真空排污是一種具廣泛運(yùn)用潛力的工程技術(shù)。目前,國(guó)內(nèi)外對(duì)真空排污系統(tǒng)的設(shè)計(jì)計(jì)算原理及方法研究還有待深入,國(guó)內(nèi)尚無(wú)真空排污系統(tǒng)的設(shè)計(jì)規(guī)范或標(biāo)準(zhǔn)。論文對(duì)真空排污管網(wǎng)中空氣-污水多相流壓力損失計(jì)算模型、真空排污系統(tǒng)輸送能力以及真空排污系統(tǒng)參數(shù)設(shè)計(jì)計(jì)算方法進(jìn)行了深入的研究,同時(shí)對(duì)真空排污技術(shù)規(guī)范展開了探討,旨在提高真空排污系統(tǒng)的可靠性和經(jīng)濟(jì)性。分析了污水流變特性及污水在管網(wǎng)中輸送過(guò)程,將管中復(fù)雜的氣液固三相流簡(jiǎn)化為兩種類型氣液兩相流:（a）空氣-污水牛頓流體氣液兩相流;（b）空氣-污水非牛頓流體氣液兩相流。以此為基礎(chǔ),重點(diǎn)研究了真空排污管網(wǎng)中空氣-污水牛頓流體氣液兩相流的壓力損失模型。基于分相模型和Lockhart-Martinelli公式理論導(dǎo)出了真空排污管路摩擦壓力損失計(jì)算模型,該模型反映出真空排污管路摩擦損失隨著污水流量的增大而成1.75冪指數(shù)方倍增加,隨著管徑的增大而成4.75冪次方減少。與傳統(tǒng)計(jì)算模型相比,本文所建立的摩擦壓力損失計(jì)算模型計(jì)算結(jié)果更接近實(shí)驗(yàn)結(jié)果。基于上述已建立的摩擦損失計(jì)算模型,確定了污水zui大設(shè)計(jì)流量與管徑的對(duì)應(yīng)關(guān)系;基于兩相流理論中的回流條件導(dǎo)出了不同管徑下使污水提升的zui小氣流速度約為20～45m/s;在運(yùn)用上述已建立的摩擦損失計(jì)算模型及借鑒國(guó)外相關(guān)資料的基礎(chǔ)上,分析了污水流量、氣液比、真空度、壓力損失、管徑等參數(shù)間關(guān)系,并探討了真空泵站集水能力與真空泵動(dòng)力的關(guān)系以及zui大收集半徑問(wèn)題。在地勢(shì)平坦的條件下,真空排污管道系統(tǒng)理論上zui大服務(wù)半徑可達(dá)2800～4500米。在實(shí)際工程中,管道因爬坡增加提升損失,收集半徑會(huì)相應(yīng)減小。
　　
　　一般情況下,一個(gè)中心真空泵站的收集半徑按2500米考慮。為了增大污水收集半徑,本文還對(duì)管道系統(tǒng)布設(shè)、系統(tǒng)真空度及氣液比選擇等措施進(jìn)行了分析。應(yīng)用本文已建立的管道摩擦壓力損失計(jì)算模型、管網(wǎng)關(guān)聯(lián)矩陣和改進(jìn)的遺傳算法建立了大中型真空排污管網(wǎng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)計(jì)算方法,并建立和完善了真空站相關(guān)參數(shù)的設(shè)計(jì)計(jì)算方法。其一,為了提高管網(wǎng)計(jì)算的精度和速度,基于本文已建立的摩擦阻力損失計(jì)算模型及管網(wǎng)關(guān)聯(lián)矩陣構(gòu)建了各管段的設(shè)計(jì)流量、壓力損失及節(jié)點(diǎn)真空度等水力參數(shù)計(jì)算方程組的表示式。其二,建立了一個(gè)以管網(wǎng)工程造價(jià)為目標(biāo)函數(shù)和以各節(jié)點(diǎn)真空度要求、節(jié)點(diǎn)流量平衡條件等為約束條件的管徑優(yōu)選的數(shù)學(xué)模型。同時(shí),為了更準(zhǔn)確、快速地求解此數(shù)學(xué)模型,本文對(duì)基本遺傳算法的編碼、選擇算子、交叉算子、變異算子以及部分參數(shù)的設(shè)置采取改進(jìn)措施,設(shè)計(jì)了改進(jìn)的遺傳算法。在上述工作基礎(chǔ)上給出了真空排污管網(wǎng)優(yōu)化設(shè)計(jì)計(jì)算的具體步驟。其三,根據(jù)氣體質(zhì)量守恒方程導(dǎo)出了儲(chǔ)能罐容積計(jì)算式,儲(chǔ)能罐zui小容積不僅取決于真空站工作壓力范圍及其維持時(shí)間,還取決于污水收集罐和管網(wǎng)的容積。
