在水處理、供水、管網(wǎng)及水利灌溉、長(zhǎng)距離輸送工程中，為了節(jié)能降耗，人們總希望管道流體在一定的流道形式，壁面粗糙度和水流態(tài)一定的條件下，能夠降低管道沿程阻力損失，增大流量的目的。但是由于進(jìn)水口水面的吸氣渦旋，導(dǎo)致進(jìn)入水中的空氣增加，另一方面，溶入水中的空氣降低了管中的充盈度，不能滿足流動(dòng)降低了流量，另一方面，渦旋使水流在在管中不是直線行進(jìn)，而是沿螺旋線方向流動(dòng)，無形中增加了行程(比管道的實(shí)際長(zhǎng)度長(zhǎng))從而增加了沿程損失。除了對(duì)管道本身(如內(nèi)表面等)加以改進(jìn)之外減少溶入水中的氣體，改善管道內(nèi)水體的流動(dòng)品質(zhì)，才是減少阻力損失，增大流量的主要因素。

二、

背景技術(shù)：

天然水體中含氣率約2％，即水中溶解性氣體20L/m³，當(dāng)壓力降到某一值時(shí)會(huì)以微氣泡形式析出。水流入口處都產(chǎn)生漩渦。漩渦無處不在，是一種非常復(fù)雜的流體運(yùn)動(dòng)形式，進(jìn)水口漩渦的危害：1、增加水流阻力，縮減過水面積，減少進(jìn)水量，降低流量系數(shù)，出現(xiàn)吸氣漩渦時(shí)，可使過流能力減少80％。2、加劇水流脈動(dòng)產(chǎn)生強(qiáng)烈脈動(dòng)壓力，引起機(jī)組或結(jié)構(gòu)物振動(dòng)。3、降低機(jī)組效率，強(qiáng)烈的吸氣漩渦可減少機(jī)組80％的效率。4、卷吸漂浮物堵塞或損壞設(shè)備等。

資料表明，在進(jìn)水口上方水面都可能發(fā)生渦旋，一種是具有大尺度的準(zhǔn)穩(wěn)定性的水面渦旋，一種是小尺度隨機(jī)出現(xiàn)的水面渦旋從工程觀點(diǎn)看，進(jìn)水口形成的渦旋一般分為自由表面漩渦、水下漩渦和管道螺旋渦三種，其中自由表面漩渦對(duì)工程影響最大，為了避免漩渦引起的各種問題，有時(shí)不得不在較小流量下進(jìn)行。根據(jù)畢奧一沙伐定律，越靠近漩渦中心，其速度愈高，靜壓愈低，從而滲入的空氣就愈多，不但降低了管道的充盈度，而且螺旋運(yùn)動(dòng)增加了行程和沿程阻力損失，漩渦存在紊流加劇，主流與漩渦區(qū)不斷有質(zhì)量能量交換，質(zhì)點(diǎn)間摩擦碰撞消耗大量機(jī)械能。

粘性是產(chǎn)生漩渦的根本因素，而具有流速梯度的流場(chǎng)使粘性發(fā)揮效應(yīng)從而形成漩渦運(yùn)動(dòng)。漩渦的形成與進(jìn)口流速尺寸和淹沒深度有關(guān)。改善進(jìn)水口的體形結(jié)構(gòu)，減小進(jìn)水口流速盡可能降低，破壞不利水流流態(tài)能有效防止吸氣漩渦的產(chǎn)生，雙孔進(jìn)水明顯好于單孔進(jìn)水，進(jìn)水口上方30°范圍內(nèi)是漩渦易發(fā)區(qū)域。

