【技术实现步骤摘要】
无压势能调水方法及其装置
本专利技术技术涉及一种满管水流高速度、大流量、长距离点对点调水技术，具体涉及一种无压势能调水方法及其装置。
技术介绍
有压重力和水流压差输水或供水是目前输水的常用方法。其水流用雷诺数、水流摩阻系数、水流粘度、输水管壁粗糙度等来表征，并且以米为单位计算输水管道长度的水流动量损耗。随着输水管道长度增加，水流动量减少，水流压力降低，水流速度减小。此外，输水或供水管道中水的流动需要较大的工作水压维持水流动力，而输水或供水的工作水压，需要消耗大量能量，并且存在输水安全风险。管道往往受到水流压力限制，不能大流量、较长距离输水。输送水流受管道直径、地形地貌等因素的限制，普遍存在运输、施工、维护等方面的诸多困难。因此，有必要创新开发新的调水技术来解决以上这些问题。技术方法目的针对现有技术存在的问题，本专利技术创新开发新的调(输)水技术：满管高速水流对管壁无压力，管壁对高速水流只有滞留力，没有摩擦阻力。采用满管螺线旋进水流技术，消除管壁对高速水流滞留力。达到没有水流动量损耗，满管水流充盈度高，利用进、出口高程差水流下落势能调水。能够高速度、大流量、长距离点对点调水。能够将甲地水流势能量调、输到乙地利用。技术方法内容本专利技术创新
技术实现思路
中：满管水流进水口和出水口高程落差很大，管内加速度下落水流是层流流态，水流速度矢量垂直向下，水流对管壁没有力指向，没有指向管壁的水流压力。水流层流流态的持续，取决于消除管道内部水流方向上的滞留力。将进水口与出水口闸阀之间管道空间抽吸到规定真空度，能够消除...
【技术保护点】
1.一种无压势能调水方法，其特征是：调水管道进水口与出水口有海拔高程差，将进水口与出水口闸阀之间空间抽吸成真空。水流进口处设置水流清除空气装置，设置水流螺线旋流器。清除空气的水流通过螺线旋流器产生螺线旋进水流。水流加速度下落是层流水流、螺线旋进水流。产生满管加速度下落水流层流态、水流螺线旋进流态。结束加速度下落水流进入惯性力场中，能够持续水流层流态和水流螺线旋进流态。螺线旋进水流角动量速度矢量力抵销管壁对水流滞留力，达到高速水流与管壁没有摩擦阻力目的。真空管道内，满管加速度下落水流势能处在势能力场中、结束下落水流进入惯性力场、满管水流上升需要动量处在动能力场中，下落势能力等于上升动能力。势能力场大于动能力场是可以利用的水流势能量。无压势能调水无能量损耗，满管落体水流充盈度高，加速度下落高速水流对管壁没有摩擦阻力，因此能够进行巨量水资源调配，可以进行长距离、超长距离点对点调水。能够利用进口与出口海拔高程差中的满管水流势能量发电。/n
【技术特征摘要】
1.一种无压势能调水方法，其特征是：调水管道进水口与出水口有海拔高程差，将进水口与出水口闸阀之间空间抽吸成真空。水流进口处设置水流清除空气装置，设置水流螺线旋流器。清除空气的水流通过螺线旋流器产生螺线旋进水流。水流加速度下落是层流水流、螺线旋进水流。产生满管加速度下落水流层流态、水流螺线旋进流态。结束加速度下落水流进入惯性力场中，能够持续水流层流态和水流螺线旋进流态。螺线旋进水流角动量速度矢量力抵销管壁对水流滞留力，达到高速水流与管壁没有摩擦阻力目的。真空管道内，满管加速度下落水流势能处在势能力场中、结束下落水流进入惯性力场、满管水流上升需要动量处在动能力场中，下落势能力等于上升动能力。势能力场大于动能力场是可以利用的水流势能量。无压势能调水无能量损耗，满管落体水流充盈度高，加速度下落高速水流对管壁没有摩擦阻力，因此能够进行巨量水资源调配，可以进行长距离、超长距离点对点调水。能够利用进口与出口海拔高程差中的满管水流势能量发电。
