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虹吸真空高速流:记真空流发明人翁友彬
 
慧聪网   2005年12月23日9时39分   信息来源:福建省科技信息研究所    

    一、创新与纪录

    今秋,当翁友彬收到吉尼斯总裁理查茲先生亲笔签发的关于“世界上最大直径虹吸管”的吉尼斯证书时,一家人高兴得久久不能平静。发明专利能够在实施过程中获得吉尼斯世界纪录,决不是单靠挑战所谓的大、小,高、低,长、短等之最与极端,而是一种以自主知识产权为核心,以高科技为优势,突破现有虹吸理论的象征。

    提起“虹吸”,只要有初中以上文化水平的人都知晓其原理。它是在自然中利用大气压力及势能引导的无动力自动引水现象。翁友彬的多项发明专利在四个方面均打破世界纪录:一是虹吸管直径由原来的600毫米提高到1500毫米;二是虹吸高度从原来的6.5米提高到8米;三是虹吸输水管长度从原来的数十米提高到几十公里;四是同等条件下的水流量最大、流速最高。为此,翁先生把它称之为“真空高速流”,“真空高速流”是中国发明专利中真空输水的创新名词,也是翁友彬对现有虹吸技术的进一步拓宽与发展。翁友彬的发明专利是利用真空虹吸原理解决大管径、长距离、无动力输水输油等工业和农业生产问题的,它可以广泛应用于农业灌溉、水力发电、自来水引水和输送、大坝溢洪、水库清淤,工业循环水以及海洋洋底自动吸取矿产等方方面面,是一项集生态、环保于一身的高节能的高新技术。

    二、专利与实施

    翁友彬发明的真空输水专利技术早在1994年他就接受联合国邀请,赴印度新德里参加“国际水资源研讨会”,在大会上进行模型演示。当时,该项目荣登大会榜首,获得了联合国颁发的荣誉证书,真空输水技术的不俗表现令人瞩目。

    翁友彬的发明历程应追溯到1987年,当年翁友彬成为福建省泉州市首位向政府打报告辞去公职,“下海”创办研究所的第一人。1989年,翁友彬获得了“全自动不耗能引水装置”的第一项实用新型专利,并于1990年获得“第五届全国发明展览会”牌奖。然而该项技术在1990年江西省的一项引水工程中,由于在工程设计中没有考虑到水位落差的势能大小,以及水中含有的纤维杂物和水草等因素,虽运行初期成倍提高了水流量,但运行一段时间后即有断水和水草堵塞等问题出现,工程运行难以持续,最终宣告失败。为此,翁友彬倒赔了工程款项数万元。

    专利产品的实施多多少少都存在一个逐步完善的过程,尤其是一些需要从实验到模型到样品,到小批量生产,再到中试生产的产品往往需要付出创造性的艰苦劳动乃至必备的资金投入,才能获得最理想的专利技术成果。翁友彬过的这一道坎给了他极大的经验教训,使他以后的研究工作考虑的更加细化和周全。其实翁友彬走过的弯路何止一个,曾几何时,他试图通过获奖评选、报刊介绍等诸多渠道,赢得专利技术的知名度和更有效推广,从1990年开始到2004年底,他的项目所获奖项和在国内外报刊上介绍的就达数百项(次),但项目实际推广程度却并不理想。在近十八年的发明创造过程中他的艰辛是在“贫穷与勤奋”中度过的,直到2004年初才又开始了新一轮的实施工程。

    三、实践与理论

    个别“科班出身” 的水利人虽然知识丰富,但思维模式固化,一味传承书中哲言,不敢大胆地去探究问题,更没有敢于挑战的勇气。所谓“尽信书则不如无书”,科学就是在自我否定中前进,在不断创新中发展,要创新就必须在尊重事实的基础上勇于独立思考,标新立异。事物发展的内在规律原本就不是凭哪个“权威”就能够全部包揽和彻底解释清楚的。再聪明的科学家对于某一事物内在规律的认识也都无一例外地存在着局限性和阶段性。敢于直面国际权威人士理论中的偏颇和谬误,富于挑战精神和生产实践的人才是一个真正学者所应该具备的胆识。而善于从发展的眼光出发来看待客观事物恰恰又是衡量一个真正的学者尺度。“半路出家”的翁友彬正是这样一个人物。

