虹吸式脉冲布水器的设计与应用

论文类型	技术与工程	发表日期	2002-09-01
来源	《中国给水排水》2002年第9期
作者	蒋克彬
关键词	虹吸脉冲布水器设计废水处理
摘要	介绍了虹吸式脉冲布水器的设计参数以及其在废水处理应用中需注意的问题。该布水器操作简便且具有水力搅拌和均匀布水的功能。

蒋克彬
（东莞市绿轩环保公司，广东东莞 532589）

　　摘　要：介绍了虹吸式脉冲布水器的设计参数以及其在废水处理应用中需注意的问题。该布水器操作简便且具有水力搅拌和均匀布水的功能。
　　关键词：虹吸脉冲布水器；设计；废水处理
　　中图分类号：TU992.02
　　文献标识码：C
　　文章编号：1000-4602(2002)09-0053-02

1 工作原理

　　利用虹吸管中快速流动的水将主管道中的空气带走，使主管道内形成一定的真空度，在管道内外大气压差的作用下容器中的水进入主管道后排入池中。由于水流速度很快，布水能在短时间内完成，达到脉冲的效果。

2 工艺示意图及其优点

　　虹吸式脉冲布水器工艺示意图如图1所示。

　　虹吸式脉冲布水器具有以下优点：
　　① 结构简单、维护方便且不需阀门设备；
　　② 除提升来水外无需其他的动力；
　　③ 兼有配水和水力搅拌功能；
　　④ 价格低廉且布水器使用寿命长。

3 主要结构

　　① 水箱
　　一般由6 mm厚的钢板卷制而成，直径和高度则根据脉冲周期和设计流量确定。
　　② 布水主管
　　根据具体的设计流量来确定管径大小(一般为200 mm～250 mm)。
　　③ 虹吸管
　　与布水管在进水端一定高度处相连接，管径一般为32 mm～40 mm。当水箱中的水位超过虹吸管时能在管道内形成快速的流体，同时将主管内一定量的气体带走。
　　④ 虹吸辅助管
　　与虹吸管的一定高度处相连接(见图1)，起着流通气体的作用，管径一般为20mm。
　　⑤ 虹吸破坏管
　　管径一般为20 mm，吸气端与水箱底距离为10 cm。

4 设计参数

　　虹吸式脉冲布水器设计计算图见图2。

　　一般根据设计流量Q和脉冲布水周期T两个参数来确定布水器各部分的尺寸。
　　脉冲布水周期T由进水阶段t₁、虹吸阶段t₂、脉冲布水阶段t₃组成。t₁阶段是从水进入水箱开始到虹吸管刚要进水时结束；t₂阶段是从虹吸管进水开始到吸气结束；t₃阶段是从脉冲开始到水箱中的水被吸完为止。
　　在理想的条件下以流量为50m^3/h和脉冲周期为6 min为例来设计虹吸脉冲布水器各部分尺寸。
　　① 水箱的尺寸
　　水箱直径D一般设计为2.0 m。由于每次脉冲的时间为6 min，故脉冲的次数为10次/h，每次进水量为5m³，水箱高度h₄为1.8 m左右(包括保护高度0.2 m) 。?
　　② h₅高度
　　实际安装中为了保证虹吸管中水流的速度，一般确定h₅的高度为1.0 m～1.2 m。
　　③ 布水主管管径
　　为了达到较好的脉冲效果和缩短脉冲时间，一般将布水主管管径R设计为250 mm。
　　④ 吸气时间t₂
　　按照1体积的气体需要1体积的水来带走进行计算。当水达到虹吸管口下端口时主管中气体体积为V1，所需水量则为V1，其值可用下式计算。?
?　　　　　V₁=π(R/2)²(2h₃+h₅-h₁)　　　　(1)?
　　用下式可计算出理想条件下将气体带走的时间?t₂。
　　　　　　dQ=s1v1dt?　　　　(2)?
　　式中 ?s₁——虹吸管横截面积，设虹吸管管径为r1，则s1=π(r1/2)²
?　　　　　v1——dt时刻虹吸管中的水流速度
　　一般只考虑进水因素的影响，则
?　　　　　v1=(2gh)^1/2　　　(3)?
　　式中 ?h——t₂时间内进水高度?
?　　　　　h=Qt/s　　　　　　(4)?
　　式中 ?Q——设计进水量?
?　　　　　s——水箱横截面积，s=π(D/2)²
　　对式(2)积分可得v1与t的关系式。考虑到h₃与h₄相差不大故将h₃用h₄代替，根据式(1)和前面所列出的高度可粗略计算出V₁=0.18m³。取虹吸管管径为40 mm，计算出t₂=87 s(实际时间为90～100 s)。?
　　⑤ 脉冲布水时间t₃
　　设布水主管内dt时刻的流量为dQ，则：?
　　　　　　　dQ=v₂s₂dt
　　式中 ?v₂——dt时刻的管内水流速度，
?　　　　　　v₂=(2gh)^1/2?
?　　　　s₂——布水主管横截面积，s2=π(R/2)²
　　在水箱内：
　　　　　　　dQ=sdh
　　式中 dh——水箱内dt时刻下降的水位高度
　　在理想条件下根据物料平衡得∫sdh=∫s₁(2gh)^1/2dt，考虑到主管在进水的过程中进水不间断，取水高为1.8 m，计算得?t₃=40 s(实际运行时一般在40 s左右)。?
　　⑥ 进水阶段h₁高度
　　已知?t₂=90 s，t₃=40 s，当整个脉冲周期确定为6 min时进水阶段的时间约为4 min，故可根据Q与水箱面积计算出h₁为1.0 m左右。如果还想缩短脉冲周期可适当增加h₂的高度。