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国家级重点新产品 国家级节能推广产品真空管道高速输水系列成套设备Complete sets equipment series of water transmission at high speed within vacuum pipe丰泽大禹真空输水科技有限公司Quanzhou Dayu Vacuum Transmission of water Co.,Ltd 中国福建泉州市科技局8楼 Quanzhou Donghaibincheng feicuiyuan 4 Road #13, Fujian 362000,ChinaTel Fax:0595- 22911751 E-mail: 丰泽大禹真空输水科技有限公司简 介丰泽大禹真空输水科技有限公司暨泉州市真空高速输水技术研究所是国际领先水平的“真空管道高速输水系列成套设备”发明与应用的唯一单位，集输水成套设备的科研、勘察、设计、设备制造、工程建设于一体，专业从事大中型给排水工程，尤其是长距离引水工程、自来水配水、直饮水、分质供水工程，水库及江河湖泊的防汛抗旱溢洪工程的应用与实施，由于专利设备在实际输水工程应用中奇迹般地克服了工程原有的沿程水头损失与局部水头损失而表现出的非凡性能，已取得令人瞩目的成果。在可持续发展的水领域中，真空管道高速输水系列成套设备的研制成功，对解决诸如水库淤积泥沙的排放、水库旱期吸水、地下水自动回灌、大江截流、水力发电及自来水配水管网效能的提高、长距离大管道输水效能等国际给排水重大技术难题，唯一有希望获得突破性进展的高新科学技术。真空管道高速输水系列成套设备在管道输水领域无疑是世纪国际领先的、最为理想的输水设备。 1994年4月，真空管道高速输水系列成套设备发明人应联合国组织的邀请，参加了在印度新德里召开的“国际水资源与环保技术研讨会”，在与会的101项交流技术中，真空管道高速输水科技成果独占鳌头，为国家赢得了荣誉，引起世界各国流体力学界的高度重视。可以这样认为，采用“压力流”输水，是在“重力流”的基础上，人类输水工程技术产生一次革命性的变革。而“真空管道高速输水系列成套设备”的发现与应用，将是人类在输水技术上产生一次质的飞跃，这颗屹立在输水领域顶峰的明珠在新千年中必将放射出璀璨的光芒！在国内外友人的协助下，正积极筹建以研究真空输水为中心的“国际真空输水学术研究会”，立足中国，面向世界，广泛联络、吸收海内外学术团体、科研院所、大专院校、工程设计建设公司以及所有热心水事业的仁人志士一道，扎扎实实、兢兢业业，广泛开展国际间的学术交流与工程建设，为全人类的水事业谱写出更辉煌的乐章。 真空管道高速输水技术古今中外，管道输送流体，唯有“重力流”与“压力流”两种输水形式，流体呈涡状紊流。输水管（网）中的局部存在相当范围的负压区，气体则通过管道设置的阀门及排气阀，倒吸进管内；另外，水管进水处涡流的同时，大气不间断地以肉眼难以观察的微小气泡掺卷进管内，各段管内的水充盈度差距拉大，未能达到理想的满管。在水力学理论建立至今的数百年历史上，世界上的所有液流体工程的设计、运行、计算都基一个最基本的假设：液流体的水分子间的粘滞力界定为流体运行的最大能量消耗，而气体阻力在液流管中可以忽略不计。但是，当科研人员新科研成果第三种输水方式“真空高速流”应用于工程实际时，却完全推翻了这种假设。工程中的实验数据充分证明：液体的粘滞性并非产生能量损失的根源，真正的根源来自于掺入液流体中的气体阻力！第三种输水方式“真空高速流”应用虹吸原理，兼具有不掺气和驱气的特殊功能，也就是说已经基本排除了空气阻力在流体运行时所产生的能量损耗。如果根据传统的假设理论：由于气体阻力在液流管中可以忽略不计，起决定性因素的是液流体的水分子间的粘滞力，排除了粘滞力的流体才可近似为理想流体。