CN113154174A - 城市输配水管掺汽超空化防爆及减少漏失水量装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种新型的城市输配水管掺汽超空化防爆及减少漏失水量装置，是一种通过旁通管将水阀后的出水管中的水蒸汽引入水阀出口处，从而对流经水阀含有空泡群的水进行掺汽，提高掺汽区的局部压力、有效减小空化数、降低空泡溃灭时的压力，形成超空化状态，大大降低微激流和断流弥合水锤现象，从而减少城市输配水管爆管及漏失水量。旁通管中的水蒸汽与出水管中的水汇合后又流回水管内部，完成了城市输配水循环。本发明比传统水管防爆及减少漏失水量装置构造简单，加工、安装方便，后期维护成本低等优良特性。本发明不仅适用于常见的城市输配水管线，对于石油化工、人工环境、生物制药等领域中的供水管线均可采用这种防爆及减少漏失水量装置。

Description

城市输配水管掺汽超空化防爆及减少漏失水量装置

技术领域

本发明涉及一种新型的城市输配水管防爆及减少漏失水量装置，具体地说，是一种通过旁通管将水阀后出水管中的水蒸汽引入水阀出口处，从而对流经水阀处含有空泡群的水进行掺汽，提高掺汽区的局部压力、有效减小空化数、显著降低空泡溃灭时的压力，形成超空化状态，大大降低微激流和断流弥合水锤现象，从而减少城市输配水管爆管及漏失水量。旁通管中的水蒸汽与出水管中的水汇合后又流回水管内部，完成了城市输配水循环。

背景技术

目前由于中国城市输配水管线爆漏而损失的水量约占城市总供水量的五分之一，数量惊人的净化水在到达用户之前就已经造成浪费严重。中国城市供水的高漏失率既增加了供水成本，也增加了维修难度和城市居民的用水开支。因此，城市管道爆管问题不是个别现象，而是普遍存在。而其中用于城市输配水管上的水阀处压力会急剧变化而引起空泡群溃灭，产生的微激流和断流弥合水锤现象是城市输配水管爆裂及漏失水量的主要来源。

当水流经水阀时，阀口两端压差迅速增加，流速急剧加快，阀口收缩面处的压力接近饱和蒸汽压时，涡旋区的压力较低，呈现出空泡群非稳态流动、高速剪切流动和旋涡脱离运动等多种复杂流态，空泡群在高压的地方溃灭，我们称之为空化空蚀现象。大量的空泡爆裂是产生对管道安全危害最大的微激流和断流弥合水锤的主要原因，其压力升高小到几十千帕，大到2000-4000千帕，这种压力长期震荡不仅可能造成管道强度的下降，还可能加大漏水量，严重时还会造成爆管。利用旁通管将水阀出口后的出水管中压力高于水阀出口处压力的水蒸汽引入水阀出口处，掺汽形成超空化现象，提高局部压力、有效减少空化数、同时显著降低空泡溃灭时的压力、大大降低微激流和断流弥合水锤现象，从而有效减少城市输配水管爆管及漏失水量现象的发生，达到降低城市输配水管线整体水资源浪费的效果。

发明内容

本发明需解决的技术问题是：针对现有的城市输配水管道中管道爆漏及漏水量严重，加装传统排气阀的不能连续排气、因复位不正而关不严跑水、排气不净及排气时效长等技术问题，设计一种既不影响其水流传输效果，并且简便易行能有效降低水阀出口处微激流和断流弥合水锤现象的防爆及减少漏失水量装置，从而提高整个城市输配水管的水资源利用率，降低维修水管成本与保证供水系统正常运行。

本发明的理论依据：对于城市输配水系统中的水管爆裂及漏失水量现象，主要是由于水流经水阀后流道突然变窄，随后流动截面积突然增大在水阀出口形成喷射流动，其流动速度达到了当地音速形成低压区，由于压力的突然降低，部分水流会迅速闪蒸，形成大量的空泡随液态水流动，随着压力的升高，空泡群会突然爆裂造成空化空蚀，微激流和断流弥合水锤现象随之产生，长期作用下最终造成水管爆裂。本发明主要是通过对水阀出口低压区进行掺汽，运用掺汽超空化理论，通过连接旁通管，对水阀出口进行掺汽形成超空化现象，有效减小空化数，抑制空泡群的产生同时降低空泡爆裂时的压力，大大降低微激流和断流弥合水锤现象，从而有效减少城市输配水管爆管及漏失水量现象的发生。

