浅谈长距离压力输水管道复合式排气阀的布置
复合式排气阀技术规范
复合式排气阀技术规范一、用途:复合式排气阀设于管线中,用以迅速排除管中集结的空气,以提高管线的输水效率,同时在管内一旦有负压产生时,能迅速吸入大量空气,以避免管线因负压造成损坏。
二、技术规格:1,排气阀主要由阀体、阀盖、浮球、大排(吸)孔、微排孔及密封件等组成。
2,复合式排气阀应具有以下功能:1)大量排气:当管线初次供水时,管线内的空气能通过大排气孔迅速排除。
当阀腔内水位上升至一定位置时,浮球带动大排密封面紧密关闭。
2)微量排气:当阀腔上方的空气积集到一定程度时,浮球带动密封面脱离微排孔,使积存的空气及时排除。
3)大量吸气:当突然停泵或管线突然断水时,管线内出现负压,此时大排孔迅速打开大量吸气,以避免管线内出现负压水锤造成破坏。
3,阀腔内进口端应设有导流片,以防止高速水流或气流直接冲击浮球装置。
4,排气阀的空气关闭压力应不小于0.7kg/cm2,以保证管内空气充分排除。
5,排气阀的最小水关闭压力应达到0.2kg/cm2,以避免排气阀在不排气情况下漏水。
三、材质:1,阀体及阀盖:球墨铸铁2,浮球:不锈钢3,连杆:铝青铜或不锈钢4,密封垫:丁腈橡胶四、测试检验:1,每个排气阀至少应从完全关闭至完全打开位置,再至完全关闭位置反覆操作测试三次。
2,水关闭压力测试:在0.2kg/cm2水压力情况下,5分钟期间内,阀门能紧密关闭不漏水为合格。
3,空气关闭压力测试:在空气压力为0.7kg/cm2时,排气阀塞头吸起,阻止排气。
五、防腐涂装:阀体、阀盖内外表面,须经喷砂或其它方式处理,除去油锈、水份、污物等杂质,再涂环保型无毒环氧树脂漆两道,总厚度为0.125m/m以上。
所有涂料干后不溶解于水,不影响水质,且不因空气、温度变。
长距离输水管设计要点探讨
长距离输水管设计要点探讨摘要:在社会经济迅猛发展的局势中,国内生态环境恶化程度日益严重化,居民居住范畴中可饮用水资源处于不断减缩的状态,但是在城市化脚步不断提速的情景中,水资源需求量不断增加,并且对水质也提出了高标准,这也是水厂发展进程中积极应用长距离输水管道的原因。
做好输水管道路径与管材选择工作是基础。
关键词:长距离;输水管;设计要点一、长距离输水管道的设计1、长距离输水管道工程的方案设计(1)长距离输水管道途经的地质地理环境比较复杂,有山川河流、公路丘陵等,也可能遇到沼泽、湿地等特殊的地质情况,所以在长距离输水管道工程方案的设计中,要坚持科学、安全、合理、性价比高的原则,结合地质地貌的实际情况做好输水方案的设计工作。
(2)在加压输水时,要结合输水管线的长度、自然地势高差情况以及地形因素的影响,做好工程施工方案的前期设计工作。
如果输水管道起、终点高差较大的情况下,可不仅仅采用单级输水的方式,这种方式会带来水泵扬程、功率过高,输水管道承压等级增大,从而提高工程建设投资,同时也会增加输水管道沿线管件压力等级,增大管线建设及维护成本。
在这种情况下,建议考虑多级加压输水方式,为长距离输水管道进行分阶段增压,这样不仅可降低水泵扬程及功率,同时可降低管道承压等级,节省投资。
2、长距离输水管道工程的线路设计(1)选择输水管道的输送线路,要尽量选择线路长度短,途中地质地理条件较好的路线。
避免因为沿途的地势起伏过大,需要增加土石工程建设工作量,增加投资成本。
要尽量选择避免穿越农田、林地等具有经济价值的地块,尽量避免征拆迁,以减少管线建设的土地赔偿费用。
(2))设计输水管道线路时,要避免穿越地质恶劣条件地区,比如经常发生山体缓坡、岩石塌方的路段,还要避免穿越河流、山川、沼泽地区,避免在铁路道路基础旁边、大型河流的泄洪地区进行管线建设。
若需穿越铁路、公路,则需特殊处理,如采用顶管施工等方案,并按铁路、公路管理单位要求设置相应的阀门等设施,以达到快速关闭输水管道的要求。
长距离输水管的要求
长距离输水管的要求(水利方面)一、管材及接口输水干管穿越公路时,管道水平及垂直转弯段弯管为钢管,其余采用顶应力筋混凝土管.橡胶圈柔性接口。
预应力混凝土管0+000—9+000选用0.8MPa,其余均采用0.6MPa。
阀门附件与管道采用法兰连接。
管道水平、垂直转弯处设置支墩,镇墩,硷采用c15。
二、施工放线施工单位以建设单位移交的控制桩及桩号、水准桩及桩号为依据,进行管道轴线的定位放线,校对轴线高程及管线长度,遇弯道处测出实际管轴线转角,经建设单位和设计单位验线后方可开挖.分区段的定位放线必须要控制轴线、高程的准确和统一,自检、复检合格后方可进行下一道工序。
三、基槽开挖基槽按设计断面开挖,以区段内设计管道中心线,基底高程为控制,不允许超挖。
如出现超挖,应用与基料土相同的土料回填,并夯实至原土95%以上密实度.本设计管道直接座于原土上,要求管基包角为120度,如有间隙,可有粗沙垫实.可采用机械挖土,但应在设计基底上留有200mm以上的保护层,管道按装前人工清理并夯实至设计标高,并保证原状土层不被扰动。
管基包角及承口部位应局部挖成槽坑。
坑深度及大小应.与承口外形相适应。
施工中如出现土质差异较大或遇有淤泥等异常悄况。
应及时报告建设单位和设计单位.进行基础处理后方可进行下一道施工工序。
管道穿越建筑物时,由方工草位、建设单位和设计单位现场处理。
雨季及有地下水情况时,应有降排水措施,基坑内不允许有积水,以达到干燥施工。
遇有水沟、河道、卤渠或地下水位较高情况时,据现场情况由建设单位、设计单位和施工单位三方现场确定排水降水方案及基础处理措施。
四,管道安装管道安装要求按反水流方向自下而上及承口向前的原则进行施工.管道安装前应清除管道表面浮土和各种杂物,进行外观标志的复查,清理承口、插口工作面及密封圈上粘连的杂物。
