サイフォンの種類の説明: 動作原理と応用

すべてのサイフォンが同じというわけではありません。サイフォン (サイフォンとも綴られます) は、重力を利用してポンプを使わずにパイプ内で液体を移動させる装置のことですが、その 1 つの原理は、タンクを空にするための小さな U 字型のチューブ、圧力計を保護するコイル状のピグテール サイフォン、水耕栽培トレイから排水する自動ベル サイフォン、および大きな建物の設計された屋根排水システムなど、幅広い種類に適用されます。間違ったタイプを選択すると、機器が損傷したり、排水が開始されなかったり、排水レイアウトが使用不能になったりする可能性があります。

このガイドでは、主要なタイプを動作原理と起動方法ごとにグループ化し、実際のプロジェクトで最も重要な設置と材料要素に焦点を当てます。

サイフォンとは何ですか?またどのように機能しますか?

サイフォンは、可動部品を使わずに、間にある上昇部分を越えて液体を高いレベルから低いレベルに移送します。パイプが満たされ、吐出端が上流面の下に位置すると、重力によって液体が出口脚に引き下げられます。これにより、最高点に低圧ゾーンが形成され、リザーバーの自由表面の大気圧により、より多くの液体がパイプ内に押し込まれます。パイプが満杯で出口が入口より下にある限り、流れは続きます。

簡単な例えが役に立ちます。サイフォンはストローのように機能しますが、重力によって吐出端から液体が引き出され続けるため、呼び水の後も流れが自動的に継続する点が異なります。

古典的な大気圧理論と凝集張力理論という 2 つの物理的説明が存在しますが、工学的な結論は同じです。つまり、十分な高低差を持つ呼び水が施された気密パイプは安定して流れます。

動作原理によるサイフォンの分類

Syphon は、開始方法と実行するように構築されていることに基づいて、3 つの実用的なグループに分類されます。機器保護サイフォンは、圧力計を熱から守る凝縮水バリアを形成します。重力式および手動呼び水式サイフォンでは、一度呼び水し、その後液体を連続的に移送する必要があります。自動および自吸サイフォンは、液面の上昇および下降に応じて自動的に起動および停止します。

機器保護サイフォン

機器保護サイフォンが存在する理由は 1 つ、それは熱絶縁です。プロセスラインと圧力計の間に設置されているため、高温の蒸気が感知素子に直接到達することはありません。サイフォンは凝縮した液体を収集し、その液体がプロセス媒体と機器の間に障壁を形成します。これらのデバイスは流体を輸送しません。楽器を保護します。

ピグテールサイフォン

ピグテール サイフォンは、最も広く使用されている器具サイフォンです。その名前は、豚の尻尾に似たチューブの密な螺旋の形状を表しています。コイルは蒸気ラインから形成された凝縮水で満たされ、この液体シールがゲージを生蒸気から隔離します。ピグテール サイフォンは通常、垂直配管に設置され、媒体の温度、圧力、腐食性に応じて SS 304、SS 316、または炭素鋼で供給されます。

U型サイフォン

U型サイフォンは、器具の前方に設置されたU字型のループです。凝縮水はループの底に集まり、ピグテール設計と同じ密閉バリアを形成します。構造がシンプルでコストが低いため、スペースが限られた垂直取り付けポイントに実用的な選択肢となります。材料グレードはプロセスの温度と圧力に耐え、媒体からの腐食に耐える必要があります。

コイル / Q型サイフォン

コイル サイフォンは、そのコンパクトな形状から Q タイプと呼ばれることがあり、チューブをしっかりとしたループに巻き付けます。蒸気の冷却経路が長くなるため、蒸気はゲージに到達する前に完全に凝縮します。主な利点は取り付けの柔軟性です。コンパクトなループは垂直配管と水平配管の両方に適しています。ステンレス鋼と炭素鋼が一般的な選択肢であり、プロセス条件に合わせて選択されます。

重力式および手動呼び水式サイフォン

クラシックな U 字型サイフォン

古典的なサイフォンは逆 U 字管で、一方の脚が供給タンクにあり、もう一方の脚が低いレベルで排出されます。チューブが液体で完全に満たされると、可動部品がなくても流れが始まり、継続します。駆動力は出口側の液体の重量であり、実際の揚力は大気圧によって制限されます。海抜ゼロメートルの水の場合、理論上の上限は約 10 メートルです。プライミング方法には、設置前にチューブを充填する、液体を最高点に注入する、または上部から空気を抜き出すなどがあります。一般的な用途は、タンクの排水、低い堤防を横切る水の移送、小さな灌漑用水路などです。