本发明所采用的技术方案：本发明中在常规的城市输配水系统的基础上，在水阀出口处和水阀之后的出水管上接旁通管，利用旁通管将水阀出口后的出水管中压力高于水阀出口处压力的水蒸汽引入水阀出口处，对局部进行掺汽，形成超空化现象，从而抑制水阀出口处因为局部压力低而产生空泡群非稳定流动的微激流和断流弥合水锤现象，降低水管爆裂及漏失水量的风险。旁通管中的水蒸汽与出水管中的水汇合后又流回水管内部，完成了城市输配水循环。

本发明涉及一种利用旁通管掺汽超空化防水管爆裂及减少漏失水量的装置，也就是说在保证城市输配水管正常供水的基础上，为了降低水管中的微激流和断流弥合水锤现象，在原来普通的城市输配水系统的基础上在水阀出口后的出水管上加装旁通管，将水阀出口后的出水管中压力高于水阀出口处压力的水蒸汽引入水阀出口处，掺汽形成超空化现象，水蒸汽与输配水管中的水汇合后再流回输配水管中，完成循环。通过此装置可以使水阀出口处空泡群溃灭减少，从空泡产生的根源上抑制微激流和断流弥合水锤现象的发生，比传统城市输配水管排气防止水管爆裂及漏失水量的方法效果更明显，提高城市输配水管道水资源利用率。

所述城市输配水管掺汽超空化防爆及减少漏失水量装置包括水阀、进水管、出水管、1-20根旁通管，其中旁通管的两端与水阀出口后的出水管相连通，形成旁通回路，旁通回路的两端口之间的距离为500-2000mm。

所述水阀包括液压阀、减压阀、节流阀以及所有通过改变流道截面以控制流体的压力和流量的调节阀，安装这样的水阀的城市输配水系统具体有调节流量、改变流体压力的功能，水阀两端与输配水管(进水管、出水管)相连接。

所述城市输配水管掺汽超空化防爆及减少漏失水量装置中水流经水阀后，阀口两端压差迅速增加，流速急剧加快，阀口收缩面处的压力接近饱和蒸汽压，此时由于城市供水在输配水管形成含汽、汽水两相非稳定流(即可能出先段塞流、气团流，相应地水蒸汽混合物出口速度为超音速)，会在水阀出口处形成局部低压，并产生大量空化气泡，空泡随后空蚀，微激流和断流弥合水锤现象也随着产生，这种压力长期震荡不仅可能造成管道强度的下降，还可能加大漏水量，严重时还会造成爆管。利用旁通管将水阀出口后的出水管中压力高于水阀出口处压力的水蒸汽引入水阀出口处，形成水阀出口掺汽超空化效应。水蒸汽与水混合后再流回输配水管中完成供水循环。各个部分的连接方式根据输配水管材料选择对应的连接方式，铜管、铁管和钢管均采用焊接或螺纹连接，PVC管、PPR管、PPC管、ABS管和PE管采用热熔连接。

所述城市输配水管包括进水管和出水管，进水管与水阀的进口端相连接，出水管与水阀的出口端相连接，进水管和出水管的管径大小及类型需要根据城市输配水系统流量、压力、水质及环境要求进行设计。

所述旁通管与出水管相连，旁通管的内径为2.8-100mm，水平长度为500mm-2000mm，竖直长度为50-300mm，伸入输配水管长度为5mm-200mm，旁通管的数量为1-20根。

所述旁通管一端从水阀出口处的出水管上管壁插入，插入口离水阀出口处距离为50mm-200mm，采用与出水管材料相对应的连接方式，铜管、铁管和钢管均采用焊接或螺纹连接，PVC管、PPR管、PPC管、ABS管和PE管均采用热熔连接。另一端在出水管上管壁插入，插入口方向与水流方向一致，两端相距为500mm-2000mm，采用与输配水管材料相对应的连接方式，铜管、铁管和钢管均采用焊接或螺纹连接，PVC管、PPR管、PPC管、ABS管和PE管采用热熔连接。数量为1-20根。