长距离输水工程有关技术问题的探讨
长距离输水工程有关技术问题的探讨论文作者:陈涌城摘要:概述华北院承担在建长距离输水工程实例,论述长距离输水工程管材的选择,水锤的防护技术与安全措施,经济流速的计算与经济管径的确定方法。
关键词:长距离输水工程水锤经济流速经济管径华北设计院自78年以来承担和参加国内大型长距离输水工程累积18项之多,如天津市“引滦入津”工程,大连市“引碧入连”工程,石家庄引岗黄水库水工程等等,目前正在设计或正在施工中尚有8项,列表如下:长距离输水工程在建项目表序号工程名称工程简介工程进展情况1邯郸市“岳济邯”工程(二期)岳城水库至铁西水厂,管道总长56km(重力流),规模10万m3/d,工压0.4-0.5Mpa,采用DN1200预应力混凝土管长36km,DN1400预应力混凝土管20km。
输水线路走向同一期施工图设计阶段2长治市辛安引水工程(二期)辛安水源至长治水厂输水规模8.64万m3/d(lm3/s),采用DN1000钢管,δ=10mm,工压1.8Mpa,L=12km;DN1000预应力混凝土管,工压0.6Mpa,L=12km;DN900预应力混凝土管,工压0.6Mpa,L=12.17km正在进行管材与施工队伍的招投标。
3衡水市“引湖入衡”工程衡水湖至衡水市水厂,规模10万m3/d,工压0.4Mpa,采用2根DN800预应力混凝土管,管长L=9.8km(其中穿越河道采用钢管)取水工程正在施工,取水管道已敷设6km。
4呼和浩特市引黄供水工程黄河浦滩拐至金河水厂,总长82.16km1)二道洼水库上段,规模40万m3/d,采用二根DN1600球墨铸铁管,长2.73km,工压0.8Mpa;采用DN2000PCCP管(预应力钢套筒混凝土管),长62.96km,工压0.6Mpa。
2)二道洼水库下段(重力流),规模20万m3/d,采用二根DN2000预应力混凝土管,工压0.4Mpa,长16.47km。
取水泵站正在建设,二根球墨铸铁管敷设完毕,PCCP管与PCP管正在施工。
浅谈供水管道排气阀故障及维护
浅谈供水管道排气阀故障及维护2河北省水利工程局一处摘要:复合式双筒高速进排气阀(以下简称排气阀)是供排水管道专用的进排气控制装置,排气阀起到至关重要的作用。
在实际工作中发现排气阀的常见故障,分析原因并找到相应的处理及保养方法,为保障安全供水奠定基础。
关键词:排气阀;管道;浮球排气阀:一种同时具备大、小进排气孔,当管道空管充水时实现快速排气,当管道内产生负压时又能快速进气,且在工作压力下可排出管道中集结气体的进、排气装置。
一、排气阀的工作原理㈠当管道开始进水时,大、小浮球一直停在阀腔的底部,此时管网内气体由主排气孔进行大量排出;当气体排完时,水进入阀腔内,把浮球托起,关闭排气口,停止排气。
㈡当管道正常输水时,产生的气体会聚到阀体内上部,当气体聚积到一定的压力,阀体内水位下降,小浮球随之下降,聚积的气体从小排气口排出。
㈢当出现停电、停泵,管道内出现水流空或遇管内产生负压力,浮球顺水下降,大孔和小孔打开,吸入大量管外空气,以确保管道安全。
㈣复合式排气阀使用性能可靠,可以将管道中的大量空气、系统运行中的少量气体,高速排到外界空气中。
二、排气阀的重要作用㈠解决气阻及爆管。
在输水管道的一些局部高点以及部分节点安装复合式进排气阀,在供水初期将管道中大量的空气排出,当大量空气排完,排气阀在水力作用下关闭,有效保护管线。
系统正常运行时管线中析出的少量空气,通过微量排气阀不间断的排出,消除所有气囊,解决气阻带来的危害。
㈡消除水锤带来的危害。
事故停泵时,当管线中水柱被拉断而产生真空负压时,进排气阀大量吸气,避免负压过大而使管道塌陷。
当负压消除完毕、水柱流速降下来后,水柱在自身重力作用下回流时,进排气阀以适当速度排气,避免弥合性水锤产生的巨大水锤升压,保证输水系统的安全。
㈢使管道检修时安全泄水。
当输水管线停水检修时,需放空管道内的存水。
此时,管线上的进排气阀需要及时补气,一方面使泄水阀泄水通畅,另一方面,防止因负压过大导致的管道坍塌。
长距离有压重力流输水在供水工程中的设计及应用
长距离有压重力流输水在供水工程中的设计及应用摘要:对于一些水资源稀缺的地区,为了满足基本的生活用水和工业用水,必须要依靠相关的管道进行输水。
为了保证长距离输水的安全性,供水工程一般会利用有压重力流进行输水,本文就此进行探讨。
关键词:长距离有压重力流输水供水工程设计应用我国水资源分配不均的现状,阻碍了一些地区经济的发展,为了促进这些地区的发展,需要往这些地区进行输水。
由于长距离有压重力流输水工程,在输水的过程中,具有水分蒸发少、环保等优点,被广泛应用在了供水工程中。
但是,为了保证输水的安全性,必须要对其进行合理的设计,计算输水的水力,合理的布置管道,才可以保证供水工程的长远发展。
本文以青海海东地区的输水工程为例,进行探讨。
一、工程概况循化撒拉族自治县位于青海省东部,地处青藏高原边缘地带,祁连山支脉拉鸡山东端,四面环山,山谷相间,黄河流经县境,川道平衍,森林茂密,农田肥沃,牧草丰美。
小积石山支脉——达里加山位于境内东部,周毛卡山位于南部,郭毛喀山位于西南部。
由于黄河流贯全境,四周又多是高山,大西北干燥的季节风相对来说不易侵入,黄河上空蒸腾的水分增加了空气中的湿度。
形成了高原大陆性气候,其特点是:气候温和、夏无酷署、冬不甚寒、日照时间长、太阳辐射强、昼夜温差悬殊。
降雨量少,蒸发量大,春季十年九旱,多东南风,夏季雷暴雨,冰雹频繁,从黄河沿岸到南部山区,海拔逐渐升高;随之光、热、水垂直变化也很明显。
全年降雨量264.9毫米,南北差异很大,分布不匀,主要降水量集中在6-8月,占全年总降水量的63.5%。