那么运用“真空高速流”形式的管道输水与运用传统两种输水方式“重力流”与“压力流”输水形式相比在能量损耗上是不会有太大的差别。然而，当科研人员把这种输水方式植入到常规长距离引水、配水工程或其它管道输送流体工程时，原工程的沿程水头损失居然被完全降低甚至压缩到接近于理想流体的结果。“真空高速流”出乎意料地使输水效益在管径、水头、动力及管网原有状态不变的情况下“突变”到前所未有的至高水平，其流速、流量、压力、流态、输水距离、出水高度以及沿程水头损失均发生预料之外的显著变化，其主要参数变化数值并非只几个百分点，而是数十个百分点！事实证明：排除了空气阻力，在真空中运行的流体已经趋近于无数水力学界科学家梦想中的理想流体！传统理论已无法解释液流体新科技的突破性进展-“真空高速流”。正因为“真空高速流”输水形式兼具有不掺气和驱气的特殊功能，促使我们能轻易地区别与“重力流”、“压力流”输水形式之间的不同流态，相同条件的运行参数对比之后不难发现，液流体能量消耗的最大根源应该归结为掺入液流体中的气体阻力！并提出了“气体阻力”（简称为“气阻）的假设概念：1、理论上：常规压力下管输的液体中，液体巨大的势能损耗绝不是简单的液体质点间粘滞，液体质点间应该还存在空气质点，它们之间相互起作用。液体的流动占据主导地位，空气质点在液体质点带动下跟随其运动，根据牛顿的力相互作用原理，空气的流动是被动的，必将反过来作用于液体质点，对其产生阻力。液体与气体在作相对运动的过程中要克服气体摩阻作功。这才是液流体能量消耗的最大根源。2、实际工程中：传统的两种输水方式“重力流”与“压力流”输水形式的假想模型是：在运行的掺气液流中，除水分子间微小的粘滞力外，每一个气分子粘滞拖曳了其上下左右的水分子，同时阻碍其后的水分子前进；“真空高速流”输水形式的假想模型是：除水分子间微小的粘滞力外，几乎没有气分子，阻力极小。综上所述：关于“气阻”的假设是符合科学实际的，并将为水力学拓出一片开阔的前景。希望在水资源日益紧缺的明天，“真空高速流”能够最终取代“重力流”及部分“压力流”，发挥出水资源的最高效益，缓解地球水源危机。掺入输水管（网）内的气体，滞留、窝存在主管段及各支管的高凸处，使管道的有效过流截面减小，流体本身的能量传递效率随着管线的延长而超常降低，气阻增大而使流速减慢，时常出现“气阻空管”现象。气体掺入管网内，还会造成管道内壁的气蚀、氧化、空化。窝存在管内的气包，受到上游流体的重力压缩后产生的气压骤然上升，将导致管道薄弱环节的爆裂。 管输工程，除“压力流”与“重力流”两种输水形式外，客观上存在着第三种输水形式真空管道高速输水。 根据一个大气压强在真空条件下的压水高度10.336米，在条件允许的情况下，其压水密闭容器的横断面可任意大的原理，利用大气压强与真空存在的压差与势能，本研究所科技人员发明了真空管道高速输水系列成套设备，在各种长距离引水、配水及各种给排水工程实施应用，其管内水充盈度达99%以上，且匹配管径与输水距离均无上限，我们将其命名为“真空管道高速输水”。工程实践表明，其流体参数与“压力流”、“重力流”存在质的区别：重力流与压力流的水充盈度小于90%，呈涡流流况，气阻明显，流体能量传输效率小于85%；时常出现“气堵空管”现象，管道充满气体，传输效率甚至接近于零。在运行中的真空输水管道局部管内压强小于一个工程大气压，而水充盈度大于99%;经整流后的流体处于平顺无涡状态，管内无窝气现象，能量的传递效率大于95%，其沿程摩阻减小，无用功比率降低，流速可增15%-60%以上，相同水头的真空输水输水距离比重力流或压力流增加25%以上。此时，大气压力与势能非常均匀地作用于整个流场中的流体，应用在自来水配水工程、直饮水工程，管网中的高层建筑的出水口供水高度比重力流高20%-40%左右；因充盈度提高，管内水质不被氧化，亦能解决城镇高层建筑、边远以及地势较高处用户在用水高峰期的出水难问题。 