом резервуаре с водой, чтобы через вентиль на конце трубопровода проходил расход м3/ч. Вентиль располагается на высоте м, при некотором закрытии вентиля принять . Трубопровод состоит из труб длиной м, мм и м, мм. Эквивалентную шероховатость принять мм. Уровень воды ( ) в резервуаре составляет м (рис. 5.6).
Рис. 5.6. К примеру 5.3
Составляем уравнение Бернулли, приняв первое сечение 1-1 по свободной поверхности воды в закрытом резервуаре, второе сечение 2-2 - за вентилем на конце трубопровода. Плоскость сравнения - горизонтальная, проходящая по оси начального участка трубопровода (см. рис. 5.6):
;
; ; ; ; ; ;
,
где - абсолютное давление; - относительное давление.
Таким образом,
Потери напора
.
Полагаем, что потери по длине соответствуют координатной области сопротивления.
Вычисляем по формуле Шифринсона (4.104):
;
;
.
Коэффициент местного сопротивления на входе в трубу ; , колена (табл. П1.4 приложения).
При внезапном сужении трубопровода коэффициент сопротивления вычисляется по формуле И. Идельчика (4.144):
,
где - показатель сужения потока.
;
.
Расход м3/с.
Средние скорости на участках трубопровода:
м/с;
м/с.
Коэффициенты системы первого и второго трубопроводов
;
.
Потери напора
м.
Избыточное давление (принимаем Н/м3)
Па МПа.
Дата добавления: 2016-02-27; просмотров: 626;