循化县白庄镇至清水乡人畜饮水工程设计规模4902.18m3/d,输水干管管道全长50.15km,全线采用有压重力流输水。
管道多建设于山脚,项目区位于青藏高原东部与陇东黄土高原的交汇地带。
在内外地质营力的长期作用下,形成了河谷、丘陵、山脉相间的地貌景观,按地貌的成因类型和形态特征,可将区域内的地貌划分为构造剥蚀中山、构造侵蚀低中山—丘陵、山前洪积平原及河谷冲洪积带状平原几种基本类型。
输水管道排气阀的增设
输水管道排气阀的增设随着现代城市的不断发展,城市供水系统也在不断完善和发展。
而水管道排气阀作为重要的组成部分,在城市输水系统中起着至关重要的作用。
为了更好地保证水管道输送水的质量和效率,增设排气阀已经成为一种常见的做法。
下面本篇论文将就输水管道排气阀的增设进行深入探讨。
一、输水管道排气阀的作用1.1 排水和消除空气输水管道中常常存在着气体和水的混合物。
当输水管道开始供水时,水会逐渐充满整个管道,而气体则会聚集在管道的高位。
如果管道中存在气体,就会影响供水的效率,同时还会产生噪声和水流动时的震动。
此时,必须通过排气阀来排放气体,消除管道中的空气,保证管道中的水流畅通无阻。
1.2 减少水压变化当两个相互连通的管道在某个断面连接时,就会形成一个“水锤”效应。
当调节阀或泵的工作状态改变时,就会产生远高于正常工作水压的冲击波,导致管道的压力变化。
这种变化可引起管道破裂或泵的损坏,通过增设排气阀能够有效地减少水压变化,保证管道的安全运营。
二、排气阀的类型2.1 手动排气阀全手动排气阀通常设有放气口和芯阀,通过人工操作来排放气体。
其连通件采用铜、钢、铸铁等材质,由于操作简单容易操作,仍然是一种常见的排气阀。
2.2 自动排气阀自动排气阀是一种能自动排放气体的排气设备,采用普通铸铁、铜、不锈钢、塑料等材质制造,具有排气能力强、操作方便、安装灵活等优点。
自动排气阀设有浮球及阀体,当管道的气体浓度达到一定极限时,浮球上升,排气阀自动开启,将管道中的气体排放出去。
2.3 可调式排气阀可调式排气阀由浮球、气阀芯以及排气管组成,多用于需要排气的管道、设备以及容器的顶部。
它可以通过调整排气量的调节装置来逐步排除管道中的气体,保持管道的良好状态和安全。
三、排气阀的选择3.1 选择排气阀的类型根据排气策略,得出排气效率、时间、管道的大小、气体性质等条件,应根据具体情况选择不同类型的管道排气阀。
如果管道长度较短,气体排放量不大,那么可以选择手动排气阀;如果管道长度较长,管道水平程度较低,排气量大,应选择自动排气阀;如果气体排放量较大,或者气体易于聚集在管道高处,应选择可调式排气阀,以保证排气效率和灵活性。
复合式排气阀安装要素及特点分析
前,要先检查并清除主体内的杂物。在阀前装一只闸阀, 以便下次的安装维修。2.阀如果安装于荫井内,应有足够 空间以便容纳技术人员调整及维护工作。3.若排气阀安装 于室外,请注意阀门的保温,以防
阀门内水结冰或冻裂阀门。4.若排气阀所在管线送断水频 繁,建议在排气阀前加装一个缓冲阀。5.运用于管道排气 的复合式排气阀应安装在热水循环的顶端,气体容易堆 积的地方。6.复合式排气阀气帽为
置完善:它的O型密封圈使用的优化材料是EPDM,能保 证在高温下O型密封圈仍然有良好的弹性和运行可靠性。 3.内部结构性能良好:排气阀阀芯的内部弹簧采用的是特 殊的材料,并采用进口镀镍不锈钢
,能防止阀芯氧化,影响阀芯的运动。同时复合式排气 阀排气阀的排气机制非常可靠,在出厂前每只阀均通过 排气实验和压力密封实验。单个的组件均由高精度铸造 而成,从而得到完美的装配。4.设计独特:
防止杂质掉入排气孔,使用时应稍拧松排气帽,便于排 气。如果排气帽是安全吸湿排气帽,则应完全拧紧。7.安 装于暖气片的复合式排气阀排气方向应垂直向上。8.复合 式排气阀不能安装在容易冻结的地方
。复合式排气阀的特点:1.性能可靠:它的排放装置材料 一般使用的是PK-EP,和所有已知的合成材料相比,PK-EP 有最好的性能和最高的可靠性,能承受的高温比排气阀 的工作温度高很多。2.配
汽、水分离盘设计,采用特殊的结构,保证排气时绝不 排水。通过上面的介绍,想必大家也应该了解到,其实 复合式排气阀的安装是具有一定的风险性的,在安装过 程中,阀帽应该一直处于开启状态,否则管道
内挤压的热空气或者污水就会由于压力直接涌出,给人 造成难以预估的伤害。同时如果复合式排气阀出现了供 暖系统断电,管道破裂等情况,一定要立即检修,检查 整个管道是否运输通畅,ห้องสมุดไป่ตู้免造成更大的损失
浅议供水管道中排气阀的设置及注意事项
浅议供水管道中排气阀的设置及注意事项海丰供水工程设计有限公司尚喜权摘要:排气阀对保障供水管道系统的正常运行,降低动力费用起着极其重要的作用,因此必须首先了解供水管道中气体产生的原因,对管道的危害;其次要了解排气阀的工作原理,种类及各种排气阀适用条件,以保证能正确选用和使用排气阀,排除安全事故隐患,确保供水管道安全平稳运行。
关健词:排气阀工作原理种类安装位置选型供水管道中的排气阀,是保证供水管道安全运行的重要设备,一般设在供水管道最高点或闭气的地方,其主要作用为:当管道正常运行时,将积聚在管道内高处的气体,或管道因突然停电.停泵造成负压时,正常排气或进气,使管道运行正常。
一、排气阀的工作原理当供水管道运行时,管道中的气体一般会聚集在管道的最高处,因此排气阀一般都安装在管道最高处,当供水管道运行时,管内气体进入排气阀阀体内部后,气体会聚集在排气阀阀腔的上部,随着阀内气体的增多,压力上升,当气体压力大于管道压力时,气体会使阀腔内水面下降,此时浮筒会随着水位一起下降,打开排气口;当气体排尽后,水位上升,浮筒也随之上升,此时排气口关闭。
