虹吸管在飲水安全工程中的應(yīng)用

□程凌云（信陽(yáng)市水利勘測(cè)設(shè)計(jì)院）

虹吸管在飲水安全工程中的應(yīng)用

□程凌云（信陽(yáng)市水利勘測(cè)設(shè)計(jì)院）

信陽(yáng)市地處豫南，山地、丘陵、平原、洼地兼而有之，不僅飲水不安全類型較多，而且水源以及取水的形式也呈多樣化。文章針對(duì)山區(qū)飲水工程水源點(diǎn)與用水戶落差大的特點(diǎn)，經(jīng)比選采用虹吸管從水源取水，并對(duì)水源選取、取水設(shè)計(jì)、虹吸管安裝高度、施工過(guò)程控制等方面進(jìn)行分析和探討，確保工程發(fā)揮最大效益。

農(nóng)村飲水安全；水源；取水；虹吸管；施工

兩種方案比較見(jiàn)表1。

表1　取水工程設(shè)計(jì)方案比較表

通過(guò)比較分析，可知采用方案Ⅱ雖然可利用水量較少，但是滿足水廠全年需水量，施工方便，周期短，工程投資小，關(guān)鍵是運(yùn)行期費(fèi)用低，工程交付當(dāng)?shù)毓芾砗?，與方案Ⅰ相比減少了運(yùn)營(yíng)成本，水廠盈利空間大，相應(yīng)可增加工程運(yùn)行維護(hù)資金的投入，有利于工程持續(xù)發(fā)揮效益。

4　虹吸管的最高安裝高度及相應(yīng)流量計(jì)算

虹吸管內(nèi)最大真空壓強(qiáng)一般出現(xiàn)在管道頂部第二個(gè)彎管斷面處，以水庫(kù)上游水位為基準(zhǔn)面1-1，基準(zhǔn)面至彎管中心線的高差為hs，對(duì)1-1斷面及彎管b-b斷面（如圖1所示）列能量方程如下:

式中：pa—當(dāng)?shù)卮髿鈮簭?qiáng)；γ—水的重度；V1—進(jìn)口水流速度，與出口流速相比可近似取值為0；hs—基準(zhǔn)面至彎管中心線的高差；pb—b-b斷面處絕對(duì)壓強(qiáng)；Vb—b-b斷面處水流速度；Hw1-b—虹吸管進(jìn)口至b—b斷面管道水頭損失系數(shù)之和。

由此可得虹吸管頂部安裝高度hs和最大真空值（pa-pb）/γ之間的關(guān)系如下：

圖1　取水口虹吸管設(shè)計(jì)圖

式中字母含義同上。

從上式可以看出：①當(dāng)大氣壓強(qiáng)一定時(shí)，頂部安裝高度受b-b斷面處絕對(duì)壓強(qiáng)控制。②當(dāng)頂部安裝高度一定時(shí)，最大真空值隨著流量的增加而增加，當(dāng)最大真空值受限時(shí)，輸水流量也相應(yīng)受限制。③最大真空值隨著水頭損失增加而增加，當(dāng)最大真空值受限制時(shí)，減少水頭損失可相應(yīng)可增加頂部安裝高度。

同樣對(duì)1-1斷面及2-2斷面（如圖1）列能量方程可求解虹吸管的輸水流量，公式如下：

由此可得：

選定輸水管道長(zhǎng)度l1-2和直徑d后，確定局部水頭損失系數(shù)，即可由公式④求出管道出口流速V2，進(jìn)而推求虹吸管的輸水流量Q；將計(jì)算所得Q值帶入公式②，可推求最高安裝高度hs，此時(shí)要注意在一定溫度下pb不能小于汽化壓強(qiáng)值。

