真空管道高速输水技术林伟毅 福建省泉州市虹吸流输水技术研究所关键词解释1 ) “全自动无能耗长距离引水装置”是1 9 8 9 年中请专利时的名称。 2 ) “全自动虹吸流输水成套装置”是1 9 9 7 年申请专利时的名称。福建省泉州市虹吸流输水技术研究所在世界上首次提出管道的第三种输水方式“真空管道高速输水技术”。对于城市供水，“真空管道输水”已能够成功解决城市自来水长期无法解决的问题：1 、不增加动力，不该变原配水工程水头、管径等工程状态，可提高( 配水) 流量3 0 一8 0 ；2 、解 决多层建筑用户用水二次加压的麻烦以及楼顶蓄水池二次污染的问题；3 、边远地区用户同样不需二次加压，直接到水；4 、整个管网水压稳定，可基本消除爆管现象；5 、无气体掺入管内，管道内壁不产生锈蚀、气蚀，延长管道使用年限；6 、正常运行中，管网无须安装排气阀：7 、 随时自动对管道清淤排泥。保持水质的洁净。说明，该技术不仅能改善国内任何一座水厂的配水状况，即使对于科技最发达国家的配水管网，也同样是行之有效的最佳方案。此项目曾多次受到国家有关单位的重视。 1 9 9 4 年，研究所翁友滨携带该项目赶赴印度新德里，代表我国出席了由联合国A P C T T 组织举办的“国际水资源与技术学术研讨会”，因为组织方未邀请我国其他相关部门，后来经与组织方协调之后，水利部派了一位官员同行。与会期间，在1 0 1 项交流技术中翁友滨被安排为大会作演讲报告，报告引起各国专家学者 的极大关注，联合国A P C T T 组织为此向翁工颁发了荣誉证书。此次国际会议之后，联合国另一机构工业发展组织主动联系上翁友滨，苦于英文读写能力差沟通困难以及经济条件受到限制，几年之后，就失去再联系。1 9 9 4 年回国后，水利部委托所属的中国江河开发总公司与研究所签订了合作协议。后来合作因研究所资金紧张等问题而搁浅。1 9 9 5 年，研究所的信访受到党和政府有关部门的重视。信由中办、国办，转到水利部国家防汛抗旱总指挥部，国家防总对此极为重视，在回信中作了重要批示。早在1 9 9 2 年，中国科技部、国家税务局、物价局、中国工商银行、物资部、海关总署在一份联合公告中，授予“全自动无能耗长距离引水装置”项目( 专利号8 9 2 1 8 9 2 0 ) “国家级重点新产品”称号。后来，“全自动无能耗长距离引水装置”受到科技部聂恒仁先生( 科委成果办) 、毛建军先 生( 技术交流中心) 、雷庆西先生( 市场管理办) 等领导的关心和重视。，“全自动无能耗长距离引水装置”被国家计委、中国科协评为“八五”期间“国家级节能1 7 0 推广产品”。1 9 9 6 年，建设部给排水技术情报网考虑到国内许多水司、设计院有关科技人员对“真空输 水技术”的强烈兴趣并希望实地交流的愿望，召开了“全国第三次长距离输水技术研讨会”， 并特地将地点安排在该项目的诞生地福建泉州市。 全体参会人员均实地参观了“真空管道输水”应用工程福建长泰县自来水配水工程。亲眼目睹之后他们一方面对事实深信不疑，另一方面对其难以理解的机理也提出了质疑，因为 现行水力学理论无法解释应用工程中水头损失变小的奇异现象! ( 详情参见建设部给排水技术 动态1 9 9 6 年第四期) 。可惜的是，此次会议并未引起国内水工业领导的持续关注。1 9 9 7 年，建设部原全国给排水技术情报网秘书长亲临应用工程现场，与我所技术人员于福建永安市水司历经半年多前后共做了多次“重力流”与“真空管道输水”的对比实验，结果发现，在同等条件下，即管径、水头、及管道状态保持不变，“真空输水”工程的总水头损失较原“重力流”输水工程大幅减少的奇特现象。原来需二次加压才能到水的受水地区，“真空输 水”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! 对此现 象，同行的一位北京来的权威水工业专家心服口服!管道输水摩擦阻力哪去了? 