所述城市输配水管包括进水管和出水管，进水管和出水管的外径为14mm-2020mm，壁厚为2mm-10mm，长度为20000mm-2000000mm。

所述管材材料为能够适用于城市输配水管的管材，具体包括铜管、铁管和钢管的金属管材和PVC管、PPR管、PPC管、ABS管和PE管的新型塑料管材。

所述城市输配水管掺汽超空化防爆及减少漏失水量装置中的旁通管掺汽超空化装置可以应用于所有包含压力急剧变化产生空泡群造成微激流和断流弥合水锤现象发生的场所，不仅可以应用于城市输配水管道系统，还可以应用于带水阀的任意系统，都可以达到防止水管爆裂和减少漏失水量的目的。

本发明的有益效果：本发明充分利用了掺汽超空化理论、空泡动力学等理论依据，使水阀出口局部压力提高形成超空化现象，并有效降低空化数和空泡群溃灭时的压力，从而抑制微激流和断流弥合水锤现象的发生，可以明显减少城市输配水管道爆裂及漏失水量，提高城市供水系统水资源的利用率；另外本发明具有结构简单、加工、安装方便、成本低廉，后期维护成本低等优良特性，同时也解决了传统排气阀不能连续排气、因复位不正而关不严跑水、排气不净及排气时效长的缺陷。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明新型城市输配水管掺汽超空化防爆及减少漏失水量装置原理图；

图中：1-进水管，2-水阀，3-旁通管，4-出水管。

图2是本发明新型城市输配水管单旁通管掺汽超空化防爆及减少漏失水量装置连接示意图；

图3是本发明新型城市输配水管双旁通管掺汽超空化防爆及减少漏失水量装置连接示意图；

图4是本发明新型城市输配水管掺汽超空化防爆及减少漏失水量装置的水阀剖面图；

图中：1-进水管，2-水阀阀杆，3-水阀阀盖，4-水阀阀芯，5-水阀阀座，6-水阀阀体，7-旁通管a，8-出水管，9-水流方向，10-旁通管b。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

参见图1，图1所示为城市输配水管掺汽超空化防爆及减少漏失水量装置原理图，包括：进水管1，水阀2，旁通管3，出水管4，本发明原理是指在水阀出口处和出水管上接旁通管，利用旁通管将水阀出口后的出水管中压力高于水阀出口处压力的水蒸汽引入水阀出口处，对局部进行掺汽，形成超空化现象，从而抑制水阀出口处因为局部压力低而产生空泡群非稳定流动的微激流和断流弥合水锤现象，降低水管爆裂及漏失水量的风险。

所述输配水管包括进水管和出水管，指能用于城市输配水系统的水管，主要用于水资源的输送；

所述水阀包括液压阀、减压阀、节流阀以及所有通过改变流道截面以控制流体的压力和流量的调节阀，安装在输配水管上，用于流量调节及改变流体压力，水阀的两端与进水管和出水管相连接。

所述旁通管指与出水管管材一致的水管，安装在水阀出口处和水阀之后的出水管上，用于将出水管中压力高于水阀出口处压力的水蒸汽引入水阀出口处，对局部进行掺汽，形成超空化现，能够有效降低微激流和断流弥合水锤现象的发生，降低水管爆裂及漏失水量的风险。

上述城市输配水管掺汽超空化防爆及减少漏失水量装置还可以包括多个旁通管，旁通管根数为1-20根。所述旁通管可根据城市输配水流量的大小选择不同的旁通管根数，这样可以保证在不同管径对应的不同的输配水管流量下采用上述多个旁通管，达到合适的水蒸汽掺汽量，形成超空化现象，从而抑制输配水管中的微激流和断流弥合水锤现象，降低水管爆裂及漏失水量的风险。