当系统中产生负压时,阀腔中水面下降,排气口打开,由于此时外界大气压力比系统压力大,所以大气通过排气口进入系统,以防止负压的危害。
二、管道内产生气体的原因1、管道施工完毕通水前,管道内积存的气体。
2、水泵运行时,水泵运转时带入的大量空气。
3、水泵工作时因泵前泵后压力调节变化较大而产生气体。
4、当管道系统因突然停泵形成负压通过排气阀进入的空气。
5、管道因维修停水而进入的空气。
三、管道存气的危害1、在一般情况下,水中约含2VOL%的溶解空气,在输水过程中,这些空气由水中不断地释放出来,聚集在管线的高点处,形成空气袋,使输水变得困难,系统的输水能力可因此下降约5-15%,由于供水管道中存在气体,严重时会形成气阻,使管道过流断面减小,使过水量减小,另外由于过流断面减少,增加水头损失,水泵能耗将增加0.11~0.13,使管道运行费用增大。
长距离输水管道设计
长距离输水管道设计中的几个问题探讨1长距离输水管道管材的选择随着我国经济开展和城市化进程的加快,城市及工业用水量迅速增加,长距离输水工程是解决用水量迅速增加的主要措施之一。
输水管道在新材料、新技术应用方面有了较大进步。
管道投资占整个输水工程的绝大比重,因此管材的选择应从工程的规模、重要性、管径、工作压力、地形地质、工期、资金等方面综合分析确定,以到达性价比最优。
常用的输水管道有钢管、球墨铸铁管、预应力混凝土管、预应力钢筒混凝土管〔PCCP〕、玻璃钢管、聚乙烯塑料管〔PVC-U〕、超高分子量聚乙烯管等,就上述管材选择说明比拟如下1.1钢管钢管应用历史较长,围广,是一种传统的输水管材。
钢管一般选用螺旋焊接与直缝焊接收,具有强度高、可靠性高、适应性强等优点,但耐腐蚀性差,使用寿命一般不超过25年。
为延长钢管寿命,需对其进展防腐处理和保护,其方法可采用涂料加牺牲阳极的复合防腐措施。
钢管、外防腐采用国家卫生部许可的GZ-2新型高分子防腐涂料,壁防腐级别为普通级,采用二底二面,漆膜干膜厚80~100μm;外壁防腐级别为重加强级,采用二布四油,漆膜干膜厚280~300μm;牺牲阳极保护块间隔一定距离通过电缆与钢管连接,加强钢管的抗腐蚀能力。
通过涂料加牺牲阳极的复合防腐措施,可使钢管寿命达50年,但施工复杂,工期长,造价较高。
1.2球墨铸铁管球墨铸铁管是上世纪九十年代广泛应用的输水管材,具有强度高、韧性好、延伸率大、耐腐蚀等特点,壁衬水泥磨光防腐,外壁采用喷锌后涂沥青防腐,采用柔性T型接口,适应变形能力强,止水效果好,是一种较理想的输水管材。
1.3预应力混凝土管预应力混凝土管按其生产工艺分两种,一种是一阶段管即一次成型;一种是三阶段管。
预应力混凝土管因加工工艺简单,造价最低,但管材生产过程中存在弊病,如三阶段喷浆质量不稳定,易脱落和起鼓;一阶段管在施加予应力时不易控制,造成质量不稳定、不均一,且因重量大造成运输安装不方便,使其应用受到了限制,该管道为最经济的管材,可根据供水重要性适中选用。
浅谈长距离管道输水工程设计
浅谈长距离管道输水工程设计作者:胡兴昕来源:《城市建设理论研究》2011年第07期摘要:长距离输水管道目前已在城市供水,农灌泵站等领域中广泛采用,而输水管道设计合理与否,将对工程投资、施工、运行管理等方面产生很大影响。
本文对长距离管道输水工程中管材的选择、输水管道的数量、通气及输水管道的粗糙系数n值选取等技术问题,进行了探讨。
关键词:长距离管道输水;管材管道;选择1长距离输水管道管材的选择合理选择管材对长距离输水工程十分重要。
不仅是输水管道安全运行的关键,而且还决定工程造价的高低。
管材选择应根据管径、内压、外部荷载,管道敷设区的地形、地质、管材的供应,按照施工方便、运行安全、经济合理的原则确定。
在城市长距离输水工程中,管道直径大都在1m以上,管道输水工程常用的管材有球墨铸铁管、钢管、预应力钢筋混凝土管、预应力钢筒混凝土管、玻璃钢复合管道。
1.1大口径球墨铸铁管大口径球墨铸铁管用于国内输水工程已有10a时间,在生产、使用过程中已经积累了一定经验。
球墨铸铁管的特点是强度高韧性大、耐腐蚀能力强,并且接口采用“T”型接头,施工安装方便,有很强的适应地基变形和抗震能力,但价格较贵。
1.2钢管钢管应用历史悠久,范围广,是一种常用的安全管材。
优点是适应性强,加工灵活方便,可承受较高的内压。
缺点是不宜承受较大的外荷载,一般超过4m时,就要考虑加固处理。
另外,钢管防腐麻烦,总造价高,一旦防腐處理不当,将直接影响其使用寿命和输水能力。
钢管还应根据工程的具体情况考虑伸缩节等措施,以保证输水安全。
1.3预应力钢筋混凝土管预应力钢筋混凝土管在我国应用较为广泛。
一度成为长距离输水工程的主要管材。
其特点是工程总造价低,抗震性能及水力条件好,不需做防腐处理,是一种适合长距离重力流输水的经济管材。
其缺点是笨重、运输及施工不方便。
由于工艺原因存在空鼓或出现承口圆形不规则等,易引起渗漏。
1.4预应力钢筒混凝土管预应力钢筒混凝土管不仅具备预应力钢筋混凝土管及钢管的双重优点,而且弥补了各自的不足之处。
浅议供水管道中排气阀的设置及注意事项
浅议供水管道中排气阀的设置及注意事项在城市供水系统中,水从处理厂输出到各个居民的水龙头,需要经过较长的管道,而管道中气体的存在会影响水的流动性能,甚至导致管道破裂。
为了解决这个问题,供水管道中需要设置排气阀。
本文将探讨在供水管道中设置排气阀的目的、种类以及设置注意事项。
一、排气阀的作用排气阀主要用于排除管道内的气体,防止气体堆积,影响水的流动及造成其他问题。
排气阀的作用主要有以下几点:1.排气阀能在管道启用后迅速排除管道气体,使管内形成一定的负压,保证了出水口的供水。
2.排气阀可用于检测管道中是否存在气体堆积,并能迅速判断和清除有害气体对管道造成的腐蚀等问题。