    翁友彬不仅重视发明创造的实质性和应用,而且善于从实践中总结经验,使之成为理论。从其在报刊上发表的几十篇论文,尤其是录入于2006年初召开的“国际水协第五届世界水大会”交流论文的“关于水头损失根源的力学理论探讨”就是其杰出的代表作之一。从许多“真空流”论文的理论框架建立中不难体会到那种令人折服的科技内涵。在水输送过程中能量损失的问题上,国内外学者一向认为“水的粘滞性是产生水头损失的最大根源”,这一颇具权威性和影响力的学说不仅在水力学理论的其他分支上作为典范得到过广泛的支持和应用,而且在实际应用当中也曾影响过相当一批水利工程的计算和论证。依据该理论导致许多工程计算与实际数据不相吻合,只好不切实际地套用一些经验公式并机械地认为“粘滞性理论”是无可非议的。素以求实精神见长且又具有敏锐洞察力的翁友彬先生,早在十几年前就已经了解到关于粘性理论的学说,并且一度对那些工程当中生搬硬套经验公式的作法产生过怀疑。在后来所进行的多项“真空流”改造工程数据采集中他惊奇地发现,在全国各地的自来水管网和长距离引水工程中都存在严重的“空气阻水”现象。这就充分地验证了他最初对水粘滞性形成内部阻力那套理论持怀疑态度的正确性。他以科学工作者的睿智和对科学现象敏锐的洞察力充分地证实了这套理论在长距离引水、自来水配水工程实际运用中的局限性,以及所犯的本质性的错误。那么,很显然那种以偏概全、不切实际地套用权威的做法和依此所建立起来的理论是不科学的,也是不负责任的做法。

    大概翁友彬命中注定与流体有着不解之缘,当虹吸装置的雏形初现,他就隐约感觉到虹吸管借助于大气压产生的作用非比寻常,将会引起输水领域突破性的重大影响,事实已充分证实了他的预想。十几年含辛茹苦、磨练操劳、无数次实验,他对虹吸输水技术的研究几近痴迷,终于功夫不负有心人,虹吸管直径冲破了上限,奇迹不断涌现出来。为了观察管道流体出流的状态,翁友彬曾经连续七天七夜守在水厂边的一间破旧房子里,隔一小时记录一次流量,经过细致观察,他发现无论是重力自流或是水泵加压,管子出口水流都呈白色泡沫状。改用真空输水装置出流却一反常态,水流呈无色透明状。这一直观现象的出现,令他如获至宝。他从中发现了蕴涵在现象背后的深刻本质。原有的两种输水形式 “重力流”和“压力流”在输送过程中都不断掺入空气,而新形式“真空流”不但不掺气,而且能自动“驱气”,让水流在真空环境中排除气体干扰,流速加快,流量增加,水就能自动送达原来的“无水区”,达到最大的充盈度。他还研究出一种新的科学方法,测试出阻碍水运行的空气容积,并将几米长的一条纵走向的管子,能出现“水不往低处流”的有趣现象,他从中整理归纳了将在今后对水力学影响深远的“气阻定律”,并打破几百年水力学关于流体最大阻力源自于水分子之间粘滞力的假设,提出了气阻才是流体能量损失最大根源的论断。伴随着工程实践的同时着手流体基础理论研究,翁友彬的研究课题越发深入广泛,从虹吸管到水库清淤、回灌地下水、防汛溢洪、工业循环水,进而延伸到长距离引水、水力发电、自来水配水。近几年,其应用范围逐步扩大到人工自然瀑布、海洋洋底自动吸取矿产等多个领域。在多次全国专家云集的研讨会上,翁先生以当仁不让的实践经验和专业水准成为大会的焦点,丝毫不逊色于“科班出身”的专家教授。

    正确理论的确立基于对客观世界本质的尊重和积极的认识,这是决定科学事业发展的前提和关键之所在。人类对于客观规律的认识和揭示,只有本着发展的眼光在不断修正已往过失的前提下才会有无限光明的前途。

    四、合家与欢乐

    从公职到个体研发,翁友彬成了非职务发明家,他和妻子一起在十几年创造发明生涯中共申请了具有自主知识产权的真空输水技术四项国家发明专利,另外还有“剪阀”、“特大功率潜水泵”等多项实用新型专利,一些专利由于没有经费维持而不得不放弃。目前社会上有许多非职务发明人,他们对发明创造有一种天生执着的痴狂,有人称他们为“科技流浪汉”,这些人大多生活惨淡,有的更因得不到家庭的支持而妻离子散,其艰辛窘迫生活令人同情。相比之下,翁友彬夫妇的共同执着则更令人敬服。翁友彬夫妇的“科技流浪”生涯虽无“扶持”,但他们一边勤奋的利用己掌握的高精密研磨技术开展对外机械加工业务,一边勤俭维持着低水平的生计和不菲的科研投入。值得庆幸的是周围的许多亲友支持他们,从研究场所到经费,虽负债累累,但没有断炊,在各方面的配合下,翁友彬的创造发明一步一个脚印的循序迈进着,逐渐走向光明的彼岸。终于,从2004年至今,短短不到两年的时间里,他的发明在浙江等省得到了有效实施,不但还清了债务,而且壮大了规模,开办了自己的公司。

    说到非职务发明的艰难,显然最大的问题仍是专利实施困难。造成困难的因素很多,有资金问题、科技含量的问题以及上述提到的技术完善等问题,还有人抱怨立项难、推广难等等。翁友彬在克服这些困难,经历了失败的教训,不仅埋头研究,还到全国各地找专家研讨取经,参加众多学术会议使其技术不断得以提高。父母不断的进取心,熏陶了他们的独生女,女儿自幼立志继承父业,在报考大学时毅然选择了水利专业,决心在理论上对“真空高速流”继续深入研究完善。目前,她刚刚本科毕业就已成为公司的一个重要科技技术骨干。

