В качестве водовыпускных сооружений крупных насосных станций, подающих воду в канал или водохранилище, могут применяться водовыпуски с быстродействующими затворами, сифонные водовыпуски и водовыпуски с водосливами. Водовыпуски с быстродействующими затворами представляют собой сооружение, в котором заканчивается затопленный под уровень верхнего бьефа напорный водовод, и устанавливаются рабочие и ремонтные затворы. Водовыпускные сооружения с быстродействующими затворами могут быть глубинными и поверхностными. Глубинные водовыпускные сооружения наилучшим образом компонуются с капсульными агрегатами, горизонтальными агрегатами, имеющими небольшую высоту и значительное заглубление напорного патрубка под уровень верхнего бьефа. Особенно хорошо они вписываются в конструкцию насосной станции при большой глубине и значительных колебаниях уровня верхнего бьефа.

Поверхностные водовыпускные сооружения обычно компонуются с горизонтальными агрегатами с двигателем, расположенным над всасывающей трубой, с наклонными или вертикальными агрегатами, т. е. в тех случаях, когда напорный патрубок насоса находится близко к минимальному уровню верхнего бьефа.

Водовыпускные сооружения с быстродействующими затворами вследствие их простой формы имеют малое гидравлическое сопротивление, меньшую по сравнению с сифонным водовыпуском стоимость, на их работу не влияют колебания уровня в отводящем канале, однако их эксплуатация осложняется в районах с суровыми зимними климатическими условиями. При наличии фильтрации в уплотнениях затвора возможны утечки воды из верхнего канала в нижний. Особенно неприятны протечки, когда насосы и напорные трубопроводы находятся в стадии осмотра или ремонта.

Сифонный водовыпуск представляет собой концевой участок трубопровода, изогнутый таким образом, что верхняя его часть — горловое сечение 2 — с некоторым запасом находится над максимальным уровнем воды в отводящем канале, а верхняя кромка 3 выходного отверстия (шелыга) заглублена под минимальный уровень. В потолок горлового сечения — капор 4 сифона встраиваются клапаны срыва вакуума 1, при открытии которых трубопровод заполняется воздухом при атмосферном Давлении и отделяется от верхнего бьефа.

Сифонный водовыпуск работает следующим образом: при пуске насоса вода заполняет напорный трубопровод и выдавливает воздух через открытые клапаны срыва вакуума или подобные устройства в атмосферу. Суммарная площадь этих устройств должна быть достаточной, чтобы повышение давления в сифонном водовыпуске было меньше, чем подтопление шелыги при минимальном уровне воды в сифоне. В противном случае воздух пузырями будет выдавливаться из-под шелыги в верхний бьеф, вызывая колебания давления, отрицательно отражающиеся на работе насоса. После заполнения трубопровода вода переливается через гребень сифона как через водослив. Геометрический напор при этом определяется разностью отметок уровней воды над гребнем сифона и в подводящем канале. Рабочий напор насоса определяется как сумма геометрического напора, потерь в напорном трубопроводе и избыточного давления воздуха, выходящего через клапаны срыва вакуума. Уровень воды в нисходящей ветви сифона в этот момент снижается на значение избыточного давления. Вода аэрируется, увлекает за собой воздух и выносит его в верхний бьеф. Давление в сифоне вначале снижается до атмосферного, а затем образуется вакуум.

При появлении вакуума в сифонном водовыпуске горло сифона разобщается с атмосферой. Из сифона удаляются остатки воздуха, он «заряжается», и напор насоса падает до значения, определяемого разницей уровней в отводящем и подводящем каналах и потерями в трубопроводе.

Эффективная работа сифонного водовыпуска обеспечивается устойчивым вакуумом и выносом выделяющегося из воды воздуха в верхний бьеф. В процессе зарядки сифона подача насоса увеличивается на 10—15%, однако условия аэрации потока и выноса воздуха из сифона ухудшаются, так как давление в нем снижается, а уровень воды в нисходящей ветви повышается, и пузырькам воздуха приходится преодолевать большее расстояние.

При запланированной остановке заранее, а при внезапной одновременно с отключением электродвигателя производится соединение горлового сечения сифона с атмосферой. Воздух поступает в сифон и разрывает поток, отсекая напорный трубопровод от верхнего бьефа.