表2　水在不同溫度下的汽化壓強(qiáng)值表

5　工程施工及質(zhì)量控制

虹吸管的施工重點(diǎn)是做到整個(gè)管道的嚴(yán)密性，管材宜采用無(wú)縫鋼管，盡量采用現(xiàn)場(chǎng)焊接，減少法蘭使用量，焊接時(shí)需重點(diǎn)監(jiān)督鋼管下半圈的焊接質(zhì)量，確保各種閥門無(wú)漏氣，保持管道的真空度。管道安裝完成后，需進(jìn)行嚴(yán)密性試驗(yàn)，采用壓力泵加壓7kg/cm2，保壓4h以上，注意觀察壓力表指針有否回落，同時(shí)觀察所有管道，尤其是焊接處是否向外噴水，如有問(wèn)題，及時(shí)補(bǔ)焊。試運(yùn)行期間，應(yīng)觀察液氣交換箱水位管的水位，水位低于1/2時(shí)，及時(shí)補(bǔ)充水量，防止管道中真空條件破壞。背水坡斜管出水口蝶閥安裝位置標(biāo)高盡量降低，以增加水頭，出水口蝶閥中心點(diǎn)與水庫(kù)虹吸最低水位水頭宜保持2m以上。露天管道應(yīng)設(shè)置管道伸縮節(jié)，避免因熱脹冷縮造成管道損傷；同時(shí)需注意防腐、防凍措施，管道防腐除選用鍍鋅鋼管外，管道外防腐還可采用刷油法或設(shè)置防腐層進(jìn)行處理，管道防凍

可采用聚氨酯發(fā)泡及玻璃棉包裹處理，有條件可增設(shè)纖維布刷樹(shù)脂防水處理。

6　結(jié)論與建議

該工程利用虹吸管取水，一方面在建設(shè)期間降低工程投資縮短施工工期；另一方面在運(yùn)行期間管理方便，未出任何故障，節(jié)省了大量的運(yùn)營(yíng)開(kāi)支，水廠效益明顯高于其它類型水廠。

建議在農(nóng)村飲水安全工程設(shè)計(jì)過(guò)程中，注重以下幾點(diǎn)：①水源的選擇必須要對(duì)當(dāng)?shù)厮Y源情況進(jìn)行充分的調(diào)查和必要的勘探，從水質(zhì)、水量、保證率以及開(kāi)采難易程度等多方面比較分析。②由于農(nóng)村供水用戶規(guī)模偏小，如果出現(xiàn)水廠收入無(wú)法維持正常開(kāi)支的情況，后期運(yùn)行的服務(wù)質(zhì)量就難以保證，供水安全就存在隱患；因此在取水工程設(shè)計(jì)中要加強(qiáng)對(duì)后期運(yùn)營(yíng)成本分析，不僅管護(hù)的難度。

TV 672

B

1673-8853（2016）08-0029-03用下水流通過(guò)虹吸管最高處流向下游。由于虹吸管內(nèi)壓強(qiáng)接近汽化壓強(qiáng)時(shí)，液體將產(chǎn)生汽化，破壞水流的連續(xù)性，故虹吸管頂部的真空值不能達(dá)到最大真空值（即10m水柱），一般工程中虹吸管內(nèi)允許最大真空值約為7～8m水柱。該方案設(shè)計(jì)可利用水位區(qū)間為221m至213m，相應(yīng)區(qū)間可利用水量為31.20萬(wàn)m3，工程需配置虹吸管（φ160鋼管）、鎮(zhèn)墩、真空泵以及配套閘閥，施工方便，周期短，工程投資小，水庫(kù)附近電源即可滿足真空泵用電，無(wú)電時(shí)也可采用灌水法抽真空，且運(yùn)行期間不產(chǎn)生電費(fèi)。

2016-05-14

（責(zé)任編輯：劉長(zhǎng)垠韋詩(shī)佳）

程凌云（1980-），男，工程師，主要從事灌區(qū)續(xù)建配套與節(jié)水改造、飲水安全、農(nóng)田水利、水庫(kù)除險(xiǎn)加固、河道治理等工作。