[发明专利]一种真空排水管道的气液两相提升段

说明书

技术领域

本发明涉及真空排水领域，具体的说，是涉及一种真空排水管道的气液两相提升段。

背景技术

真空排水系统是一种利用真空排水管道中的负压梯度进行污水收集和输送的排水系统。与重力排水或压力排水不同，真空排水管道对污水的输送需要依靠管道中的空气(气相)对污水(液相)的携带作用，单位体积的污水往往需要2～12倍体积的空气。真空排水系统的大部分能耗也用于将这些用来输送污水的空气排出系统。

“锯齿形”纵断面是真空排水管道常见的铺设方式。锯齿形的真空排水管道由若干个以一定坡度(例如0.2％)向下倾斜的“下降段”以及随后的向上倾斜的“提升段”组成。每个提升段由两个45°弯头和一根直短管组成。相比下降段，提升段污水的流动完全依靠快速流动的空气对污水的携带作用，是真空排水管道输送效率的重要影响因素。

提升段污水与气体流动存在多种流型，其中以弹状流(段塞流)对污水的输送效率最高。但由于液体(污水)的表面张力在不同管道管径下的表征程度不同。在小管径(如50mm)下弹状流更容易形成(极端情况如毛细现象)，输送效率较高。随着管径增大，弹状流变得不容易形成，输送效率降低。当管径较大(如300mm)时，气体倾向于穿过(而非携带)污水形成“周围为液体，中间为气体”的环状流。近年来关于气液两相流的研究已经表明：大通道内的气液两相流动不同于常规通道。当通道的水力直径超过一定值时，由于泰勒不稳定性，两相流动过程中弹状气泡无法稳定存在，流型中不会出现弹状流。同时，学者们还提出了区分大通道和常规通道的临界尺寸判别方法。其中，判断是否能够形成弹状流的临界尺寸与通道的水力直径存在关系。需要特别指出的是，在流动介质等其他条件不变的情况下，当通道的水力直径增大时，弹状流变得不易形成，反之更容易形成。

实际上，基于效率等因素考虑，常规真空排水管道的管径一般不大于300mm，否则输送效率会大大低于较小管径(小于200mm)的情况。然而，出于压力损失考虑，一定直径真空排水管道所能输送污水的流量是有限的。例如，我国规范CECS 316-2012规定DN250管径的真空排水管道的服务人口最大为3000人。而实际应用中，为了输送更大流量的污水，既有方法是用多根真空排水管道，这需要更多管材、更宽的管沟，最终增加了建设投资和维护费用。

因此，如何设计一种全新的排水管道结构，来提高管径大于200mm的污水管道输送能力，是本领域技术人员函需解决的问题。

发明内容

本发明的目的是为克服上述现有技术的不足，提供一种真空排水管道的气液两相提升段。本发明所提供的两项提升段，通过改变变形段与恢复段的结构，实现了200mm以上真空排水管道的高效排污。

为了达成上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种真空排水管道的气液两相提升段，包括：

具有入口端和出口端的变形段；

具有入口端和出口端的上升段；

具有入口端和出口端的恢复段；

其中，变形段的出口端与上升段的入口端相连通，上升段的出口端与恢复段的入口相连通；

所述上升段为倾斜向上设置，任一垂直于上升段中心线的上升段断面的形状完全相同，且从上升段通过的粒径不小于与所述变形段出口端相连接的真空排水管道的真空阀通过的粒径；上升段周长值的平方与面积值之比大于4倍圆周率。

优选的，所述变形段从入口端到出口端的截面积相同。

优选的，所述恢复段从入口端到出口端的截面积相同。

优选的，所述变形段的入口端与恢复段的出口端的截面完全相同。

优选的，所述变形段的出口端与恢复段的入口端的截面完全相同。

优选的，所述恢复段出口端的底部低于恢复段的入口端的底部0.6*d，d为与恢复段连通的真空排水管道的直径。

本发明的有益效果是：

1、使污水和气体的两相弹状流更容易形成，可提高较大管径(如200mm～300mm)的真空排水管道的输送效率。

2、形成污水和气体的两相弹状流形成的水力条件，扩大了现有真空排水管道的管径使用范围，使更大管径(大于300mm)的真空排水管道的输送效率与较小管径相似。

3、本发明与现有真空排水管道完全兼容，可以方便地与现有管道连接。

附图说明：