3.排气阀的设置可避免管道水锈腐蚀,避免管道内产生空气锈、水锈等污染物。
二、排气阀的种类根据不同的应用场景和设计要求,排气阀的种类也有所不同。
目前市面上常见的排气阀主要有以下几种:1.人工开启排气阀:该类排气阀根据管道设计及实际需求,由操作人员通过手动开启排气阀实现排气。
2.自动排气阀:自动排气阀会自动检测管道内气体堆积情况,在管道内通过一个浮球或氮气泄放装置来控制气体的排放。
该类排气阀操作相对较为简单,维护成本也相对较低,因此比较常用。
3.电磁控制排气阀:电磁控制排气阀是一种节能型排气阀,只有在管道内气体达到一定程度才会开启,排除气体。
该类排气阀适用于管道内气体的堆积较少的场景,如无序供水较多的城市。
三、排气阀的设置在安装排气阀时,需要注意以下几点:1.排气阀的布置应在管道的下方,以保证排气阀能及时排放管道内气体,不能直接接在饮用水龙头底下。
2.排气阀应设置在管道的高点处,以便更好的排放管道内的气体。
排气阀的布置应符合设计图纸或现场实际情况,满足排气要求。
3.定期对排气阀进行清理和维护,确保排气阀的畅通性。
排气阀清理时需切断出口水源,进行管道放水,防止管道内产生负压。
4.建议根据不同的应用场景和排水量,选用合适的排气阀型号及配置数量,以实现最好的排气效果。
排气阀设置对长距离输水管道内压强及流速的影响研究
文章编号:1006 2610(2023)05 0096 06排气阀设置对长距离输水管道内压强及流速的影响研究周 斌1,马晓丽2(1.甘肃省临夏回族自治州水务局,甘肃临夏 731100;2.甘肃省临夏回族自治州广河县水务局,甘肃临夏 731300)摘 要:为揭示排气阀设置对供水管路因地形起伏而引起的管道内流特性的影响,以甘肃临夏引黄济临供水工程输水管段为对象,研究了设置排气阀和不设置排气阀对管路关键位置水流流态㊁压强和流速的影响㊂结果表明:1-1㊁2-2断面和3-3断面必须设置排气阀,4-4㊁5-5断面和6-6断面可以不设置排气阀㊂1-1㊁2-2断面和3-3断面不设置排气阀时,通水后管道截面仅有不到50%为水流,关键断面存在不同程度的回流,加大了水在管道中流动的摩擦阻力和局部阻力,设置排气阀后,管道内压力最大可降低10546Pa,断面中心区域的水流近似均匀直线流,断面的回流旋涡消失,各断面中心区域的水流速度分布更均匀㊂关键词:压力输水;气液两相流;压强;速度分布中图分类号:TU991.39 文献标志码:A DOI :10.3969/j.issn.1006-2610.2023.05.017Influence of Vent Valve on Pressure and Flow Rate in Long -Distance Water PipelinesZHOU Bin 1,MA Xiaoli 2(1.Water Authority of Linxia Hui Autonomous Prefecture ,Gansu Province ,Linxia 731100,China ;2.Water Authority of Guanghe County ,Linxia Hui Autonomous Prefecture ,Gansu Province ,Linxia 731300,China )Abstract :In order to find out the influence of the vent valve setting on the internal flow characteristics of the water supply pipeline caused by the terrain undulations ,the water pipeline section of the Diversion Project of Yellow River to Linxia in Gansu province is taken as the study object.Pipeline sections furnished with or without vent valve is respectively studied to find out the influence of vent valve on water flow pat⁃tern ,pressure and flow rate at key sections of the pipeline.The results show that vent valves must be furnished at sections 1-1,2-2and 3-3,while vent valves do not need to be installed at sections 4-4,5-5and 6-6.Without vent valve at sections 1-1,2-2and 3-3,less than 50%of the pipeline section is filled with water flow and certain backflow occurs at key sections ,which increases the frictional resistance and local resistance of water flow in the pipeline.After installing the vent valve ,the pressure in the pipeline can be reduced by up to 10546Pa ,the water flow in