本發(fā)明涉及輸水裝置領(lǐng)域，尤其指一種全自動(dòng)氣液置換變截面虹吸水流發(fā)生裝置。

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(wú)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(guò)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(guò)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(wèn)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(méi)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(lái)源于泵葉輪的旋轉(zhuǎn)，其通過(guò)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(lái)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。

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(mǎn)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(xiàn)行進(jìn)，而是沿螺旋線(xiàn)方向流動(dòng)，無(wú)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。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為了解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明提供一種全自動(dòng)氣液置換變截面虹吸水流發(fā)生裝置。

本發(fā)明解決其技術(shù)問(wèn)題所采用的技術(shù)方案是：

一種全自動(dòng)氣液置換變截面虹吸水流發(fā)生裝置，由進(jìn)水口管束整流器，變截面虹吸管，智能全自動(dòng)氣液交換罐和泵進(jìn)、出口管道網(wǎng)格整流器組成；所述進(jìn)水口管束整流器設(shè)置在變截面虹吸管進(jìn)水口端，變截面虹吸管最高處設(shè)置智能全自動(dòng)氣液交換罐，管道網(wǎng)格整流器設(shè)置在變截面虹吸管和出水口連接處加壓泵蹦進(jìn)水口和泵出水口；所述進(jìn)水口管束整流器，變截面虹吸管，智能全自動(dòng)氣液交換罐，泵進(jìn)、出口管道網(wǎng)格整流器依次連接。

進(jìn)一步的，所述進(jìn)水口管束整流器包括底座及進(jìn)水口段，雙曲線(xiàn)進(jìn)口穩(wěn)流段，管束穩(wěn)流段，雙曲線(xiàn)出口穩(wěn)流段四部分，所述進(jìn)水口管束整流器長(zhǎng)徑比為1:1.25-5，所述雙曲線(xiàn)進(jìn)口穩(wěn)流段占整個(gè)進(jìn)水口管束整流器長(zhǎng)度的3/8，所述管束穩(wěn)流段占整個(gè)進(jìn)水口管束整流器長(zhǎng)度的1/2，所述雙曲線(xiàn)出口穩(wěn)流段占整個(gè)進(jìn)水口管束整流器長(zhǎng)度的1/8，所述管束穩(wěn)流段內(nèi)設(shè)置有均勻分布的圓管，所述圓管內(nèi)徑為進(jìn)水口管束整流器直徑的1/4-1/6，所述雙曲線(xiàn)進(jìn)口穩(wěn)流段和雙曲線(xiàn)出口穩(wěn)流段管壁曲線(xiàn)符合雙曲線(xiàn)函數(shù)x·y=1/8DT2曲線(xiàn)。

進(jìn)一步的，所述變截面虹吸管進(jìn)水口和出水口液面高度差為200-400mm。

進(jìn)一步的，所述智能全自動(dòng)氣液交換罐包括罐體，電動(dòng)閥DC₁、DC₂、DC₃，進(jìn)水管，排氣管，控制屏，所述DC₁設(shè)置在排氣管和罐體之間，所述DC₂設(shè)置在進(jìn)水管和罐體之間，所述DC₃設(shè)置在變截面虹吸管最高處和罐體之間。

進(jìn)一步的，所述管道網(wǎng)格穩(wěn)流器包括網(wǎng)格柵板和兩端各一段管道網(wǎng)格整流器雙曲線(xiàn)變徑段，所述管道網(wǎng)格整流器雙曲線(xiàn)變徑段長(zhǎng)度占管道網(wǎng)格穩(wěn)流器總長(zhǎng)度1/3。

附圖說(shuō)明

圖1 進(jìn)水口管束整流器斷面結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2 圖1A-A向斷面示意圖。

圖3 出口管道網(wǎng)格整流器斷面結(jié)構(gòu)示意圖。

圖4 圖3A-A向斷面示意圖。

圖5 智能全自動(dòng)氣液交換罐斷面結(jié)構(gòu)示意圖。

圖6 本申請(qǐng)?jiān)诩訅汗┧b置中應(yīng)用示意圖。

圖7 本申請(qǐng)?jiān)诔汗┧b置中應(yīng)用示意圖。

圖中 1、底座及進(jìn)水口段，2、雙曲線(xiàn)進(jìn)口穩(wěn)流段，3、管束穩(wěn)流段，4、雙曲線(xiàn)出口穩(wěn)流段，5、進(jìn)水管，6、排氣管，7、控制屏，8、罐體，9、網(wǎng)格柵板，10、管道網(wǎng)格整流器雙曲線(xiàn)變徑段，11、進(jìn)水口管束整流器，12、變截面虹吸管，13、智能全自動(dòng)氣液交換罐，14、管道網(wǎng)格整流器，15、水泵，