水泵進(jìn)水口存在預(yù)旋，吸入管中同樣有渦流。泵前吸入管中的有旋的混合渦流，來源于泵葉輪的旋轉(zhuǎn)，其通過液體粘性從泵內(nèi)傳入到吸入管中。其強(qiáng)度隨離泵入口距離的增加而減弱，渦流區(qū)在離泵入口7倍管徑的范圍內(nèi)，直接影響到泵的揚(yáng)程和流量。泵出口的漩渦進(jìn) 入下游管道正常管流區(qū)，同時(shí)進(jìn)水口的漩渦會(huì)造成較強(qiáng)的脈動(dòng)運(yùn)動(dòng)，給水泵的工作狀態(tài)帶來不利，增加振動(dòng)和噪音。針對(duì)正常管流中氣體和螺旋漩渦的混合流動(dòng)，是影響流量和增加壓力損失的主要因素。

三、

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

(一)、進(jìn)水口管束整流器

根據(jù)流體力學(xué)理論可知：層流阻力小，紊流阻力大，流體流動(dòng)狀態(tài)的變化判別準(zhǔn)則是雷諾數(shù)，根據(jù)雷諾數(shù)計(jì)算公式Re＝VD/γ(V：平均速度，m/s；D：圓管內(nèi)徑m；γ：粘性系數(shù)。)雷諾數(shù)與流速管徑均呈正比，Re小于2320為層流，在2320～13000之間為過渡區(qū)，大于13000為湍流。因此，對(duì)于既定的流量狀態(tài)下通過選擇合適的流速和管徑制成的進(jìn)水口管束整流器，擴(kuò)大進(jìn)水口面積，降低流速對(duì)減少渦旋，梳理流態(tài)，削弱螺旋線的旋轉(zhuǎn)度，降低整體阻力系數(shù)，將明顯改善進(jìn)水口渦旋的產(chǎn)生以及管中液體流動(dòng)混亂的狀態(tài)。

1、整流器總長(zhǎng)度L大于湍流起始長(zhǎng)度即L＝1.25～5.0D，其中進(jìn)水雙曲線口整流口段長(zhǎng)度L1為3/8L，管束整流器長(zhǎng)度L2＝1/2L。出口雙曲線變徑管段長(zhǎng)度L3＝1/8L。

2、管束整流器

1)、圓管內(nèi)徑d為吸水管直徑D的1/4～1/6；

2)、圓管長(zhǎng)度L2為整流器長(zhǎng)度的1/2L；

3)、圓管數(shù)量n＝D²/d²*1.25。

3、進(jìn)水口整流(穩(wěn)定段)

1)、符合雙曲線函數(shù)x·y＝1/8DT²曲線，喉部直徑DT＝1.2n1/2·d或DT≈6～8d

2)、變徑接頭長(zhǎng)度L3≈1/8L。

(二)、變截面虹吸管

根據(jù)虹吸發(fā)生特征必須具備：1、管內(nèi)持續(xù)產(chǎn)生負(fù)壓；2、管內(nèi)形成穩(wěn)定的封閉小柱；3、流速加大。這三方面虹吸水流的特征現(xiàn)象來說，虹吸管內(nèi)的負(fù)壓狀況可顯著提高管內(nèi)液體的充盈度，滿足增大管道過流能力的需要，虹吸水流的良好水流流態(tài)和條件，為提高管網(wǎng)過流能力奠定了基礎(chǔ)。

1)、虹吸管徑：Do＝(0.8～0.92)Q1/2Q：供水流量m³/h；

2)、壁厚：S≥D/130+(1～2)；3)、長(zhǎng)度Lo：一般控制在2～10m內(nèi)。

4)依據(jù)變徑(截面)雙虹吸管易發(fā)生虹吸，且虹吸完整充分，持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)的特點(diǎn)，確定變徑(截面)雙虹吸管設(shè)計(jì)參數(shù)，進(jìn)水管傾角α＝47°彎管部分半徑R＝1.0～2.5Do變徑比D/Do＝1.2