the center area of the section is approximately a uniform straight flow ,the backflow vortex in the section disappears ,and the water flow velocity in the center area of each section is more evenly distributed.Key words :pressurized water conveyance ;gas-liquid two-phase flow ;pressure ;velocity distribution 收稿日期:2023-05-30 作者简介:周斌(1990-),男,甘肃省临夏市人,主要从事水利工程管理及水旱灾害防御等工作. 基金项目:甘肃省水利重点科研计划(2017KJTG076㊁2019KJTG021).0 前 言水的供应与城市的发展紧密相连,是影响城市快速发展的重要因素㊂随着经济发展和社会进步,人们对供水服务的水质㊁水量和供水稳定性要求越来越高,用水和供水的矛盾日益突出[1]㊂大量的实践证明,长距离输水工程是解决城市日益增长的生活生产用水与城市水资源匮乏之间矛盾的最有效技术手段之一[2]㊂但长距离输水工程由于地势起伏变化大,管线布设随地形蜿蜒起伏,导致管道内水力过渡过程不稳定,管道内压力变化剧烈,容易引发气体堵塞和出流不均匀,严重时可导致爆管等事故[3-4]㊂因此,如何通过合理的技术手段提高供水管路系统的安全性与可靠性,是长距离输水工程在设计之初考虑的重要问题,也使得管道内气液两相流动特性的研究受到越来越多的学者关注和重视[5-6]㊂===============================================供水管道在首次通水或因故排空管道后重新投入使用时,均需对管道进行充水[7],但管道充水过程中存在着水柱分离现象和因充水过快而带来的气堵问题,使管道内形成气液两相流动[8-9]㊂而管道存气不仅是诱发水击造成爆管的主要因素之一[10],也会增加供水的动力消耗,影响输水稳定性㊂因此,通过合理设置排气系统,排出长距离输水管道中的气体,降低气体带来的不利影响,是提高整个输水系统平稳运行的关键㊂排气阀设置是长距离输水系统中防止气阻及爆管,降低水锤不利效应的有效手段,国内外许多学者也开展了相关研究[11-13],但对于管道充水过程中排气阀设置引起的管道内流动速度及压强的变化还鲜有报道㊂基于此,本研究以甘肃省临夏回族自治州(简称 临夏州”)引黄济临供水工程起伏最大管段(二泵站 高位水池,管线长度2.90km,设计总扬程97.38m)为研究对象,选取特征断面和剖面,采用数值模拟的方法,研究在实际工况流量(0.539m 3/s)条件下,排气阀设置前后管道内水流流态㊁压强和流速的动态变化,以期为管路设计和安全㊁节能运行提供理论支撑㊂1 管道模型与数值方法1.1 管道几何模型为研究排气阀设置对管道内水流特性的影响,对引黄济临供水工程二泵站-高位水池2.90km 的管段进行建模,管道直径1.10m,设置6个横断面和4个纵向剖面进行监测,如图1所示㊂由于水流从二泵站流向高位水池,根据预试验结果,在距离二泵站较远的高位水池附近设置的观测断面较密集,来研究管道内水流流动特性㊂图1 研究管段及选取断面与剖面1.2 湍流模型由于管道内水流速度较低,为不可压缩流体,因此管道内流场特性的控制方程采用不可压缩雷诺平均方程(RANS),湍流模型采用标准的k -ε模型,其具体形式为[14]:ə(ρk )ət +ə(ρu i k )əx i =əəx j [(μ+μt σk )ək əx j ]+G k -ρε(1)əət (ρε)+əəx i (ρεu i )=əəx j [(μ+μt σε)əεəx j ]+ρC 1Eε-ρC 2ε2k +νε(2)式中:C μ为经验系数,取0.09㊂σk 为k 的湍流普朗特数,1.00;σε为ε的湍流普朗特数,1.20;C 1和C 2为ε方程中的常数,分别为1.44和1.92㊂G k 为平均速度梯度引起的湍动能产生项,其可由下式确定G k =μt (əu i əx j +əu j əx i )əu iəx j(3) 湍动能的耗散率ε可以写作:ε=μρ(əu′i əx k )(əu′iəx k)(4) 涡黏系数μt 可以表示为k 和ε的函数:μt =ρC μk 2ε(5)1.3 VOF 多相流模型常见的多相流模型有VOF 模型㊁Mixture 模型和Eulerian 模型等,在VOF 模型中,不同的流体组分共用一套运动方程,通过定义一个相体积分数变量来实现欧拉网格下每一个单元相界面的追踪,可以直接计算所有相的运动情况,间接推导界面的运动状况,避免追踪相界面时遇到界面运动和变形困难[15]㊂主要适用于自由水面㊁分层流动㊁液体中的悬浮大气泡运动以及溃坝水流等的计算,能够较好地捕捉自由表面㊂因此,为了研究管道内可能存在的滞留气体对供水管道内水流流动特性的影响,本文采用VOF 法进行数值计算㊂1.4 网格划分为了提高计算精度,本研究采用六面体结构化网格进行划分,对圆管截面进行 O”型剖分,管道截面网格和主体管路网格如图2所示㊂在管道壁面添加15层编辑层网格,距离壁面第一层网格高度为4.3×10-5m,满足标准k -ε模型要求的y +<30㊂为了验证模拟的网格无关性,对46.3万㊁58.9万和65.6万三套网格的计算结果进行分析,发现58.9万和65.6万网格方案的计算结果较为接近,管道内===============================================压降基本保持恒定,差异在2%以内,考虑计算的经济性,最终选定网格单元数为58.9万的计算方案进行后续数值分析㊂图2 