Водовыпускные сооружения сифонного типа

Водовыпускные сооружения сифонного типа удобны в эксплу­атации, достаточно надежны и экономичны. Для обеспечения их надежности сифон должен быть герметичен и правильно выбран клапан срыва вакуума. Конструкция сифона, скорости течения воды в нем должны обеспечивать самозарядку сифона, то есть уда­ление из сифона защемленного в нем воздуха при прямом течении воды по трубопроводу. Чтобы не допустить обратного теченияводы из водоприемника по трубопроводу при остановке насосов, клапан срыва вакуума должен открываться и разряжать сифон — впускать в него воздух. При прямом течении воды клапан должен быть герметично закрыт и подсоса воздуха в сифон быть не должно [9]. Сифон водовыпуска состоит из восходящей ветви, горла, нисхо­дящей ветви и выходного диффузора. Нижнюю точку горлового се­чения называют порогом, или гребнем сифона, а верхнюю — капо­ром. Эффективность работы сифона оценивают потерями напора в нем или коэффициентом гидравлических сопротивлений. Приме­няемые в практике сифоны имеют следующие показатели: потери напора 0,2… 0,6 м, иногда до 1,0… 1,2 м (при нескольких насосах, ра­ботающих на один напорный трубопровод), коэффициент сопро­тивлений С, = 0,6… 1 (коэффициенты £ отнесены к горловому сече­нию).
При компоновке проточной части сифона помимо технических условий проектирования водовыпускных сооружений (см. раз­дел 8.2) необходимо учитывать следующие рекомендации:

1. Для уменьшения потерь напора проточная часть сифона не должна иметь резких поворотов, диффузоров с углами конусности более 8°, а также зон, в которых могут возникнуть отрывы потока от стен проточной части.
2. В зависимости от диаметра напорного трубопровода можно применять три типа проточной части сифонов: круглого сечения без нижнего отвода (см. рис. 8.5) — для напор­ных трубопроводов с Д, < 1,2 м; круглого сечения с удлиненным нижним отводом (см. рис. 8.5) — для напорных трубопроводов с 1,2 < Др < 2,2 м; приме­нение этого типа сифона при Др > 2,21м должно быть обосновано технико-экономическим расчетом; прямоугольного сечения с удлиненным отводом (см. рис. 8.5) — для напорных трубопроводов с Др > 2,2 м.
3. Угол наклона восходящей ветви сифона принимают равным 30…45°, что снижает значение зарядного расхода, обеспечивает бла­гоприятные условия подхода потока к горловому сечению сифона и исключает распространение вакуумной зоны на большой длине на­порного трубопровода.
4. Угол наклона нисходящей ветви сифона рекомендуют прини­мать 30…40°, что обеспечивает плавный перевод потока в концевой диффузор.
5. Превышение гребня (порога) сифона над максимальным уровнем воды в водоприемнике с учетом ветровых волн, волн пуска основных насосов и возможных осадок сооружения должно быть не менее 0,2 м. Радиусы закруглений рекомендуют принимать: горлового се­чения — го= (2…3,5)Д нижнего колена восходящей и нисходящей ветвей сифона — R= (1,5…2,5)Д где D— диаметр круглого или вы­сота прямоугольного горлового сечения.
6. Выходное отверстие сифона должно быть заглублено под ми­нимальный уровень воды в водоприемнике (с учетом волны) на зна­чение (4…5)vgbIX / 2g, но не менее 0,2 м. Площадь выходного отвер­стия сифона рекомендуют принимать по допустимой скорости вы­хода vBbIX < 2 м/с. Низ выходного отверстия совмещают с дном ко­лодца (бассейна) водовыпуска.
7. Восходящая ветвь и горло сифона, выполненные из стальных труб, должны быть круглого сечения, а нисходящая ветвь может быть выполнена или из круглой трубы постоянного сечения с гори­зонтально расположенным диффузором в конце сифона, или из трубы, расширяющейся в плане. Для улучшения гидравлической формы проточной части расширение нисходящей ветви можно вы­полнять не в вертикальной плоскости, а в плане, поэтому трубу разрезают пополам — вдоль по вертикальной диаметральной плоско­сти и в месте разреза вваривают два клина из листовой стали с углом конусности не более 8° (см. рис. 8.5,6).
8. При конструировании проточной части сифонов прямоуголь­ного сечения руководствуются следующими положениями: переходный участок от круглого сечения напорного трубопрово­да к прямоугольному (длина не менее 2Др) выполняют в пределах восходящей ветви сифона (см. рис. 8.5,в);
   между переходным участком и горловым коленом желательно предусматривать небольшую вставку длиной не менее 0,3#г с, где Нтс— высота горлового сечения сифона;
   Нтс для уменьшения вакуумной зоны и ускорения зарядки сифо­на принимают (0,5…0,6)Др, тогда ширина горлового сечения (при условии равенства площадей сечений горла сифона и трубопрово­да) составит(1,57. ..1,31)Др. При необходимости изменения площа­ди горлового сечения желательно сохранить соотношение ширины сечения к его высоте в пределах 2,3…3,5;
   нисходящая ветвь сифона прямоугольного сечения должна иметь постоянную высоту и расширяться в плане (угол конусности не более 8°);
   выходной диффузор сифонов выполняют раструбом вверх с уг­лом конусности до 8°. При необходимости допускается расширение и в горизонтальной плоскости (см. рис. 8.5). Совмещать диффузор с коленом не следует.
9. Деформационные швы и компенсаторы на напорном трубо­проводе должны быть расположены ниже границы вакуумной зоны, чтобы исключить подсос воздуха при работе сифона.
10. Длину водовыпускного сооружения определяют как сумму длин: сифонного оголовка;
    горизонтальной части дна колодца (см. рис. 8.5), м,
     