Площадь клапанов срыва вакуума должна быть достаточной, чтобы потери энергии в них не вызывали снижения давления в сифоне и не вызывали подъем уровня воды в нисходящей ветви сифона над гребнем при наивысшей отметке уровня верхнего бьефа. В противном случае вода будет увлекаться в трубопровод, и заряжать сифон. Кроме того, возникающий в трубопроводе вакуум не должен быть опасным для устойчивости и прочности оболочки трубопровода.

Сифонные водовыпуски имеют меньшую массу гидромеханического оборудования, меньшую поверхность, требующую уплотнения и обогрева в зимних условиях, быстро и полностью отделяют напорные водоводы от отводящего канала и обеспечивают отсутствие протечек в трубопровод, однако менее выгодны в энергетическом отношении из-за более сложной формы и повышения напора на станции при плохой герметизации клапана срыва вакуума. По допустимому вакууму применение сифонных водовыпусков ограничивается колебаниями уровня в отводящем канале 4—5 м.

Потери в сифонных водовыпусках при работе их полным сечением достигают 20—60 см, что составляет относительно небольшое значение при средних и больших напорах и значительное при напорах 5—10 м. Например, замена быстродействующих затворов на насосной станции с напором 5 м сифонным водовыпуском, сопровождающаяся увеличением потерь на 40 см, вызовет увеличение напора и соответствующее снижение коэффициента полезного действия установки па 8%. При па-поре насоса 20—25 м соответствующее увеличение потерь вызовет снижение к. п. д. установки па 2-1,6%.

На практике отмечаются случаи дополнительного увеличения потерь в сифонных водовыпусках вследствие работы их неполным сечением из-за неудовлетворительной герметизации клапанов срыва вакуума.

По исследованиям НИС Гидропроекта, потери напора в сифонных водовыпусках станций канала Иртыш — Караганда из-за образования воздушных полостей превышали I м. Эффективность эксплуатации насосов в таких условиях снижается, так как напор насоса возрастает на значение потерь вакуума в сифоне, уменьшается подача, и режимная точка насоса, как правило, смещается в нерасчетную зону характеристики с низким к. п. д., ухудшаются кавитационные показатели насоса. Так, например, потребление электроэнергии насосной станцией, оборудованной насосами ОП11-185, при расчетном напоре 16 м и расчетном вакууме 4 м увеличится при потере вакуума в сифоне на 25% за счет увеличения напора и еще на 4% вследствие смещения режимной точки в зону характеристики с меньшим к. п. д. Все это может приводить к прямым убыткам, исчисляющимся сотнями тысяч рублей в год. на станциях большой мощности и миллионами рублей в крупных системах переброски стока. С повышением напора увеличивается опасность появления щелевой кавитации, определяющей срок службы камеры, а иногда и лопастей рабочего колеса. Аналогичная разгерметизация клапанов срыва вакуума па станции с напором 5 м приведет к еще более серьезным последствиям.

Исходя из этих соображений, на низконапорных насосных станциях, как в России, так и в зарубежной практике применяют водовыпускные сооружения с механическими отсекающими устройствами. На насосных станциях с напором более 10 м широкое, но, по нашему мнению, не всегда оправданное распространение получили водовыпускные сооружения сифонного типа. В зарубежной практике эти два типа конкурируют и на средненапорных насосных станциях.

Особенно большие потери могут иметь место в насосных станциях с несколькими насосами, работающими на один напорный водовод. По такой схеме могут быть запроектированы насосные станции с диагональными насосами, имеющие на напорном патрубке дисковый затвор или обратный клапан. Горловое сечение сифонных водовыпусков таких станций освобождается от воздуха и полностью заполняется водой при работе нескольких насосов. При частичной подаче воды скорость в горловом сечении оказывается недостаточной для выноса воздуха и зарядки сифона. Сифон работает неполным сечением, и потери в нем несколько возрастают. В таких схемах механические перегораживающие устройства могут оказаться более эффективными.

Водовыпускные сооружения с водосливами по экономическим показателям уступают сифонным водовы-пускам и водовыпускам с быстродействующими затворами, значение такой разницы увеличивается с увеличением колебаний уровня воды в отводящем канале и снижением напора насосной станции. К достоинствам этого вида водовыпуска относятся полная автоматичность его действия (отделения верхнего бьефа от насосов) и отсутствие каких-либо механических узлов. Благодаря этим качествам водовыпуск с водосливом может быть рекомендован для насосных станций с малыми подачами и малыми колебаниями уровня воды в отводящем канале. В крупных насосных станциях водовыпуски с водосливами широкого распространения не получили.