管道截面和主体管道细部网格1.5 边界条件与计算方法边界条件是否准确对数值计算结果的可靠性影响较大,因此在应用数值计算方法求解输水管道内流场特性时,必须给定恰当的边界条件㊂本研究中采用在实际运行过程中二泵站测得的流量㊁压强㊁前池水位等参数,作为计算域的进口边界条件,但以工程运行工况下的压强为进口边界条件所得管道内流量较实际值偏大,这对于管道内流场特性的分析将产生较大影响㊂因此进口边界条件采用质量流量进口,即具有一定质量流量的水流沿垂直于进口方向进入计算区域,取单管实际运行工况下的质量流量0.539m 3/s 进行分析㊂采用压力出口边界条件,压强为大气压,相对压强为零㊂管道壁面边界条件为静止的无滑移壁面边界,由于水流具有黏性,因此与管道壁面接触的水流相对速度为零,且认为管道壁面与周边没有物质和能量交换㊂近壁面采用非平衡的壁面函数法处理㊂ 质量㊁动量控制方程采用改进的QUICK 格式进行离散,改进的QUICK 格式可减少扩散误差,计算精度较高,稳定性好[16]㊂速度与压力耦合采用PI⁃SO 算法,PISO 算法是基于校正压力与速度之间的高度近似关系算法,求解结果精度较高[17]本研究中采用ANSYS Fluent 17.0商业软件完成数值模拟计算㊂管道在投入使用时的充水排气过程是一个非稳态过程,但受篇幅限制,本文仅以瞬态模拟管道充水60min 达到稳定后管道断面和剖面内水流的压强和速度进行分析㊂2 结果分析2.1 压强特性气液两相流动是长距离大起伏引输水管道中容易出现的问题㊂由于管路中气体的存在,会引起管路中压强出现波动,进而产生管路中流动的不稳定㊂图3和图4为管路横断面压强变化,从中可以看出,管路未设置排气阀时(见图3),管路近高位水池断面(1-1㊁2-2断面和3-3断面)气体淤积较为严重,通水后管道截面仅有不到50%为水流,而近二泵站4-4㊁5-5断面和6-6断面管道中气阻现象不明显㊂这主要是因为管道高低起伏,管道在低点的累积气体会滞留在管道内部,随着水流向管段末端流动,管内的滞留气体越来越多,一些气团无法顺利排出,从而影响管道的过流能力㊂设置排气阀后(见图4),管路上部气体淤积明显减轻㊂同时,从图5和图6图3 断面压强(未设排气阀)===============================================图4 断面压强(设置排气阀)管路纵断面的压强变化中也可以看出,管路中各段面设置排气阀后,管路内1-1㊁2-2断面和3-3断面压强降低,过流断面积有所增加,而4-4㊁5-5断面和6-6断面没有明显变化㊂说明4-4㊁5-5断面和6-6断面受气阻影响较小,可以不设置排气阀㊂初步分析主要是由于4-4㊁5-5断面和6-6断面靠近二泵站,地势起伏较小,水泵产生的水压力大于管路内气阻压力;而1-1㊁2-2断面和3-3断面近高位水池,地势起伏较大,同时受到管路沿程水头损失㊁局部水头损失和未设置排气阀产生的累积气阻的影响,水泵产生的水压力受到管路内气阻的影响逐渐增大,因此,设置排气阀前后管道内压力变化较大㊂图5和图6显示了管道内纵向剖面1-1至4-4剖面在设置排气阀前后压强的变化㊂可以看出,未设排气阀时管道内水流和气体流同时存在,因气体的可压缩性,导致管道内流体压力较大,监测横截面压强在60654~254257Pa㊂当设置排气阀后,管道截面压强降低至50465~234541Pa,最大可降低19986Pa,而1-1㊁2-2㊁3-3断面和4-4剖面管道内流体最小压强较设置排气阀前分别下降了10546㊁9104㊁9106Pa和9107Pa,同时管道内液体的流动均匀性较好,很大程度上保证了管道的安全㊂图5 剖面压强(未设排气阀)===============================================图6 剖面压强(设置排气阀)2.2 流速特性图7为实际运行工况下二泵站 高位水池段管道未设空气阀和设置空气阀两种工况下的关键断面速度矢量㊂从中可以看出,管道未设排气阀时,1-1断面和2-2断面内水流存在不同程度的回流,从而在管道内部形成旋涡,加大了水流在管道中流动的摩擦阻力和局部阻力,大大增加管路输水系统的动力消耗和运行成本㊂当管道内设排气阀后,1-1断面和2-2断面除靠近壁面边界层区域外,中心区域的水流近似均匀直线流,大小较为接近,方向基本平行,断面的回流的旋涡消失,管道内形成良好的内部流动,各断面中心区域的水流速度分布更为均匀(见图8)㊂图7 关键断面速度矢量图8 2-2断面流速 图9和图10为实际运行工况下二泵站 高位水池段管道内设置空气阀前后4-4剖面流速云图和矢量图㊂从图9中可以看出,管道未设排气阀时,由于气体的存在,管道内液体流动不均匀㊁不平稳,管道内局部速度突变,容易引起管道振动,严重时会产生剧烈的振动,管道在长时间的振动作用下,易导致连接处松动漏水甚至管道断裂,从而会降低管道的使用寿命㊂管道设排气阀后(见图10),在管道的弯曲处,流速矢量图反馈出其水流流动方向相互平行,管道内水流均匀性和平稳性增加,水头损失大大===============================================减小,有利于工程的节能运行㊂此外,设置排气阀后管道断面的平均流速为0.59m /s,与设计理论值0.57m /s 较为接近,而断面平均流速的实际值较理论值偏大的主要原因是数值模拟建模时忽略了管道部分起伏转折点㊂可见,设置排气阀对长距离起伏输水管路系统的节能安全运行具有重要意义㊂图9 4-4剖面流速及矢量(未设排气阀)图10 4-4剖面流速及矢量(设置排气阀)3 结 论(1)不设置排气阀时,管道液体流动不均匀,管道起伏段出现较多的滞留气团和多点局部聚集气体现象,引起了管道内流态的恶化,产生旋涡;设置排气阀后,整个管道内流态近似均匀直线流,流态稳定,断面速度分布均匀㊂(2)不设置排气阀时,管道截面内因气体淤堵有效过流断面面积不到50%;设置排气阀后,有效过流断面面积增大至整个管道截面,管道输水能力增加㊂(3)不设置排气阀时,管道横截面压强在60654~254257Pa,设置排气阀后管道截面压强降低至50465~234541Pa,最大可降低19986Pa,有利于管路系统的节能安全稳定运行㊂参考文献:[1] 马海晨,程龙.