从另一个角度来看，实施或改造后的输配水工程，管网条件不变而增加的15%-60%的输水量以及对管（网）道的降压保护，无形中节省了该工程可观的巨额投资。 1997年初，“真空管道高速输水”技术赴清华大学水力学实验室与“重力流”作同等条件下的技术参数对比试验，除观察到给重力流的“非满管”现象的普遍存在，并发现气阻达到一定临界值产生的“气堵”现象：流体在管流中被气体阻隔，出现了“水不往最低处流”的奇异现象,研究所科研人员据此现象，在世界上首次推导出管流中的流体“气阻定律”。300多年来，流体力学关于“沿程水头损失与局部水头损失”的经典学说将面临“气阻定律”的严峻挑战！ 在多项工程应用发现，真空输水不仅在流速、流量上远远高于“重力流”与“压力流”，而且重复出现这样的奇异现象：原来需二次加压才能到水的受水地区，改成“真空输水”形式后，管径、水头、动力及管道状态不变，流体居然克服了大于水头的沿程水头损失与局部水头损失，受水地区奇迹般出水，而且在输水距离与出水水头已经实现增长将近一倍的可喜现象，最终水头损失的变化规律如何，还有待实际工程进一步的测试！是真空输水的流态接近层流而加快了流速？或是水力学关于水头损失的阐述存在误区？这项伟大而艰巨的科研课题有待于中国科学家进行深入细致的探索。 实际工程的应用资料证明，真空输水由于具有天然的管内“整流”排气减阻能力，使管内达到前所未有的水充满度，在实际工程，其沿程水头损失最小，运行速度加快，输水距离延长，输水效率大幅度提高。如果将一项长距离引水工程管道或城市供水工程管网从高位配水池到无数个出水口看成是一个大型的连通器,应用真空输水形式,这个大型连通器所有等高点的水压几乎相等;而采用重力流输水,由于沿程水头损失或大或小,等高点的水压千差万别,不少低于配水池液面的高层建筑或边远地区用户出水口的水压几乎接近零，无水出流。可以断言，真空输水技术在管流输水领域已处于世界领先水平，实际应用在各种大中型给排水工程的设备结构设计上，不但别具一格，其在系统理论上的阐述、推导、计算亦将别开生面。对解决历史遗留的给排水重大问题、以及工程的挖潜改造、自动化程度及效率的提高均具有广阔的应用前景，其产生的经济与社会效益将不可估量。真空管道高速输水系列成套设备 简 介 世界首创的真空管道高速输水系列成套设备已授予国家发明专利权，达国际领先水平，国家科学技术部授予“国家级重点新产品”及“国家级节能推广产品”称号。 该系列输水设备由潜水式无动力真空虹吸装置、流体整流器、真空液气交换箱、管道及阀门组成，根据水的虹吸现象而研制成功的。运行前不必用真空泵抽吸管内气体，而是采用一种简便有效的方法，使其局部管内产生高负压，以达到全程的长距离实施真空管道高速输水。 真空管道高速输水系列成套设备并具备以下的功能与特点： 一长年运行输水不耗用动力、能源，无需人值守； 二管径无论大小均可跨越比水源液面高八米的障碍物； 三单管引水可多叉管出水，各出水口阀门可随时开闭，任意调节出水量的大小； 四高于液面管道采用钢管，其余管道的材料及密封无特殊要求； 五装置潜水深浅、流水静水均不妨碍装置的正常运行； 六酸碱、易燃液体，含泥沙或小颗粒杂质的污水，装置不腐蚀、不堵塞，不产生静电，常年运行无故障； 七泵体潜入水中运行，无须电源，地面不设泵站及其它建筑物。设备运转的总动力来自每平方米十吨的大气压（压力）及位差势能（拉力），并以95%以上的高效率将大气压力与势能转换成水的动能。