    五、“十一五”与展望

    党的十六届五中全会强调,要把自主创新作为制定“十一五”规划的着力点,提高自主创新能力,是保持经济长期平稳较快发展的重要支撑,是调整经济结构、转变经济增长方式的重要支撑,是建设资源节约型、环境友好型社会的重要支撑,也是提高我国经济的国际竞争力和抗风险能力的重要支撑。

    科技部部长徐冠华曾经在一场报告中指出,被称为科技“小人物”的科技工作者,实在是一个大大的群体,在科研队伍中他们占有很大比例。诚然,科研工作要从“小人物”做起,许多成名成家的科研人员也是从最初的不被关注,经过艰苦努力,在科研工作中做出了大成绩而受到社会关注的。翁友彬一家三口都是科技“小人物”,其创造的“真空高速输水”技术已涉及国民经济的方方面面,由于技术装置在运行中不消耗动力,并能大幅度提高流量,在能源紧缺的今天尤显举足轻重。

    翁友彬称有三个心愿要完成实现,第一是解决无动力输水和防汛问题;第二是让中国拥有独立的数千米深海锰矿资源采集技术;第三是完成“真空流”理论的基础研究。

    他的心愿一是能使用虹吸技术的地方都能实现无动力输水的真空流技术;凡是汛期洪水高于城市地面的江河水库,沿江河堤岸均架设一定数量的大口径虹吸管直接溢洪,使洪水降到安全界线以下,让汛期来临之时,老百姓能高枕无忧,免受损失。浪费人力物力的防汛抢险方法应该由技术含量高的自动溢洪设备来替代,继承大禹精神科学治水。水不成灾是翁友彬的第一个心愿;

    二是让中国尽快富强,浩瀚的海洋蕴藏着丰富的矿产资源,其中包括多金属结核、富钴结壳、热液硫化矿等,开发海洋已经成为世界主要大国的重要战略目标。金属锰结核是一种具有很大开采价值的深海矿物资源,直径一般为1mm~200mm,广泛地分布于大洋4000米~6000米深的海底沉积物上。不久前联合国宣布我国为开采海底矿藏的先驱国家,并划定夏威夷东南海域为我国的开采地区。深海金属矿产资源的开发,由于技术难度特别大,加之各方面的制约,到21世纪,随着陆地金属矿产资源逐渐枯竭和我国国民经济发展对这些矿产资源需求的日益增加,深海金属矿产资源开发必将成为一项高产出、高效益的产业。我国预计2015年才能研究出从深海底向海面输送多种固体矿物的输送技术。时不我待,地球的表面71%已被海水覆盖,而海洋的平均水深是3800米,其中超过2000米的深海区占海洋面积的84%。巨厚的海水,使人类认识深海底部异常困难,以至于人类早已登上月球的今天,仍然无法在深海洋底留下足迹。一般的潜水装置进入不了深海洋底区域,翁友彬发明的无动力真空虹吸矿产大型系统如配置到海上平台上,平台下部均匀分布几对直径数米、深度十米的储料罐作为浮力支撑,大口径钢管直插到洋底深处,虹吸管顶端露出海平面,虹吸管出口安装在深度15米左右储矿罐内,在大气压及强大落差的作用下形成虹吸,若发现该区域蕴藏石油或其它矿产(锰结核),无须任何动力,依靠大气压及数十米的压差势能作用,直径在5mm至150mm的金属结核矿石或热液将从数百米或数千米深被自动抽吸(无须任何外来动力)到离洋面15米深的储矿罐内,再利用动力机械将其提升到采矿平台,可节省常规抽吸动力98%以上。中国若能在这一领域走在世界前列,前途无可限量,年创造价值可达数千亿美元。

    三是完成“真空流”理论的基础研究。300多年来,地球上几乎所有管道输水都是在大于大气压的状态下运行,只有虹吸管高于水面部分产生负压,翁友彬将虹吸管的负压部分串接到长距离“重力管”后出现流量、流速大幅度提高的现象,称之为“真空高速输水”,“真空流”是继“重力流”和“压力流”后诞生的第三种输水形式,由于其出现了一段常规虹吸管无法比拟的高真空,且其流态、流速、流量、管内水充盈度等技术参数均无法用常规理论解释与推算,笔者将现有水力学的研究成果归纳成“正压流”;将这项新领域的研究归纳成“负压流”,它将成为基础水力学理论研究的新方向,成为水力学不可缺少的组成部分,“正压流”与“负压流”理论将相映成辉。

    翁友彬是一个与共和国同龄的人,共和国的“十一五”规划也为他吹响了实现理的号角,但愿“真空高速输水”高新科技在具有原创性自主知识产权产业化和基础理论研究方面都能有更大发展和突破,衷心祝愿翁友彬未了心愿能如期实现。

 
 
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