Сифонный трубопровод: Методические указания к лабораторной работе

Министерство образования Российской Федерации

ГОУВПО «Комсомольский-на-Амуре государственный

технический университет»

Кафедра «Кораблестроения»

СИФОННЫЙ ТРУБОПРОВОД

Методические указания к лабораторной работе по курсам

«Гидравлика», «Гидравлика и гидромашины»,

«Гидравлика, гидромашины и гидроприводы», «Гидрогазодинамика»,

«Прикладная механика жидкостей и газов»

Комсомольск-на-Амуре 2003

УДК 532.51

Сифонный трубопровод: Методические указания / Сост. А.В. Космынин, И.В. Каменских.- Комсомольск-на-Амуре: ГОУВПО «Комсомольский-на-Амуре государственный технический университет», 2003.- 8 с.

Рассмотрен принцип работы сифонного трубопровода. Представлены основные выражения для определения характеристик работы сифонного трубопровода. Описаны экспериментальная установка и методика обработки опытных данных.

Методические указания рекомендуются для студентов специальностей 140100, 140200, 550900, 120100 и 120300

Печатается по постановлению редакционно-издательского совета ГОУВПО «Комсомольский-на-Амуре государственный технический университет».

Согласовано с отделом стандартизации.

Рецензент В.С. Виноградов

Цель работы: определение характеристик работы сифонного трубопровода.

1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

Сифонным называется простой самотечный трубопровод, часть которого расположена выше питающего его резервуара. Жидкость в сифоне поднимается от своей свободной поверхности в питающем резервуаре на высоту , так как показано на рисунке 1.

 

Рисунок 1 – Сифонный трубопровод

Принцип действия сифона основан на создании в его повышенной части вакуума (разряжения), наибольшее значение которого имеет место в сечении х-х. Разность между атмосферным давлением, действующем на свободной поверхности жидкости в питающем резервуаре, и пониженным давлением в верхней части сифона вызывает подъем жидкости по сифону и движение ее из питающего резервуара в приемный. Следует отметить, что обязательным условием работы сифона является превышение свободного уровня жидкости в питающем резервуаре над приемным на какую-либо величину . Для приведения сифона в действие требуется предварительно заполнить его жидкостью или создать в нем вакуум с помощью вакуум-насоса.

Расчет характеристик сифона заключается в определении его пропускной способности, т.е. расхода жидкости и максимального значения вакуума.

Расход жидкости в сифонном трубопроводе определяют по формуле

,                                                   (1)

где  - внутренний диаметр трубопровода,  - скорость течения жидкости в сифонном трубопроводе.

Скорость течения жидкости  находится из уравнения Бернулли, составленному для показанных на рис. 1 сечений 1-1 и 2-2 (плоскость сравнения совмещается с сечением 2-2)

откуда

,                                                (2)

где  - суммарный коэффициент местных сопротивлений,  - коэффициент гидравлического трения,  - длина трубопровода.

Формула (2) справедлива при истечении жидкости под уровень. При истечении жидкости в атмосферу (см. рисунок 2) ее скорость находится из выражения:

.                                               (3)

 

Рисунок 2 – Истечение жидкости из сифонного

трубопровода в атмосферу

Для определения максимального значения вакуума  уравнением Бернулли связываются контрольные сечения 1-1 и х-х (плоскость сравнения совмещается с сечением 1-1, см. рис. 1) откуда получают:

или

,                               (4)

где  - длина трубопровода до сечения х-х,  - суммарный коэффициент местных сопротивлений до сечения х-х,  - удельный вес жидкости.

Увеличение высоты подъема жидкости  ограничивается ростом вакуумметрического давления  до давления насыщенных паров, т.е. когда начинается процесс холодного кипения жидкости с выделением пара и растворенных в ней газовых примесей. Это явление называется кавитацией. При возникновении кавитации нарушается сплошность потока, образуются парогазовые пробки в трубопроводе, и подача жидкости по трубопроводу прекращается.

2. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ УСТАНОВКА

Экспериментальная установка, изображенная на рисунке 3, состоит из следующих основных элементов: питающего 1 и приемного 2 резервуаров, сифонного трубопровода 3 и мерного бака 4.

 

Рисунок 3 – Схема экспериментальной установки

Питающий резервуар снабжен переливной трубой 5 для поддержания постоянного уровня жидкости. Напорный трубопровод 6 предназначен для наполнения водой питающего резервуара, а трубопровод 7 для его опорожнения. Сифонный трубопровод наполняется водой при помощи напорного трубопровода 8. Для создания разного перепада уровней жидкости в питающем и приемном резервуарах в последнем установлены четыре сливных трубы 9-12 разной длины. Слив воды из этих труб происходит в мерный бак. Опорожняется бак через трубопровод 13. Мерный бак, а также питающий и приемный резервуары для замера уровня жидкости снабжены пьезометрами (на рисунке 3 не показаны). Разрежение в сифонном трубопроводе регистрируется вакуумметром 14.