　　
　　同時(shí)根據(jù)3類常用真空泵的優(yōu)缺點(diǎn)、污水收集罐所需真空度和管線zui大壓力損失值,確定了真空泵選型方法:當(dāng)管線zui大壓力損失小于4米高水柱時(shí),選用水環(huán)式真空泵,當(dāng)管線的zui大壓力損失大于4米水柱時(shí),選擇滑閥型式真空泵、旋轉(zhuǎn)片式真空泵等具有更高真空度的真空泵;然后根據(jù)真空泵抽氣量選擇真空泵型號(hào),并由真空泵的抽氣時(shí)間校核真空泵抽氣量和儲(chǔ)能罐容積是否保證真空泵工作時(shí)間在1～3分鐘。其四,以一個(gè)2000戶社區(qū)的真空排污系統(tǒng)的設(shè)計(jì)計(jì)算為例,在管長(zhǎng)、設(shè)計(jì)人數(shù)、提升級(jí)數(shù)、提升高度等參數(shù)相同的條件下,分別運(yùn)用了優(yōu)化設(shè)計(jì)計(jì)算方法和傳統(tǒng)設(shè)計(jì)計(jì)算方法對(duì)各管段的設(shè)計(jì)流量、管徑、壓力損失和節(jié)點(diǎn)真空度進(jìn)行計(jì)算,并將管網(wǎng)計(jì)算結(jié)果分別運(yùn)用于真空泵、排污泵、真空儲(chǔ)能罐、污水儲(chǔ)能罐的選型及相關(guān)參數(shù)設(shè)計(jì)之中,結(jié)果表明了:比傳統(tǒng)設(shè)計(jì)計(jì)算方法相比,本文優(yōu)化設(shè)計(jì)計(jì)算方法能獲得一組直接以市場(chǎng)規(guī)格管徑表示的較優(yōu)管徑組合方案以及選用更小容量、更小功率的真空泵,既可滿足系統(tǒng)可靠性要求,又可降低系統(tǒng)的建設(shè)成本和運(yùn)行成本。此外,對(duì)某市鐵路站場(chǎng)真空式地面排污系統(tǒng)和某市中心人民醫(yī)院室內(nèi)真空排污系統(tǒng)分別進(jìn)行了設(shè)計(jì)。在上述工作的基礎(chǔ)上,并消化、整理國(guó)外相關(guān)資料以及結(jié)合科研組的研究,編寫了《真空排污系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)范》（草稿）（作為論文的附錄B）,基本涵蓋了對(duì)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的總體要求及有關(guān)氣液動(dòng)力學(xué)設(shè)計(jì)、真空管網(wǎng)設(shè)計(jì)、真空站設(shè)計(jì)、污水真空收集閥井設(shè)計(jì)、管網(wǎng)壓力檢測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)以及真空排污系統(tǒng)安裝、測(cè)試和校驗(yàn)等內(nèi)容。
　　
　　排污泵是一種泵與電機(jī)連體，并同時(shí)潛入液下工作的泵類產(chǎn)品，與一般臥式泵或立式污水泵相比，排污泵結(jié)構(gòu)緊湊、占地面積小。安裝維修方便小型的排污泵可以自由安裝，大型的排污泵一般都配有自動(dòng)藕合裝置可以進(jìn)行自動(dòng)安裝，安裝及維修相當(dāng)方便。連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)間長(zhǎng)。排污泵由于泵和電機(jī)同軸，軸短，轉(zhuǎn)動(dòng)部件重量輕，因此軸承上承受的載荷（徑向）相對(duì)較小，壽命比一般泵要長(zhǎng)得多。不存在汽蝕破壞及灌引水等問(wèn)題。特別是后一點(diǎn)給操作人員帶來(lái)了很大的方便。振動(dòng)噪聲小，電機(jī)溫升低，對(duì)環(huán)境無(wú)污染。

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