Объяснение типов сифонов: принципы работы и применение

Не все сифоны одинаковы. Сифон (также пишется как сифон) — это любое устройство, которое использует силу тяжести для перемещения жидкости по трубе без насоса, но этот единственный принцип охватывает широкую семью: небольшую U-образную трубку для опорожнения резервуара, сифон со спиральным хвостом, который защищает манометр, автоматический колокольный сифон, который сливает воду из гидропонного лотка, а также инженерную дренажную систему с крыши большого здания. Выбор неправильного типа может привести к повреждению инструмента, дренажу, который никогда не запустится, или к тому, что дренажная схема выйдет из строя.

В этом руководстве основные типы сгруппированы по принципу работы и способу запуска, а также освещены факторы установки и материала, которые имеют наибольшее значение в реальных проектах.

Что такое сифон и как он работает?

Сифон переносит жидкость с более высокого уровня на более низкий через промежуточный подъем без движущихся частей. Когда труба заполнена и напорный конец оказывается ниже поверхности входа, сила тяжести тянет жидкость вниз по выпускному патрубку. При этом в самой высокой точке создается зона пониженного давления, а атмосферное давление на свободной поверхности резервуара выталкивает в трубу больше жидкости. Поток продолжается до тех пор, пока труба остается полной, а выходное отверстие остается ниже входного.

Помогает простая аналогия: сифон работает как соломинка для питья, за исключением того, что поток после заливки продолжается сам по себе, поскольку сила тяжести продолжает вытягивать жидкость из выпускного конца.

Существуют два физических объяснения: классическая теория атмосферного давления и теория сцепления-напряжения, но инженерный вывод один и тот же: загрунтованная воздухонепроницаемая труба с достаточным перепадом высот течет устойчиво.

Классификация сифонов по принципу работы

Сифоны делятся на три практические группы в зависимости от того, как они запускаются и для чего предназначены. Сифоны для защиты приборов создают барьер для конденсата, защищающий манометры от тепла. Сифоны с гравитационным и ручным заполнением требуют однократной заливки, а затем непрерывной подачи жидкости. Автоматические и самовсасывающие сифоны запускаются и останавливаются самостоятельно при повышении и понижении уровня жидкости.

Сифоны для защиты инструментов

Сифоны для защиты приборов существуют по одной причине: тепловая изоляция. Они располагаются между технологической линией и манометром, поэтому горячий пар никогда не достигает непосредственно чувствительного элемента. Сифон собирает конденсат, и эта жидкость образует барьер между технологической средой и прибором. Эти устройства не транспортируют жидкость; они защищают инструмент.

Косичка Сифон

Сифон с косичками является наиболее широко используемым приборным сифоном. Его название описывает форму: узкая спираль трубок, напоминающая свиной хвост. Змеевик заполняется конденсатом, образующимся из паропровода, и это жидкостное уплотнение изолирует манометр от острого пара. Сифоны с косичками обычно устанавливаются на вертикальных трубопроводах и поставляются из нержавеющей стали 304, 316 или углеродистой стали, в зависимости от температуры, давления и коррозионной активности среды.

Сифон U-типа

Сифон П-образного типа представляет собой П-образную петлю, установленную перед прибором. Конденсат собирается в нижней части петли и образует такой же герметизирующий барьер, как и пигтейл. Его конструкция проста, а стоимость невысока, что делает его практичным выбором для вертикальных точек крепления в ограниченном пространстве. Марки материалов должны выдерживать температуру и давление процесса и противостоять коррозии, вызываемой средой.

Змеевик / Сифон Q-типа

Змеевиковый сифон, часто называемый Q-типом из-за его компактной формы, сворачивает трубку в тугую петлю. Это дает пару более длинный путь охлаждения, поэтому пар полностью конденсируется, прежде чем достигнет манометра. Основным преимуществом является гибкость монтажа: компактная петля подходит как для вертикальных, так и для горизонтальных трубопроводов. Нержавеющая сталь и углеродистая сталь являются распространенным выбором, выбранным в соответствии с условиями процесса.

Сифоны гравитационные и с ручной заливкой

Классический U-образный сифон

Классический сифон представляет собой перевернутую U-образную трубку, одна ветвь которой находится в подающем резервуаре, а другая - на более низком уровне. Как только трубка полностью заполняется жидкостью, поток начинается и продолжается без движущихся частей. Движущей силой является вес жидкости на выпускной стороне, а практический подъем ограничивается атмосферным давлением; для воды на уровне моря теоретический потолок составляет примерно десять метров. Методы грунтовки включают заполнение трубки перед установкой, заливку жидкости в самую высокую точку или вытяжку воздуха сверху. Типичными применениями являются осушение резервуаров, переброска воды через низкий берег и небольшие ирригационные каналы.

Перевернутый сифон

Перевернутый сифон имеет противоположную форму: труба опускается вниз, а не выгибается вверх. Он переносит поток под препятствием, таким как дорога, железная дорога или переправа через реку в дренажной или водной системе. Жидкость движется по трубе под положительным давлением, а не под действием вакуума, поэтому инженеры иногда называют ее вдавленной или провисшей трубой. Он регулярно появляется в дренажных трубопроводах и проектах водного хозяйства. Основными соображениями при проектировании являются диаметр трубы, доступный напор и риск осаждения твердых частиц в нижней точке.