其流量计算公式及匹配型号如下：（匹配管径可以根据实际需要确定，管径无上限，下列型号仅供参照）流量=2 重力加速度（总水头 沿程水头损失）过水截面积型 号 （毫米） 泵径泵高 （米）泵 重（吨） 净水头流量 （ 万吨/日 ） 10 米 20 米 30 米 40 米sw 400 1.01.00.6 1.46 2.07 2.50 2.93sw 600 3.284.66 5.78 6.65sw1000 9.24 13.0 15.8 18.4 sw1500 20.7 29.3 35.8 41.4sw2000 4.01.77.6 36.8 52.1 63.8 73.6sw2500 4.92.08.8 57.6 81.4 99.7 115sw3000 82.9 117 144 166sw3500 6.82.911.8 113 160 196 226sw4000 7.73.514.8 147 209 256 295“真空管道高速输水”系列成套设备共有17大类型：1. 长距离管道真空高速引水成套设备：真空管道高速输水系列成套设备一旦启动后，自身运行不耗用任何动力，最大输水管的直径4米，可进行数百公里的输水，输水管可跨越比水源高8米的障碍物而无需任何动力。不但其流量、流速、压力、节能远远高于世界上任何先进国家的输水设备与技术，而且在延长管道寿命，防止爆管,不改变工程其余的任何现状，原先无论是经过计算或实践证明的工程管道输水摩擦阻力（总水头损失），将降低20%至60%。工程流量提高20%80%，出水水头提高50%100%，比“重力流”引水形式节省投资15%30%2. 长距离管道真空高速输油输气（液态）成套设备：长距离输油输气，其工作原理与长距离管道真空高速引水相似，设备无机械摩擦，由于沿途无（减少）动力设备，不产生静电干扰，安全系数提高。改造工程，不增加动力可提高输流量15%以上；对各种各样的在建、新建工程在达到相同标的情况下，比“重力流” 输油输气形式节省投资15%30%、节能25%以上、缩短工期，延长工程使用年限10年以上；3. 水库无动力虹吸溢洪成套设备：进入汛期，突降暴雨，会危及大坝和下游人民群众的安全。按照常规，洪水必须涨到高于溢洪道才能自行泄洪，安装一定数量的无动力虹吸溢洪设备，在洪水未上涨至溢洪道前可运行该设备预先（无动力）溢洪，尤其是排洪能力较差的大中型病险水库，可自动抽吸比溢洪道低八米以内的洪水出库，在暴雨到来之前预留出一定的库容，保护大坝的安全；匹配管径从一米至四米。若采用该设备跨坝或溢洪道（跨高8米）向外虹吸引水溢洪，加大泄洪速度，无须任何动力，无须抽吸真空，安全可靠，这比开挖扩大溢洪道泄洪截面节省投资60%80%。4. 城市无动力虹吸溢洪成套设备：汛期，河面高于周边城市地面的江河湖泊上游突降暴雨，会危及靠江近湖城市人民群众的安全。按照常规，城市必须总动员投入抢险抗洪，垒高河堤，危险性大，动用人力物力太大。沿江、湖安装一定数量的无动力虹吸溢洪设备，在洪水未上涨至河堤前可运行该设备预先（无动力）溢洪或洪峰到来时溢洪，尤其是靠近长江、黄河、松花江、洞庭湖、太湖等周边低洼城市，可自动抽吸比河堤低八米以内的洪水向周边引流疏散，防止漫堤，保护河堤的安全；确保城市安全。沿河城市不能年复一年重复劳民伤财的总动员策略，必须采用先进科学技术制止洪水的危害，变被动防汛为主动溢洪，其投资不及该城市一年受灾损失的10%；5. 超大管径远距离输水装置：大管径远距离“压力流”输水，因多台泵的功率及作用角度不同，同时向一根大管泵水，自相会抵消部分能量，能耗大；采用水泵提水到高位水池后重力自流，管内掺气量大，水充盈度不高。而采用“真空输水”输水，同等条件下，多台泵近距离提水到高位水池，可增加水泵的进水效率。尔后“真空输水”一泵到底，动力不变，整个工程流量可增加15%-30%以上，加上管内流体充盈度高，对管壁的压强均匀，可延长水管使用年限；6. 水库旱期无动力虹吸灌溉设备：枯水期，水库水位降到涵管、闸门、溢洪道或泄洪管以下，不能自流出库，在原涵管进水口串接一台无动力大流量潜水虹吸泵，可不耗动力抽吸比涵管低八米以下的死水抗旱，缓解旱情；引水成套设备平时可用于引水灌溉，一套多用，有备无患；7. 