参见图2，所述城市输配水管掺汽超空化防爆及减少漏失水量装置包括进水管1、水阀阀杆2、水阀阀盖3、水阀阀芯4、水阀阀座5、水阀阀体6、旁通管a7、出水管8、水流方向9；旁通管a的内径为2.8-100mm，旁通管a的外径为4-108mm，旁通管a的总长为500mm，旁通管a插入输配水管1的长度均为5mm；旁通管a前端插入距离水阀出口的距离为200mm，各个部分的连接方式根据输配水管材料选择相对应的连接方式，铜管、铁管和钢管均采用焊接或螺纹连接，PVC管、PPR管、PPC管、ABS管和PE管采用热熔连接；城市输配水管内的水流动方向同水流方向9所示的箭头方向一致。

参见图3，所述城市输配水管掺汽超空化防爆及减少漏失水量装置包括输配水管1、水阀阀杆2、水阀阀盖3、水阀阀芯4、水阀阀座5、水阀阀体6、旁通管a7、出水管8，水流方向9、旁通管b10；旁通毛细管a的外径为4-108mm，内径为2.8-100mm，旁通毛细管a的总长为500mm，旁通毛细管a插入出水管的长度均为5mm，旁通管a前端插入距离水阀出口的距离为200mm；旁通毛细管b的外径为4-100mm，内径为2.8-100mm，旁通毛细管b的总长为500mm，旁通毛细管b插入出水管8的长度均为5mm，旁通毛细管b前端插入距离水阀出口的距离为150mm；各个部分的连接方式根据输配水管材料选择相对应的连接方式，铜管、铁管和钢管均采用焊接或螺纹连接，PVC管、PPR管、PPC管、ABS管和PE管采用热熔连接；城市输配水管内的水流动方向同水流方向9所示的箭头方向一致。

参见图4，所述新型城市输配水管掺汽超空化防爆及减少漏失水量装置的水阀剖面图包括水阀阀杆2、水阀阀盖3、水阀阀芯4、水阀阀座5、水阀阀体6；所述水阀包括液压阀、减压阀、节流阀以及所有通过改变流道截面以控制流体的压力和流量的调节阀，水阀的两端与进水管和出水管相连接。为了更清楚的表示上述所提及的水阀，因此将水阀结构进行剖面表示，本发明中所述水阀主要结构包括阀杆、阀盖、阀芯、阀座、阀体，而具体的水阀结构由城市输配水系统根据水流量、压力、环境及水质等因素进行优选的水阀本身决定，并不能因水阀的结构而理解为对发明专利范围的限制。

所述城市输配水管掺汽超空化防爆及减少漏失水量装置，包括进水管1、水阀(主要包括水阀阀杆2、水阀阀盖3、水阀阀芯4、水阀阀座5、水阀阀体6，但不仅仅限于上述的水阀零件组成)，旁通管3，出水管4，其中以上所述实施案列仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出，对于水阀出口处的出水管上安装旁通管抑制输配水管中的微激流和断流弥合水锤现象，降低水管爆裂和漏失水量的装置这些都属于本发明的保护范围。

本发明应用十分广泛，不仅适用于常见的城市供水管线如自来水公司输送管线、居民小区供水管线等，对于机械、冶金、石油、化工、食品保存、人工环境、生物制药等领域中的供水管线均可采用这种防爆及减少漏失水量装置。

Claims (8)

1.一种城市输配水管掺汽超空化防爆及减少漏失水量装置，其特征在于：所述水管防爆及减少漏失水量装置采用旁通管，利用旁通管将水阀出口后的出水管中压力高于水阀出口处压力的水蒸汽引入水阀出口处，对局部进行掺汽，形成超空化现象，从而抑制水阀出口处因为局部压力低而产生空泡群非稳定流动的微激流和断流弥合水锤现象，降低水管爆裂及漏失水量的风险。旁通管中的水蒸汽与出水管中的水汇合后又流回水管内部，完成了城市输配水循环；所述城市输配水管掺汽超空化防爆及减少漏失水量装置包括进水管(1)，水阀阀杆(2)，水阀阀盖(3)，水阀阀芯(4)，水阀阀座(5)，水阀阀体(6)，旁通管a(7)，出水管(8)，水流方向(9)，旁通管b(10)，采用旁通管以及辅助管道及连接件组成；所述水阀包括液压阀、减压阀、节流阀以及所有通过改变流道截面以控制流体的压力和流量的调节阀，安装这样的水阀的城市输配水系统具体有调节流量、改变流体压力的功能。