本發(fā)明的有益效果是：通過(guò)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(guò)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(wú)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。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步說(shuō)明：

參見(jiàn)圖1-7，一種全自動(dòng)氣液置換變截面虹吸水流發(fā)生裝置，由進(jìn)水口管束整流器，變截面虹吸管，智能全自動(dòng)氣液交換罐和泵進(jìn)、出口管道網(wǎng)格整流器組成；所述進(jìn)水口管束整流器設(shè)置在變截面虹吸管進(jìn)水口端，變截面虹吸管最高處設(shè)置智能全自動(dòng)氣液交換罐，管道網(wǎng)格整流器設(shè)置在變截面虹吸管和出水口連接處加壓泵蹦進(jìn)水口和泵出水口；所述進(jìn)水口管束整流器，變截面虹吸管，智能全自動(dòng)氣液交換罐，泵進(jìn)、出口管道網(wǎng)格整流器依次連接。

所述進(jìn)水口管束整流器包括底座及進(jìn)水口段，雙曲線(xiàn)進(jìn)口穩(wěn)流段，管束穩(wěn)流段，雙曲線(xiàn)出口穩(wěn)流段四部分，所述進(jìn)水口管束整流器長(zhǎng)徑比為1:1.25-5，所述雙曲線(xiàn)進(jìn)口穩(wěn)流段占整個(gè)進(jìn)水口管束整流器長(zhǎng)度的3/8，所述管束穩(wěn)流段占整個(gè)進(jìn)水口管束整流器長(zhǎng)度的1/2，所述雙曲線(xiàn)出口穩(wěn)流段占整個(gè)進(jìn)水口管束整流器長(zhǎng)度的1/8，所述管束穩(wěn)流段內(nèi)設(shè)置有均勻分布的圓管，所述圓管內(nèi)徑為進(jìn)水口管束整流器直徑的1/4-1/6，所述雙曲線(xiàn)進(jìn)口穩(wěn)流段和雙曲線(xiàn)出口穩(wěn)流段管壁曲線(xiàn)符合雙曲線(xiàn)函數(shù)x·y=1/8DT2曲線(xiàn)。

所述變截面虹吸管進(jìn)水口和出水口液面高度差為200-400mm。

所述智能全自動(dòng)氣液交換罐包括罐體，電動(dòng)閥DC₁、DC₂、DC₃，進(jìn)水管，排氣管，控制屏，所述DC₁設(shè)置在排氣管和罐體之間，所述DC₂設(shè)置在進(jìn)水管和罐體之間，所述DC₃設(shè)置在變截面虹吸管最高處和罐體之間。

所述管道網(wǎng)格穩(wěn)流器包括網(wǎng)格柵板和兩端各一段管道網(wǎng)格整流器雙曲線(xiàn)變徑段，所述管道網(wǎng)格整流器雙曲線(xiàn)變徑段長(zhǎng)度占管道網(wǎng)格穩(wěn)流器總長(zhǎng)度1/3。

運(yùn)行前，通過(guò)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(mǎn)水體，并處于運(yùn)行狀態(tài)。通過(guò)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。

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(guò)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(kāi)，DC₃ 常閉，待管內(nèi)水體充滿(mǎn)后，進(jìn)入運(yùn)行狀況。運(yùn)行狀況下電動(dòng)閥DC₃常開(kāi)，DC_1、 DC₂常閉。并智能化循環(huán)重復(fù)上述過(guò)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。

本發(fā)明通過(guò)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。可使管道水體充盈度達(dá)到99%以上。過(guò)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(wú)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。

最后需要說(shuō)明的是，具體實(shí)施方式是對(duì)本發(fā)明的進(jìn)一步說(shuō)明而非限制，對(duì)本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，可以在不脫離本發(fā)明實(shí)質(zhì)內(nèi)容的情況下做進(jìn)一步變換，而所有這些變換都應(yīng)屬于本發(fā)明所附權(quán)利要求的保護(hù)范圍。