逆サイフォン

逆サイフォンは逆の形状をしており、パイプが上向きにアーチ状になるのではなく、下向きに落ち込んでいます。道路、鉄道、排水路や送水システムの河川横断などの障害物の下に流れを運びます。液体は真空によって引っ張られるのではなく、正圧の下でパイプ内を移動するため、エンジニアはそれをディプレストパイプまたはサグパイプと呼ぶことがあります。排水パイプラインや水保全プロジェクトに定期的に出現します。設計上の主な考慮事項は、パイプの直径、利用可能な揚程、および低点で固形物が沈降するリスクです。

どちらの重力サイフォンもシンプルで信頼性の高い操作を提供し、可動部品はありません。自動発停を必要としない連続搬送ジョブに適しています。配管径、高低差、流量を重視して選定します。

自動および自吸式サイフォン

ベルサイフォン

ベルサイフォンは、リザーバー、ベル型カバー、スタンドパイプの 3 つの部分から構成されます。水位がベルの下端よりも高くなると、ベルは空気を閉じ込めてスタンドパイプを大気から密閉します。その後、水はスタンドパイプの上部からこぼれて下に落ち、ベルの下に真空が生じます。大気圧により、水位がベルエッジよりも低くなり、空気が再び入って真空が破られるまで、より多くの水がスタンドパイプ内に押し出されます。このサイクルが繰り返されます。電気、バルブ、オペレーターなしで、水が蓄積している間、装置は非アクティブなままになり、すぐに排水され、自動的に停止します。

ベル サイフォンは、干満水耕システム、小型貯蔵タンク、および一部の廃水処理プロセスで広く使用されています。注入口上のスクリーンは、破片がスタンドパイプに入り、真空形成を妨げるのを防ぎます。

ループサイフォン

ループ サイフォンは、ある長さのチューブを容器の外側の盛り上がったループに配置します。上昇する液体がループの上部に到達すると、ループは完全に満たされ、重力によって液体が排出側に引き下げられるため、流れが始まります。ベルサイフォンよりも構造がシンプルで可動部品がないため、製造コストやメンテナンスコストが低く抑えられます。ループ サイフォンは、正確なサイクル タイミングが必要とされない水耕栽培台や小規模な排水設定で一般的です。

自動サイフォンの価値は無人運転にあります。ベル設計とループ設計のどちらを選択するかは、利用可能なスペース、必要な流量、排水サイクル全体に必要な制御レベルによって決まります。

建築工事におけるサイフォン排水システム

現代の建物では、サイフォン排水は単一の継手ではなく、サイフォンの作用に基づく完全な屋根排水システムです。雨水は特別に設計されたサイフォン屋根の出口に入り、垂直縦樋を通って落ちるにつれて速度が増し、負圧が発生します。従来の重力排水管の部分的に満たされたオープンチャネルの流れとは異なり、パイプは高速の流れで全口径を通過します。

重力排水と比較して、サイフォン排水システムはより少ない縦樋とより小さなパイプ直径を使用することができ、水平集合パイプは連続的な傾斜を必要としません。これにより、建築家は配線の自由度が高まり、多くの場合、材料の使用量が削減されます。ただし、システムは気密でフルボアの流れ状態を維持することに依存しているため、屋根の出口とフィッティングは慎重にサイズを決定し、テストする必要があります。

サイフォン排水は、その利点が調整されたレイアウト、屋根の形状、降雨強度に依存するため、設計段階の早い段階で評価するのが最適です。コンポーネントの認証とテストデータは、設置前にサプライヤーに確認する必要があります。

適切なサイフォンタイプの選び方

選考は応募から始まります。圧力機器を蒸気から保護するには、取り付け方向が配管経路に一致する機器サイフォンを選択してください。制御なしで液体を連続的に移動するには、古典的な U 字型サイフォンまたは逆さサイフォンを使用します。容器を自動的に排出するには、ベルまたはループサイフォンを使用します。大屋根の雨水を管理するには、完全なサイフォン排水システムを検討してください。

タイプを修正したら、次の 3 つの条件を確認します。

• 設置: 垂直または水平配管、利用可能なスペース、およびメンテナンスのためのアクセス。
• 媒体: 温度、圧力、腐食性、固体を運ぶかどうか。
• 材質: 計器用サイフォンは通常 SS 304、SS 316、または炭素鋼で供給されますが、排水および建築用途では PP、PE、または HDPE などのプラスチックが使用されることがよくあります。

これらの条件のいずれかが無視されると、たとえ原理が用途にどれだけ適合していても、サイフォンは使用できなくなります。

サイフォンは単一のデバイスではなく、1 つの物理原理を共有するデバイスのファミリーです。計器保護サイフォンはゲージを熱から守り、重力サイフォンは液体を確実に移動し、自動サイフォンは容器を自ら排水し、サイフォン排水システムは建物規模の雨水を管理します。動作原理から始めて、次に設置と材料の状態を確認すると、通常は正しい選択が得られます。として 管継手メーカー ISO 認定の生産と 20 年以上の経験を持つ浙江風峰は、信頼性の高いサイフォンと排水コンポーネントを必要とするプロジェクトをサポートします。