用常规的水力学理论是无法解释的!应用“真空管道输水”所形成的水流，其流速要比“压力流”与“重力流”及常规虹吸管增加2 0 以上，出水流量可增加3 0 0 5 8 0 以上，管内压力反而下降1 5 左右，总水头损失减少4 0 9 9 。若不考虑其它因素，其水压与“压力流”恰巧相反：始端压力小，远离始端、位差大的压力大，流体连续性好。经实践与试验表明，其流况属“稳定流”。这种有别于“压力流”与“重力流”，就是管道输水的第三种输水形式：真空管道高速输水。1 9 9 7 年，为了进一步证实“真空管道输水”水头损失变小在所实施工程中并非偶然。我们就“重力流”配水工程中出现的流体在管网中无法畅流的问题，赴清华大学水利水电工程系，在水力学实验室做管道流体的气阻实验。 一条长1 7 米的5 0 毫米口径的重力管实验运行环境中，出流口与水池液面的落差1 9 米，管中的气阻居然大到可以完全阻止流体的运行，滴水不出l “水不往低处流”的实验可以证实，对于管道流体，空气阻力不容忽视。不断掺入管网中的空气对管流能量消耗是有相当影响的，当掺入管网中的空气达到一定的临界值，即可阻断流体! 面对实验结果，清华大学教授们感慨万分，他们说，教了二三十年书，做了无数的实验，从未观察过类似的现象，若不是亲眼所见，真不敢相信。其实，该现象在城市的配水工程中屡见不鲜，只是人们通常误把它解释为正常的水头损失，而不认为是气阻的结果。可惜的是，这次实验并未引起科学界有关单位的重视。 譬如，水厂的高位水池标高比配水管网中的一座1 8 层的建筑物高出1 0 米，应用重力流配水，由于管网中气阻的影响，平常自来水只能上到1 2 层。1 2 层以上就不出水l 而当“真空管道高速输水装置”嫁接到重力流配水工程之后，不增加任何动力，不改变工程的其他任何状态，自来水即能上到1 8 层( 顶层) 而且出流量不亚于“重力流”水流上到1 2 层的流量。再比如，某边远地区( 即供水最不利点) ，原需水泵二次加压才能到水，采用真空高速输水技术却能直一1 7 1 接到水。1 9 9 7 年，研究所在清华大学“水不往最低处流”系列水工实验的基础上，结合多年来的工 程实践，发现并推导出一条新的管流定律气阻定律论文，此定律发现后，为了发表，研究所在国内一些学术杂志遭遇了难以理解的排斥，后来总部设在美国的国际水资源协会接受了 研究所的申请，并为气阻定律论文立项，同时签署了版权协议书。可能是因为气阻定律论文动摇了“水的粘滞性是管流能耗的根本原因”的经典学说，尤其是影响到水力学中解释“水头损失”的牛顿内摩擦定律的权威性! 所以国际水资 源学会对审稿的事情特别谨慎。自1 9 9 7 年底被国际水资源学会立项，虽然审稿已经审了四年， 但始终保持着联系。对此许多关心此事的流体力学界前辈十分奇怪1 2 0 0 1 年11 月，国家知识产权局授予“全自动虹吸流输水成套装置”( “真空管道高速输水技术”的专利申请名称) 发明专利。有关专利的情况，可登陆国家知识产权局网站，在“专利 检索”中输入申请号9 7 1 1 2 8 0 5 即可。2 0 0 2 年7 月，国家建设部科技司对研究所报送的材料审查后，电话通知研究所翁友滨“真空管道高速输水技术”被破例作为推广立项。2 0 0 2 年8 月一9 月，我们向建设部城市建设司水务处及建设部信息中心反映“真空管道高速输水技术”。2 0 0 2 年8 月一9 月，我们向科技部技术市场管理促进中心成果推广处反映“真空管道高速输水技术”。“真空管道高速输水”高新技术成果( 简介)人类采用管道输水，从高处往低处流的“重力流”输水形式演进到水泵加压的“匝力流”输水，历经了上千年的时间，两种输水形式由于同时存在不可改变的掺气及涡旋流态，也就是管道进水处掺入了大量肉眼见不到的微小气体，然后在管道中的高凸处聚集，占据管道有限的 过流截面积，成为阻碍流体运行的阻力，流体以极紊乱、无规律的涡旋形态运行前进，影响了流体运行的速度。