排水立管水力条件的好坏,可从立管通水量和管内气体压力来判别。在一定压力波动范围内,通过的流量越大,排水系统越好,即达到经济与安全的目的。通过排水立管压力影响因素分析可知,当管径、管材一定后,水舌局部阻力系数K和终限流速Vt对管内压力P1影响最大,因此可从以下几个方面加以解决。
一、减小水流下降速度
减小水流下降速度并不是降低横支管出口出流量,而是在立管处采取有效措施:
(1)增加管材内壁的粗糙高度Kp,提高水膜与管壁间的界面张力,减小水膜的下降加速度,在一定高度内可减小水流的下降速度;
(2)在立管上设消能管件,改变水流方向,消耗动能。一般每隔5~6层设一个乙字弯管,实验表明可减小流速50%左右。
图16-11 苏维脱排水系统
(a)气水混合器;(b)气水分离器
1-立管;2-乙字管;3-孔隙;4-隔板;5-混合室;6-气水混合物;7-空气;8-立管;9-横管;10-空气分离室;11-凸块;12-跑气管;13-气水混合物;14-空气
二、增加三通处的局部阻力
在横支管与立管连接处增加局部阻力。用特殊构造的三通可大大降低立管入口处的水平流速,并使水产生溅水现象,水与空气混合形成密度小的水气混合体下降。如苏维脱排水系统(见图16-11)、高奇马排水系统(见图16-12)中应用的特殊接头即可起到上述作用。
图16-12 高奇马排水系统
(a)环流器;(b)角笛弯头
1-立管;2-空气;3-气水混合物;4-环形通路;5-立管;6-检查口;7-支墩
图16-13 塞克斯蒂阿排水系统
(a)旋流接头;(b)特殊排水管弯头
1-接坐便器;2-接立管;3-底座;4-盖板;5-叶片
三、减小水舌局部阻力系数(www.xing528.com)
(1)降低横支管与立管连接处的水舌局部阻力系数,保证立管空气畅通。实验表明,正三通与在正三通内加设侧向挡板的正三通比较,当排水量为5L/s时,内设侧向挡板正三通的最大压力比正三通最大压力下降了近60%,抽吸气量减小近68%。法国塞克斯蒂阿排水系统(见图16-13),韩国偏心三通管件排水系统(见图16-14)等可有效地减小水舌的局部阻力系数,同时增加进入立管水流的离心力。
图16-14 偏心三通管件
图16-15 有螺旋线导流凸起的UPVC管
(2)结合偏心三通进水,在立管内壁设有一定凸起高度的导流螺旋线(见图16-15),强化水的旋转下流,或在立管与横支管连接处管件下方设导流叶片(见图16-16),使立管中心形成贯通的空气柱,气压稳定。实验表明,当流量为5L/s时,螺旋线管的最大负压是光滑内壁管最大负压的37%,可显著提高通水能力。
图16-16 日本新型单立管旋流排水系统
(a)管道连接;(b)旋流管件
(3)增加空气的流通:在非满流前提下,如果能保证负压区空气的及时补给和正压区空气的及时排放,理论上立管的通水能力可极大提高,常见通气方式示意见图16-17。设通气管后有如下作用:
1)设专用通气立管,立管内负压补气不再通过水舌,而是由结合通气管来补气,K→0。
2)在不设环形通气管和器具通气管的横支管上,加设单向吸气阀补气,可解决横支管内负压和立管负压过大现象,但单向吸气阀对正压无效,不能解决正压过大问题。
3)立管下部设通气管及时排放正压气体可有效避免立管下部正压区。
图16-17 几种典型的通气方式
1-伸顶通气管;2-专用通气器;3-主通气管;4-副通气管;5-环形通气管;6-结合通气管;7-器具通气管;8-排水立管;9-排水横支管;10-排出管
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