Очертания проточной части выполненных сифонных водовыпусков весьма разнообразны. На низконапорных станциях, где установлены вертикальными погружные насосы, сифонный водовыпуск часто совмещают в одном блоке с насосной станцией. При этом восходящая и нисходящая ветви сифона получают наклон до 60° и более к горизонту. Это позволяет существенно сократить габариты всего блока, однако потери в сифоне несколько повышаются. Следует оговориться, что потери в заряженном работающем полным сечением сифоне вследствие малых скоростей невелики, а, следовательно, и их увеличение не будет большим.

На станциях с отдельно стоящим сифонным водовыпуском восходящую, а иногда и нисходящую ветви располагают под меньшим углом к горизонту. Помимо снижения потерь, это изменяет условия зарядки и разрядки сифона и уменьшает значения и неравномерность распределения напряжений в основании водовыпуска, однако несколько увеличивает габариты и стоимость водовыпускного сооружения.

Общим для всех сифонных водовыпусков крупных насосных станций является следующее: в восходящей ветви чаще всего осуществляется плавный переход от водовода круглого сечения к сжатому прямоугольному; в нисходящей ветви с целью снижения выходных скоростей осуществляется постепенное увеличение высоты сифона при постоянной его ширине.

Размеры водовыпускных сооружений определяются габаритами проточной части сифона и условиями заделки трубопровода. Ширина горлового сечения определяется расстоянием между соседними трубопроводами.

Длину восходящей ветви сифона принимают такой, чтобы обеспечить угол диффузорности в плане на одну сторону не более 6°. Для выравнивания скоростей в горловом сечении, уменьшения потерь на повороте и снижения вакуума у капора сифона стремятся понизить высоту его в горловом сечении. При этом площадь горлового сечения оставляют равной площади поперечного сечения трубопровода или несколько уменьшают ее. В крупных сифонных водовыпусках с полого поднимающейся восходящей ветвью высоту горла сифона удается уменьшить до 0,5.

Во избежание прорыва воздуха в сифон со стороны верхнего бьефа заглубление шелыги под минимальный уровень принимают равным четырем-пяти скоростным напорам в выходном сечении, но не менее 0,3 м под минимальный летний уровень или равным толщине льда плюс 0,3 м — под минимальный зимний уровень. Скорости в выходном сечении сифона назначаются около 1,5 м/с, а полный эквивалентный угол конусности нисходящей ветви не более 8—10°.

Для поддержания вакуума требуется хорошая герметизация сифона. Поверхность сифона в зоне вакуума обычно облицовывается металлом. На участке трубопровода, находящемся в зоне вакуума, не рекомендуется устанавливать температурно-осадочный компенсатор.

Эффективность работы сифонного водовыпуска определяется минимальным зарядным расходом и коэффициентом сопротивления водовыпуска. Условия выноса воздуха из сифона, определяющие эти параметры, зависят от наклона ветвей сифона, значения и распределения скорости в горле и нисходящей ветви сифона, очертания проточной части. Зависимость, связывающая эти параметры, в настоящее время отсутствует и, по всей вероятности, в ближайшее время будет получена лишь для частных случаев. Известно, что улучшению условия зарядки сифонных водовыпусков способствуют сжатие горлового сечения в вертикальной плоскости и увеличение в нем скоростей. По нашему мнению, положительную роль для удаления воздуха из сифона играет снижение угла наклона нисходящей ветви.

Влияние крутизны нисходящей ветви сифона на интенсивность выноса из него воздуха можно определить, проведя следующие рассуждения. На пузырек воздуха объемом, находящийся в сифонном водовыпуске, действуют следующие силы: выталкивающая сила гидростатического давления, направленная вертикально вверх и влекущая сила гидродинамического давления жидкости

Под действием силы гидростатического давления пузырьки воздуха поднимаются и концентрируются у потолка водовыпуска. Рассмотрим действие сил Р и F на пузырек воздуха в этой части водовыпуска. Силу Р можно разложить на составляющие — нормальную N и касательную Т к поверхности потолка сифона.

Сила N воспринимается потолком сифонного водовыпуска, а сила Т будет препятствовать выходу пузырька из сифона. Значение ее будет тем больше, чем круче наклон нисходящей ветви сифона и чем больше объем пузырька воздуха W, т. е. чем выше (под меньшим давлением) находится пузырек. К аналогичному выводу можно прийти, рассматривая работу, затрачиваемую на перемещение элементарного объема воздуха от капора до шелыги. Соотношение между F и Т несколько изменяется вследствие различного сжатия пузырька. Сила F пропорциональна квадрату скорости и площади поперечного сечения пузырька и.

При движении пузырька воздуха вниз его объем уменьшится пропорционально изменению давления в первом приближении пропорционально h, а площадь поперечного сечения пропорционально h2/3, т. е. обе силы уменьшаются по мере продвижения воздуха к выходному сечению, однако сила F, препятствующая выходу воздуха, при постоянной скорости течения воды в нисходящей ветви уменьшалась бы быстрее, чем сила F. Из-за уменьшения скорости потока к выходному сечению это соотношение меняется.

Для выполнения условия самозарядки сифона необходимо, чтобы T>F. Выполнение этого условия облегчается при повышении скоростей у потолка сифона и уменьшении крутизны нисходящей ветви.

В случае, если скорость оказывается недостаточной для удаления всего воздуха при работе сифонного водовыпуска полным сечением, между Т и F устанавливается динамическое равновесие, поддерживаемое оставшимся объемом воздуха, скапливающимся у капора и увеличивающим скорость потока и сопротивление сифонного водовыпуска.

Для облегчения условий зарядки сифона рекомендуется увеличивать угол наклона восходящей ветви, что способствует увеличению скорости воды у капора сифона за счет увеличения угла поворота потока в горловом сечении. Действительное взаимодействие между имеющимся в сифонном водовыпуске воздухом и потоком осложняется нестационарностью процессов, неравномерным распределением скоростей по высоте сечений сифона, поэтому очертание проточной части сифонных водовы-пусков крупных насосных станций определяется на основании лабораторных исследований.

Очевидно, наиболее трудные условия зарядки будут у сифонных водовыпусков с крутопадающей нисходящей ветвью, а наиболее благоприятные у водовыпуска. Нисходящая ветвь этого водовыпуска запроектирована с постоянным поперечным сечением, что обеспечивает в ней высокие скорости и способствует выносу из нее воздуха. Для уменьшения выходных скоростей в этой конструкции предусмотрен дополнительный расширяющийся участок с горизонтальным дном и наклонным потолком, из которого воздух будет удаляться самостоятельно. Длину нисходящей ветви сифона можно несколько уменьшить, применив диффузорный участок с горизонтальным потолком и наклонным дном, предусмотрев усиленное крепление дна напорного бассейна или применив диффузор более сложного очертания. Гидропроектом для Каршинского магистрального канала разработана форма проточной части сифонного водовыпуска, имеющего высокие энергетические показатели и умеренные габариты.