但人们在编写水力学教科书时，却忽略、排除“气阻”在管道流体中的作用，将影响液体流速的原因归结是液体的粘滞性、温度、管壁的粗糙度及管径的大小，这些理论延续了几百年，成了经典的 ：水力学的重要组成部分。“真空管道高速输水”运行原理根据真空管道列车以接近飞机飞行速度的工作原理，在输水管( 网) 局部产生象真空管道列车高速行驶所必须的高真空，流体将以更高的流速前进，输水工程的效率将大幅度提高! 也 就是将“真空管道高速输水成套装置”嫁接到相同管径的“重力流”输配水工程上，与“真空管道列车”的真空设置在行驶的终点恰恰相反，“真空管道输水”的真空却设置在输水的起点。当大气压强作用在水面时，流体进入管道，由于真空的强大吸力作用，水流急速上升到管道的真空部位，在水头( 落差) 势能的引导下，流体迅速下落，管道真空部位从而成为整个输水工程的自然“加速调节器”，1 出水流量越大，“加速调节器”的吸水量相应迅速增大。一1 7 2 “重力流”与“压力流”两种输水形式，均处于大于大气压强状态下的运动，地球表面上9 9 9 9 以上的水都处于大于大气压强状态下的运动，基于上述客观条件的局限，水力学( 以液 体作为研究对象的专门科学) 中的“牛顿内摩擦定律”，将液体的粘滞性确定为管流能量损失的主要根源，而随后导出的相关公式定律、工程管道能量损失计算，都受到该理论的约束。而“真空管道输水”在局部管道真空下却处于小于大气压强状态下的运动，并由此影响鹅 个管网的水压，出现截然不同的“正”、“负”压状态的输水形式。在同等条件下，在不增加动力，应用“真空输水”所形成的水流，其流速要比“压力流”与“重力流”及常规虹吸管增加2 0 以上，出水流量可增加3 0 “8 0 以上，管内压力反而下降1 5 ，总水头损失减少4 0 “9 9 。若不考虑其它因素，其水压与“压力流”恰巧相反：始端压力小，远离始端、位差大的压力大，流体连续性好。经实践与试验表明，其流况属“稳定流”。这种有别于“压力流”与“重力流”，就是第三种输水形式：真空管道高速输水。围绕管流出现局部真空负压( 以下简称“负压流”) 同常规的两种输水形式“重力流”和“压力流”( 以下统称“正压流”) 作多次的等同条件运行比较后，课题已然摆在我们面前，在“真空输水”状态下，水是否还存在粘滞性? 原来的水头损失究竟小到什么程度? “正压流” 流体理论是否适用于“负压流”状态下的流体运动规律?我们认为，水力学系统理论是在“正压流”特定条件下研究液体平衡、运动规律及其应用的学科，“负压流”的研究本应成为其中的一部分，由于受到科学尚未解决大管径长距离的高真空技术问题的制约，至今对它的研究几乎是一片空白，从对“负压流”的初步测试观察，“正压流”条件下形成的理论公式，无法正确解释“负压流”屡屡出现的“非常”现象。面对这些传统理论无法解释的现象，我们需要建立起一套完整、严密的新理论来指导工程的设计和运行。“真空管道高速输水形式”将接近层流，高充盈度，高流速，不掺气的完美流态带入输水领域，以其长距离，无动力，低投资，高回报等无可比拟的超然优势，终将取代现存的两种极 不理想的输水方式“重力流”与“压力流”，从而引致输水领域的重大革命，它是一项极具潜力与价值的高新科技。该项技术不但具有巨大的市场应用价值，由于其形成了前所未有的完美流态，也将在学术方面对水力学作出重大修正! 从而将对管道输水工程的设计、施工、运行产生系列的、具有积极意义的影响。无动力大流量潜水真空虹吸装置简介1 9 9 0 年初，经过长期的努力，研究所对虹吸的研究及实际应用有了重大突破并达到了前所未有的深度。根据虹吸原理，研制成功种新型虹吸装置：潜水式真空虹吸装置，其匹配管径 从3 0 0 毫米到3 0 0 0 毫米不等，特殊需要时还可加大，虹吸高度8 米，总水头大于沿程水头损失的工程，虹吸输水距离不限：虹吸前不需抽吸管内真空，而是采用一种简便易行、效果可靠的新方法，产生的真空能达到1 0 米高水柱! 真空的作用使管内水充