2.根据权利要求1所述的新型城市输配水管掺汽超空化防爆及减少漏失水量装置，其特征在于：所述水阀与出水管相连，旁通管安装在水阀出口处；出水管与水阀的选型根据其水流量、压力、环境及水质进行计算优选。

3.根据权利要求1所述的新型城市输配水管掺汽超空化防爆及减少漏失水量装置，其特征在于：所述旁通管与出水管相连，旁通毛细管的内径为2.8-100mm，伸入水管长度为5mm-200mm，旁通管的数量为1-20根。

4.根据权利要求1所述的新型城市输配水管掺汽超空化防爆及减少漏失水量装置，其特征在于：所述旁通管一端从水阀出口处的出水管上管壁插入，插入口离水阀出口处距离为50mm-200mm，采用与输配水管材料相对应的连接方式，钢管和铜管均采用焊接或螺纹连接，PVC管、PPR管、PPC管、ABS管和PE管均采用热熔连接。另一端在出水管上管壁插入，插入口方向与水流方向一致，两端相距为700mm-2000mm，采用与出水管材料相对应的连接方式，铜管、铁管和钢管均采用焊接或螺纹连接，PVC管、PPR管、PPC管、ABS管和PE管采用热熔连接。数量为1-20根。所述城市输配水管包括进水管和出水管，进水管和出水管的外径为14mm-2020mm，壁厚为2mm-10mm，长度为20000mm-2000000mm。

5.根据权利要求1所述的新型城市输配水管掺汽超空化防爆及减少漏失水量装置，主要包括进水管(1)，水阀阀杆(2)，水阀阀盖(3)，水阀阀芯(4)，水阀阀座(5)，水阀阀体(6)，旁通管a(7)，出水管(8)，水流方向(9)，旁通管b(10)，所述水阀包括液压阀、减压阀、节流阀以及所有通过改变流道截面以控制流体的压力和流量的调节阀，进水管、出水管、1-20根旁通管，采用旁通管以及辅助管道及连接件组成，其中旁通管的一端与水阀出口处的出水管相连，另一端与水阀后的出水管相连，插入口方向与水流方向一致，形成旁通回路，旁通回路的两端口之间的距离为500-2000mm。

6.根据权利要求1所述的新型城市输配水管掺汽超空化防爆及减少漏失水量装置，其特征在于：所述城市输配水管掺汽超空化防爆及减少漏失水量装置采用旁通管，利用旁通管将水阀出口后的出管中压力高于水阀出口处压力的水蒸汽引入水阀出口处，对局部进行掺汽，形成超空化现象，从而抑制水阀出口处因为局部压力低而产生空泡群非稳定流动的微激流和断流弥合水锤现象，降低水管爆裂及漏失水量的风险。旁通管中的水蒸汽与供回水汇合后又流回水管内部，完成了城市输配水循环。

7.根据权利要求书1所述的新型城市输配水管掺汽超空化防爆及减少漏失水量装置，其特征在于：采用与出水管材料相对应的连接方式，铜管、铁管和钢管均采用焊接或螺纹连接，PVC管、PPR管、PPC管、ABS管和PE管均采用热熔连接。旁通管分别在水阀后的输水管上管壁伸入，并连接在一起。所述管材材料为能够适用于城市输配水管网的管材。包括铜管、铁管和钢管的金属管材和PVC管、PPR管、PPC管、ABS管和PE管的新型塑料管材。

8.根据权利要求书1所述的新型城市输配水管掺汽超空化防爆及减少漏失水量装置，其特征在于：在输水流量大时，可以通过增加旁通管的数量是为了增加掺汽量，保证实现掺汽超空化现象。从而保证在水流量改变时抑制水管爆裂及减少漏失水量的效果。

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