2.根据权利要求1所述调水管道，其特征是：调水管道进水口开关闸阀与出水口开关闸阀之间管道空间，大型真空抽吸泵将空气抽出，保持75pa～150pa真空度。螺线旋进水流角动量通过计算公式：能够计算出旋进水流角动量速度矢量力值大小，根据力值确定调水管道管壁滞留系数范围。力值能够抵销管壁对水流滞留力。
3.根据权利要求1所述进口水流空气清除方法，其特征是：增加进口水流过流截面积，降低进口水流速度。利用满管加速度下落水流抽吸力，采用虹吸原理使进口水流被抽吸上升，避免水流直接从进水口下落产生涡旋水流，防止空气随进口水流进入调水管道内。进口水流被抽吸上升沿圆周切线进入旋流室，沿着室壁流动向下旋流，旋流室上方真空室是负压力，水流中空气溢出水流进入上方真空室，被真空抽吸泵排入大气，达到清除进口水流中空气目的。
4.根据权利要求1、2所述调水管道进、出水口闸阀之间真空抽吸方法，其特征是：利用调水管道关闭闸阀挡水墙体，在墙体面设置n个由液压器控制的开、关阀盘，阀盘的进、出气口和闸阀体内部相通气流通道与竖井闸阀室相通，关闭闸阀能在竖井闸阀室中升降，当n个由液压器控制的阀盘门打开时，密封的竖井闸阀室，通过闸阀内部相通气流通道与调水管道内部空间相通，大型真空抽吸泵抽吸出竖井闸阀室内空气，也就能够抽吸出调水管道内部空气，能够将调水管道空间抽吸到一定真空度。由n个液压器控制的阀盘门关闭，调水管道内部空间将保持需要真空度。
5.根据权利要求1、2所述水流加速度下落势能量调水方法，其特征是；调水管道出水口，设置水流自动控制闸阀开关。在出水口闸阀挡水墙安装激光测距器，在出水口一定距离的管壁上安装水流测速器，测出管内高速水流水头到达出水口闸阀的距离，测出管内水流速度，距离÷速度＝时间，距离信号和速度信号输入自动控制程序系统，自动控制出水口闸阀打开、关闭时间，水头抵达闸阀墙时闸阀全开。防止闸阀打开时间过早，空气进入调水管道，破坏管道内部真空度，闸阀打开时间过迟，水流水头撞击闸阀，破坏水流流态。
6.根据权利要求1、2、3、4、5所述无压势能调水方法，采用了进口水流清除空气装置，螺线旋流器装置，真空抽吸水流开关闸阀一体装置，出口水流自动控制装置，能够进行无压势能调水。其特征是：进口水流被抽吸上升通过清除空气装置，避免水流从调水管道进口直接下落，空气随涡旋水流进入调水管道内部，破坏水流流态，增加水流气阻。进口水压能够控制在恒定范围。清除空气装置能够提高满管水流充盈度。能够进一步将进口水流中空气清除。螺线旋流器装置：进口水流经旋流室下落进入数个螺旋导向水流通道，在通道尾端汇流成为螺线旋进水流。水流有重力和粘度双重属性，满管加速度下落水流有巨大水流抽吸力，巨大抽吸水流被导向进入螺旋水流通道，螺旋通道的螺距提供了螺线旋进水流角动量，管流中心水流角速度矢量为零，管壁水流角速度矢量大于管流中心水流角速度矢量，速度矢量表示水流方向上的力，能够抵销管壁对水流滞留力。水流开关闸阀与真空抽吸一体装置：外部真空抽吸泵能够将调水管道内部空间抽吸到规定真空度。调水管道内部真空度，是产生、持续水流层流、螺线旋进水流流态的需要和条件。水流开关控制闸阀装置：竖井闸阀室提供关闭闸阀、打开闸阀升、降空间，开、关一体闸阀可通过竖井升降室提升到地面，在地面进行零部件组装、维修，然后下降到竖井闸阀室，解决了大型水流开关闸阀制造、运输、组装、维修难问题。打开闸阀设计成通圆管体，内部直径与调水管道内部直径相同，满足了调水管道通圆、通畅、无障碍、管壁对水流滞留系数小的要求。出口水流自动控制装置：调水管道内部满管层流、螺线旋进水流持续流态，需要出水口开、关闸阀控制。出口水流闸阀打开时间过早，空气进入调水管道内，影响调水管道内部真空度，改变水流流态。闸阀打开时间过迟，高速水流水头会撞击闸阀墙体，破坏水流流态。
