虹吸式脈沖布水器的設計與應用

論文類型	技術與工程	發表日期	2002-09-01
來源	《中國給水排水》2002年第9期
作者	蔣克彬
關鍵詞	虹吸脈沖布水器設計廢水處理
摘要	介紹了虹吸式脈沖布水器的設計參數以及其在廢水處理應用中需注意的問題。該布水器操作簡便且具有水力攪拌和均勻布水的功能。

蔣克彬
（東莞市綠軒環保公司，廣東東莞 532589）

　　摘　要：介紹了虹吸式脈沖布水器的設計參數以及其在廢水處理應用中需注意的問題。該布水器操作簡便且具有水力攪拌和均勻布水的功能。
　　關鍵詞：虹吸脈沖布水器；設計；廢水處理
　　中圖分類號：TU992.02
　　文獻標識碼：C
　　文章編號：1000-4602(2002)09-0053-02

1 工作原理

　　利用虹吸管中快速流動的水將主管道中的空氣帶走，使主管道內形成一定的真空度，在管道內外大氣壓差的作用下容器中的水進入主管道后排入池中。由于水流速度很快，布水能在短時間內完成，達到脈沖的效果。

2 工藝示意圖及其優點

　　虹吸式脈沖布水器工藝示意圖如圖1所示。

　　虹吸式脈沖布水器具有以下優點：
　　① 結構簡單、維護方便且不需閥門設備；
　　② 除提升來水外無需其他的動力；
　　③ 兼有配水和水力攪拌功能；
　　④ 價格低廉且布水器使用壽命長。

3 主要結構

　　① 水箱
　　一般由6 mm厚的鋼板卷制而成，直徑和高度則根據脈沖周期和設計流量確定。
　　② 布水主管
　　根據具體的設計流量來確定管徑大小(一般為200 mm～250 mm)。
　　③ 虹吸管
　　與布水管在進水端一定高度處相連接，管徑一般為32 mm～40 mm。當水箱中的水位超過虹吸管時能在管道內形成快速的流體，同時將主管內一定量的氣體帶走。
　　④ 虹吸輔助管
　　與虹吸管的一定高度處相連接(見圖1)，起著流通氣體的作用，管徑一般為20mm。
　　⑤ 虹吸破壞管
　　管徑一般為20 mm，吸氣端與水箱底距離為10 cm。

4 設計參數

　　虹吸式脈沖布水器設計計算圖見圖2。

　　一般根據設計流量Q和脈沖布水周期T兩個參數來確定布水器各部分的尺寸。
　　脈沖布水周期T由進水階段t₁、虹吸階段t₂、脈沖布水階段t₃組成。t₁階段是從水進入水箱開始到虹吸管剛要進水時結束；t₂階段是從虹吸管進水開始到吸氣結束；t₃階段是從脈沖開始到水箱中的水被吸完為止。
　　在理想的條件下以流量為50m^3/h和脈沖周期為6 min為例來設計虹吸脈沖布水器各部分尺寸。
　　① 水箱的尺寸
　　水箱直徑D一般設計為2.0 m。由于每次脈沖的時間為6 min，故脈沖的次數為10次/h，每次進水量為5m³，水箱高度h₄為1.8 m左右(包括保護高度0.2 m) 。?
　　② h₅高度
　　實際安裝中為了保證虹吸管中水流的速度，一般確定h₅的高度為1.0 m～1.2 m。
　　③ 布水主管管徑
　　為了達到較好的脈沖效果和縮短脈沖時間，一般將布水主管管徑R設計為250 mm。
　　④ 吸氣時間t₂
　　按照1體積的氣體需要1體積的水來帶走進行計算。當水達到虹吸管口下端口時主管中氣體體積為V1，所需水量則為V1，其值可用下式計算。?
?　　　　　V₁=π(R/2)²(2h₃+h₅-h₁)　　　　(1)?
　　用下式可計算出理想條件下將氣體帶走的時間?t₂。
　　　　　　dQ=s1v1dt?　　　　(2)?
　　式中 ?s₁——虹吸管橫截面積，設虹吸管管徑為r1，則s1=π(r1/2)²
?　　　　　v1——dt時刻虹吸管中的水流速度
　　一般只考慮進水因素的影響，則
?　　　　　v1=(2gh)^1/2　　　(3)?
　　式中 ?h——t₂時間內進水高度?
?　　　　　h=Qt/s　　　　　　(4)?
　　式中 ?Q——設計進水量?
?　　　　　s——水箱橫截面積，s=π(D/2)²
　　對式(2)積分可得v1與t的關系式。考慮到h₃與h₄相差不大故將h₃用h₄代替，根據式(1)和前面所列出的高度可粗略計算出V₁=0.18m³。取虹吸管管徑為40 mm，計算出t₂=87 s(實際時間為90～100 s)。?
　　⑤ 脈沖布水時間t₃
　　設布水主管內dt時刻的流量為dQ，則：?
　　　　　　　dQ=v₂s₂dt
　　式中 ?v₂——dt時刻的管內水流速度，
?　　　　　　v₂=(2gh)^1/2?
?　　　　s₂——布水主管橫截面積，s2=π(R/2)²
　　在水箱內：
　　　　　　　dQ=sdh
　　式中 dh——水箱內dt時刻下降的水位高度
　　在理想條件下根據物料平衡得∫sdh=∫s₁(2gh)^1/2dt，考慮到主管在進水的過程中進水不間斷，取水高為1.8 m，計算得?t₃=40 s(實際運行時一般在40 s左右)。?
　　⑥ 進水階段h₁高度
　　已知?t₂=90 s，t₃=40 s，當整個脈沖周期確定為6 min時進水階段的時間約為4 min，故可根據Q與水箱面積計算出h₁為1.0 m左右。如果還想縮短脈沖周期可適當增加h₂的高度。