Оба гравитационных сифона отличаются простотой и надежностью работы и отсутствием движущихся частей. Они подходят для работ с непрерывной передачей, где не требуется автоматический старт-стоп. При выборе основное внимание уделяется диаметру трубы, перепаду высот и скорости потока.

Автоматические и самовсасывающие сифоны

Колокольный сифон

Колпаковый сифон состоит из трех частей: резервуара, колоколообразной крышки и стояка. Когда уровень воды поднимается выше нижнего края колокола, колокол задерживает воздух и изолирует стояк от атмосферы. Затем вода переливается через верхнюю часть стояка и падает вниз, создавая вакуум под колоколом. Атмосферное давление выталкивает больше воды через стояк до тех пор, пока уровень воды не упадет ниже края раструба и воздух не вернется обратно, нарушая вакуум. Цикл повторяется: устройство остается неактивным, пока вода накапливается, быстро сливается и останавливается сама по себе, без электричества, клапанов или оператора.

Колпаковые сифоны широко используются в приливно-отливных гидропонных системах, небольших резервуарах для хранения и некоторых процессах очистки сточных вод. Экран над входным отверстием предотвращает попадание мусора в стояк и нарушение образования вакуума.

Петлевой сифон

Петлевой сифон представляет собой приподнятую петлю снаружи сосуда. Когда поднимающаяся жидкость достигает верхней части петли, петля полностью заполняется, и начинается поток, поскольку сила тяжести тянет жидкость вниз со стороны нагнетания. Конструкция проще колокольного сифона и не имеет движущихся частей, что позволяет снизить затраты на изготовление и обслуживание. Петлевые сифоны часто используются в гидропонных столах и небольших дренажных установках, где не требуется точное время цикла.

Ценность автоматических сифонов – автоматическая работа. Выбор между колоколообразной и петлевой конструкцией зависит от доступного пространства, требуемого расхода и уровня контроля, необходимого для цикла слива.

Сифонные дренажные системы в строительстве зданий

В современных зданиях сифонный водоотвод представляет собой полноценную систему водоотвода с крыши, основанную на сифонном действии, а не на отдельном фитинге. Дождевая вода поступает в специально сконструированные сифонные выпуски на крыше и, падая через вертикальную водосточную трубу, набирает скорость и создает отрицательное давление. Затем труба проходит полнопроходную с высокоскоростным потоком, в отличие от частично заполненного потока с открытым каналом обычного самотечного дренажа.

По сравнению с самотечным дренажем, в сифонной дренажной системе может использоваться меньшее количество водосточных труб и труб меньшего диаметра, а горизонтальные коллекторные трубы не требуют постоянного уклона. Это дает архитекторам больше свободы в маршрутизации и часто снижает расход материалов. Однако воронки и фитинги на крыше должны быть тщательно подобраны и проверены, поскольку система зависит от поддержания воздухонепроницаемого состояния полнопроходного потока.

Сифонный дренаж лучше всего оценивать на ранней стадии проектирования, поскольку его преимущества зависят от согласованной планировки, геометрии крыши и интенсивности осадков. Сертификация компонентов и данные испытаний должны быть проверены у поставщика перед установкой.

Как выбрать правильный тип сифона

Выбор начинается с применения. Чтобы защитить прибор, работающий под давлением, от пара, выберите сифон для прибора, монтажная ориентация которого совпадает с направлением трубопровода. Для непрерывного перемещения жидкости без контроля используйте классический U-образный сифон или перевернутый сифон. Для автоматического опорожнения сосуда используйте раструбный или петлевой сифон. Чтобы отвести дождевую воду на большую крышу, рассмотрите возможность установки полной сифонной дренажной системы.

После того, как тип зафиксирован, просмотрите три условия:

• Установка: вертикальный или горизонтальный трубопровод, свободное пространство и доступ для обслуживания.
• Среда: температура, давление, коррозионная активность и наличие твердых частиц.
• Материал: сифоны для приборов обычно поставляются из нержавеющей стали 304, 316 или углеродистой стали, тогда как в системах дренажа и строительства часто используются такие пластмассы, как ПП, ПЭ или ПЭВП.

Сифон выйдет из строя, если какое-либо из этих условий будет проигнорировано, независимо от того, насколько хорошо принцип соответствует применению.

Сифоны — это не отдельное устройство, а семейство устройств, работающих по одному физическому принципу. Сифоны для защиты приборов защищают манометры от тепла, гравитационные сифоны надежно перемещают жидкость, автоматические сифоны сливают воду из сосудов самостоятельно, а сифонные дренажные системы отводят дождевую воду в масштабах здания. Начните с принципа работы, затем проверьте монтаж и состояние материалов, и обычно после этого делается правильный выбор. Как производитель трубопроводной арматуры Благодаря сертифицированному ISO производству и более чем двадцатилетнему опыту компания Zhejiang Fengfeng поддерживает проекты, требующие надежных сифонных и дренажных компонентов.