7.根据权利要求1、6所述水流清除空气装置，其特征是：n根进水管(8)固定安装在大型圆趸浮船(5)内与旋流器(7)通连。水管进水口穿过圆趸浮船插入库区蓄水中，进水口能够随着库区蓄水位上升和下降，确保进口水流压力恒定进入调水管道内。利用调水管道进、出水口水流高程差，满管水流加速度下落抽吸力，将库区蓄水(2)通过进水管(8)提升到旋流室(7)，进入旋流室水流沿着室壁圆周向下旋流，下落到调水管道(39)内。库区蓄水通过满管水流虹吸抽吸力上升，避免库区蓄水直接从进水口(35)下落到(39)内产生巨大涡旋水流，防止了空气随着涡旋水流进入调水管道内。抽吸上升水流沿圆周切线方向进入旋流室(7)，沿室壁流动旋进下落进入螺线旋流通道(26、29)、长导流管(33)。旋流室(7)上方是相通的真空室(13)，无压势能调水开始前，与大气相通的电磁阀(15)是打开的，抽水泵(19)能够将库区蓄水泵满真空室，(8、7、13、26、29)内空气被排出。水泵满真空室(13)，电磁阀(15)关闭，(9、32、38)闸阀同时打开，长导流管(33)以下满管水流下落抽吸力，将库区蓄水抽吸上升到旋流室(7)，沿着室壁下落流入导流通道(26、29)、长导流管道(33)落入调水隧道管线(39)内。此过程中真空室(13)泵入水向下的重力、满管水流向下抽吸力，使真空室水位下落，由于电磁闸阀(15)关闭，水位下落的空间真空度增加是负压力呈内吸力。水流中空气由N2、O2个体分子组成，分子比重小是气体分子，水流重力向下，气体分子浮力向上。进入旋流室(7)水流中气体分子溢出水流被吸入真空室(13)，水位下落空间真空度降低，当水位下落到(13)与(7)交界附近时，水面浮球(16)触动信号开关，启动真空抽吸泵(14)将(13)空气排出，当真空室(13)真空度内吸力与旋流室下落水流重力达到平衡时，进口水流中的空气被持续清除。清除调水管道进口水流中空气，组合了三项技术，一、浮船技术：将进水口设在浮船上，进水口能够随着库区蓄水位上升和下降。二、虹吸技术：库区蓄水沿进水管被抽吸上升，避免进口水流直接下落产生巨大旋涡水流。三、空分技术：利用真空室负压内吸力，液体与气体质量比，液体重力向下，气体浮力向上，达到分离出水流中空气目的。
8.根据权利要求1、6所述螺线旋流器装置，其特征是：n根进水管闸阀(9)和螺线旋进水流出口闸阀(32)同时关闭，真空室电磁闸阀(15)和水管闸阀(18)打开，启动水泵(19)通过进水管(17)将泄流窒蓄水(2)泵入真空窒(13)，水流下落旋流室(7)向外进入n根进水管(8)，向下流入螺旋水流通道(26、29)。泵满真空室(13)水流，带动浮球(16)上升触动信号使电磁闸阀(15)和水管闸阀(18)关闭，闸阀(32)以上空间的空气除净。首先打开调水管道进水口控制闸阀(38)，然后同步打开n根进水管闸阀(9)、出水口闸阀(32)，满管水流从导流长管(33)下落进入调水管道(39)内，水流有重力和粘性双重属性，闸阀(32)以上空间存水容积量，等于满管水流加速度下落高度容积量，使满管水流加速度下落有最大水流抽吸力，抽吸螺线旋进水流通道(26、29)、旋流室(7)、进水管(8)中水体，当出水口闸阀(32)打开，泄流室(2)蓄水被抽吸上升到旋流室(7)，下落水流被巨大抽吸力导向进入螺旋水流通道(26、29)，在通道尾端(30)区域汇集成为满管螺线旋进水流，从出口(31)经过导流长管(33)，下落进入调水管道(39)内。螺线旋进水流是在螺线旋流器中产生的。螺线旋流器的外壁呈上大下小圆筒锥体(20)，中心固定内空倒三角形圆锥体内壁(22)，外壁与内壁之间构成上大下小圆环筒体空间(25)。由厚钢板冲压成形的螺线导流板，焊接组装成导流螺线通道(26、29)，通道外圆焊接在圆筒锥体(20)内壁上，内圆中心支撑...
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