сопрягающей части колодца, м,

р — высота порога, полученная как разность отметок дна отводящего канала и колодца, м;
переходного участка, который имеется в сооружениях, где ши­рина сооружения не равна ширине отводящего канала по дну

где В — ширина сооружения, м; b— ширина по дну отводящего канала, м; a — цен­тральный угол конусности, a = 30…40° (см. раздел 8.2).
При достаточном обосновании возможно совмещение переход­ного и сопрягающего участков.
Расчет проточной части сифона начинают с нахождения заряд­ного расхода, который должен быть меньше минимальной подачи
ПО ОДНОМУ ИЗ НаПОрНЫХ Трубопроводов Qminxp^ Озар-
Для определения зарядного расхода предложен ряд эмпиричес­ких формул. Например, САНИИРИ:

для сифонов круглого поперечного сечения

где g— ускорение свободного падения, м/с2; Д.с — диаметр горлового сечения си­фона, м (принимают равным или несколько меньшим диаметра напорного трубо­провода); а] — угол наклона восходящей ветви сифона к горизонту, град; А — коэф­фициент, А = 0,6…0,7; Втси Нтс— ширина и высота горлового сечения.
Есть и другие формулы, предложенные, например, В. В. Рычаго-вым, А. А. Нибергом (МГУП). Однако все формулы зарядного рас­хода (>зар имеют недостатки и требуют дальнейшего совершенство­вания.

Если Qmin тр > (2заР> то сифон будет заряжаться и работать пол­ным сечением, а если Qminтр < Q3ap, расчет повторяют, уменьшив площадь горлового сечения не более чем на 20 %. При уменьше­нии площади горлового сечения повышаются скорость потока и, следовательно, потери напора. В последнем случае необходимо сравнить три возможных варианта: работа сифона неполным сече­нием при минимальных расходах (следовательно, максимальные потери напора); сифон с максимально суженным горловым сече­нием; замена сифона водовыпускным сооружением иной конст­рукции.