(5)虹吸管進(jìn)口與出口高差h＝200～400mm。

(三)、智能型全自動(dòng)氣液交換罐

為確保變徑虹吸管在運(yùn)行中持續(xù)負(fù)壓的存在，避免因管件連接跑冒、滴漏等破壞虹吸水流的正常運(yùn)行，在變徑虹吸管的最高部位安裝全自動(dòng)虹吸排氣裝置，通過自動(dòng)化控制屏。確保氣液交換缸內(nèi)的水位缸體直徑的1/2以上，啟動(dòng)時(shí)DC_1、DC₂打開，DC₃常閉，待管內(nèi)水體充滿后，進(jìn)入運(yùn)行狀況。運(yùn)行狀況下電動(dòng)閥DC₃常開，DC_1、DC₂常閉。并智能化循環(huán)重復(fù)上述過程。保證滲入虹吸中的氣體能順利進(jìn)入氣液交換箱上部，提高管道的充盈度，同時(shí)在負(fù)壓條件下，使溶解于水中的氣體析出形成微氣泡進(jìn)入氣液交換罐。在源頭上保證進(jìn)入管網(wǎng)中的水流，盡可能降低“氣阻”的影響，減少壓力損失，提高末端用水點(diǎn)的富裕水頭增大供水量。

設(shè)計(jì)參數(shù)：1)氣液交換缸容積V＝(2～5倍)1/4πDo²·Lo；2)智能型全自動(dòng)控制屏

(四)、泵進(jìn)、出口管道網(wǎng)格整流器為防止水泵葉輪旋轉(zhuǎn)到引發(fā)的預(yù)渦旋的影響，在水泵進(jìn)出口均設(shè)置管道網(wǎng)格整流器長(zhǎng)度L＝250～450mm；D1＝1.25～5.0D；L2＝1.5D；L1＝1/3L2；網(wǎng)格數(shù)6～32個(gè)，或1/3D。

通過該虹吸流發(fā)生裝置，在進(jìn)水源頭上削弱了漩渦的影響。改善了流動(dòng)品質(zhì)，使其流動(dòng)較均勻?？墒构艿浪w充盈度達(dá)到99％以上。過流能力增加20％以上，壓力損失降低15％以上。虹吸流水體輸送技術(shù)對(duì)已有管網(wǎng)的改造和新建管網(wǎng)的設(shè)計(jì)應(yīng)用，在節(jié)能降耗，維修維護(hù)方面都與常規(guī)輸水系統(tǒng)有著無可比擬的優(yōu)勢(shì)，是一種符合循環(huán)經(jīng)濟(jì)理念的綠色環(huán)保技術(shù)產(chǎn)品。

四、說明書附圖說明

圖1為管道進(jìn)口管束整流器縱斷面圖(圖1a)和A-A剖面圖(圖1b)。

圖2為管道網(wǎng)格整流器斷面圖(圖2a)和A-A剖面圖(圖2b)。

圖3為全自動(dòng)氣液交換器剖面圖。

圖4虹吸水流加壓供水裝置系統(tǒng)圖。

圖5為無動(dòng)力虹吸水流堤壩輸水裝置系統(tǒng)圖。

運(yùn)行前，通過智能型全自動(dòng)氣液交換罐，使變徑(截面)雙虹吸管內(nèi)充滿水體，并處于運(yùn)行狀態(tài)。通過管道進(jìn)水口整流裝置1，大規(guī)格變徑(截面)雙虹吸管2及全自動(dòng)氣液交換缸3，共同組成了虹吸流發(fā)生裝置。

五、具體實(shí)施方式

1、應(yīng)用領(lǐng)域：

1)重力流供水設(shè)施、系統(tǒng)新建及改造；

2)壓力流供水設(shè)施、系統(tǒng)新建及改造；

3)水體溢流、防洪設(shè)施建設(shè)及改造；

4)符合高程要求的水體取水輸送及農(nóng)業(yè)灌溉等。

2、實(shí)施方式：

1)進(jìn)水口管束整流器產(chǎn)品批量加工、銷售；

2)全自動(dòng)氣液交換器產(chǎn)品批量加工、銷售；

3)變徑虹吸管產(chǎn)品批量加工、銷售；

4)網(wǎng)格狀管道產(chǎn)品批量加工、銷售；

5)全套虹吸流發(fā)生裝置生產(chǎn)、銷售；

6)智能型虹吸流供水裝置生產(chǎn)、銷售。