大江截流虹吸辅助泄流成套设备：大江截流时，充分利用坝堰合龙前的水位差，在坝堰上安装数套无动力大口径大流量潜水虹吸泵泄水（暂用），以降低龙口流速，避免大量的土石方被高速水流冲走，减少损失，有利于河道顺利截流合龙，合龙后，设备可以移为它用；8. 水库无动力虹吸清淤成套设备：将水库淤积泥沙虹吸疏浚设备安装在水库大坝、闸门或溢洪道的内侧，出水口前仰一定角度消能，虹吸头部直伸到库底，与搅拌设备配合，无动力抽吸水库底下的淤积泥沙，以增大库容量。坝顶若高出水面8米以上，应在丰水期利用溢洪阶段清淤排淤，水面8米以内的坝上开设涵洞，以架设大口径虹吸管；9. 新建水库固定式虹吸清淤成套装置：考虑到大水库大坝高数十米至上百米，固定式水库真空虹吸清淤成套装置安装在大坝的两侧，虹吸吸淤口放到坝前库底、成铲斗式、多管平铺，形状不拘。大坝每隔8米高应有一截面形状任意（椭圆、长方形、圆形等）的虹吸排淤孔，钢管连接，孔顶部对称安装各一控制阀门，当水位上升到某一位置，开启其下的所有阀门，关闭其上的两控制阀门，依靠强大的落差势能（水头），不间断地抽吸库前流动的淤泥石块，虹吸管的直径可设计一米至五米，与常规排淤设备比较，固定式水库真空虹吸清淤成套装置结构简单，不间断运行无须任何动力，抽吸泥沙碎石能力高，若再与水下采掘机械结合，效果更佳，其抽吸的固体与液体百分比例是常规排淤形式的三倍以上，成套设备不易磨损、故障率极低；10. 移动式水库真空虹吸清淤成套装置：移动式水库真空虹吸清淤成套装置靠挂在船体上，虹吸管顶部必须高于水面，吸淤口与虹吸主管可软管连接，能自由伸缩，其旁设置淤泥滚搅器，使结块的淤泥松动，便于抽吸。出淤口插入连接在船体的多个淤泥桶，淤泥桶深6米至10米，桶口略高库水面，未虹吸前，淤泥桶的液体已由动力排水管抽干。利用淤泥桶与水面形成的数米落差，足以将库底流动泥沙与虹吸到淤泥桶内，动力排水管则不停地将进入淤泥桶内水排吸到库里。等到淤泥达到一定高度，落差渐小，虹吸流量也逐渐趋小，将淤泥桶起吊到船上。落差恢复变大，虹吸清淤又继续，灵活机动，清淤范围大。 11. 水电站真空高速引水成套设备：水电站压力管埋水深度和管径大小是与掺气量成正比例关系，人们往往持相反观点，在压力管进水处外接一台无动力大流量潜水虹吸装置，能改善压力管道流体的流态，使整流后的流体平顺无旋，杜绝气体掺入，减少流体中微小气体对叶轮的高速撞击与气蚀，使流体对叶轮的有用功增加，对叶轮的作功将更加均匀有力，既延长叶轮的使用期限，又增加发电量； 12. 地下水真空自动回灌成套设备：地下水严重超采并形成大面积降落漏斗的城市，采用新型回灌成套设备替代常规重力、压力回灌设备，既不需动力，又能单管引来地表水同时回灌多口井。当各回灌井自行渗透时，回灌设备随时能自动输水补充，无需人值守；13. 自来水高效高速配水成套设备：城市自来水配水工程，干支管铺设成树枝式或环状式管网，高差起伏大、弯头多、水管“窝气”的高凸处多，水头损失大，使城市不同方位的水压差别很大，不少边远用户水压极低。在不改变该城市配水管网的现状、不增加动力，原重力配水工程改造成真空高速配水形式，运行六至八小时（根据城市供水范围大小）后，标高在高位水池底部以下四米左右的城市用户24小时能随时出水，通俗解释是：在此标高以下的管网达99%水充满度，没有“空管”现象。延长配水范围20%以上，日配水量可增加15%50%以上，年爆管次数降低85%以上，避免了高楼水池“二次污染”，不仅改善城市供水现状，提高水厂经济效益，而且保护整个管网内壁不锈蚀，延长管道使用寿命。“压力流”配水工程改造须参照“重力流”工程改造实施。，比常规改善城市供水状况工程节省投资80%90%。；14. 城市直饮水分质供水成套设备：使用“真空管道高速输