中国西部水资源再配置的必要性与可能性 以大西南诸流域调水西北地区为例[J].西北水电,2021(6):21-24.[2] 付斌,景鹏云,夏武.长距离输水隧洞调流消能阀流体分析研究[J].水利建设与管理,2023,43(5):6-14.[3] 邓安利,蒋劲,兰刚,等.长距离输水工程停泵水锤的空气罐防护特性[J].武汉大学学报(工学版),2015,48(3):402-406.[4] 吴亮.双向调压塔和空气罐在停泵水锤防护措施中的应用[J].西北水电,2018(1):92-94.[5] 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输水管道排气阀的增设
输水管道排气阀的增设一、前言输水管道,主要指水源至净水厂或净水厂至配水管网的管道。
由于输水管道负担全系统供水,且压力较高,所以它的安全运行始终被从水部门和设计部门所重视。
输水管道常见的事故是爆管,引起爆管的原因主要有:温度应力、管材质量、施工质量、地质构造和水锤等。
管道中的气囊虽然不能直接造成水锤,但可借助水锤造成危害。
本文就如何在输水管道上设置排气阀,避免气体聚集成气囊进行探讨。
二、实例及在地形起估地段,要求输水管道的最高点设排气阀,但实际运行中,许多爆管并未发生在高点或低点,而是发生在高点后的下弯管段,甚至低压管道也发生此类爆管。
黑龙江鹤岗的一段管道爆管就是一个典型的例子。
鹤岗市属低山丘陵区,净水厂与送水泵站分建,二者相距5公里,净化水靠重力流送至送水泵站,净水厂清水池高程210m,送水泵站清水池高程185m,输水管为DN800连续铸铁管,平均流速1.0m/,泵站前500m有一高岗,高程185(见图一),高岗的最高点有一排气阀,但排气阀后50m处,多次发生爆管事故,后来在爆管处加装了一双口排气阀,几年来,两排气阀间没再爆管,只在新装排气阀后10m处发生过一次爆管。
从这个例子看,爆管与管中的气体有关(安排气阀后无爆管)。
下面对管道中气囊的形成过程和它的受力情况进行分析:1.气体的聚集及平衡在正常情况下,管道中的水流可近似地看成是恒定流(压力、流速、温度不变)。
在这种状态下,水中的气体要逐渐地析出,形成大小不等的气泡上升到管壁,气泡按水流流速向前运动。
在上坡段,由于浮力的作用,气泡流速可能大于水流速。
因管壁有一定粗糙度,各气泡运动方向相同,很难聚集成大气泡。
小气泡沿管壁一定宽度向前流动,经过最高点排气阀时,排气管直径内的气泡有条件排出,而其他气泡靠水流的推力向下游流去。
由于管壁处的紊流和流速和切线特性,使一些经过排气管的小气泡越过排气孔也向下游流去(见图二)。
越过排气阀的气泡顺坡而行,运动方向与气泡所受浮力的分力P1方向相反(见图三),这个浮力合力产生的阻力,必然使气泡运动的速度减慢,后序气泡容易撞击前面气泡而全成大气泡,大气泡产生大的浮力。
长距离输水管道的排气措施
长距离输水管道的排气措施背景介绍随着现代化城市的发展,水资源日益短缺,为了满足城市对水的需求,很多地方都建立了长距离输水管道。
但是,长距离输水管道在运行中会产生很多问题,其中之一是管道内部会产生空气,从而影响管道的正常运行。
为了解决这个问题,工程师们考虑了多种排气措施,下面我们将进行简要的介绍。
排气措施1. 泵站排气在输送水的过程中,空气通常从供水端进入管道,当管道上升时,管道内的空气会上升到高处,并聚集在泵站处。
泵站可以采用开放式排气或密闭式排气方式,让管道内的空气排出。
开放式排气通常使用天线杆,密闭式排气则需要安装排气阀。
2. 节流排气节流排气又叫缓慢开启排气,通常是在长距离输水管道的高处和低处设立节流口,并在节流口设立缓慢开启排气阀门,使管道内部缓慢排放空气达到排气的目的。
这种方法的优点是可以减少管道内水的波动,但缺点是需要地形的支持。
3. 漏气排气漏气排气是在长距离输水管道的最高点和最低点设置排气孔。
当管道内出现空气时,封闭较高的排气孔,打开较低的排气孔,让管道内部的空气自行排出。
这种方法简单易行,但是漏气排气的开放时间和开放位置需要考虑到地形和压力。
4. 手动排气手动排气是把管道内的空气由人工挤出来。
这种方法需要经过专业的培训,操作人员要掌握排气的时机和技巧,保障人员安全后再进行操作。
总结长距离输水管道的排气措施是保障管道正常运行的必要手段,工程师在具体实践中可以根据现场情况、管道材质、管道长度、管道高差和难度等要素选用合适的方案。
在长距离输水管道排气方面,各种措施都是由优缺点的,选择最优方案需要综合考虑各个方面的因素。
排气阀在输水管道工程中选型设计探讨
排气阀在输水管道工程中选型设计探讨一、关于排气阀及其特性排气阀在输水管道系统中,用作管道充水时排气、排水时向管内补气和正常运行时排出管道内微量气体。
其除具有容性和惯性元件的一般特性外,过阀气流的压力特性和排气阀的流量特性及排气阀上下游管道内水流特性是至关重要的。
1.1 过阀气流的压力特性排气阀的排气和补气过程可视为等熵流动,且气流流入和流出也有区别。
对于空气这种特定气体,其滞止压力P o和临界压力P cr都有固定值,且对于一定马赫数的气流,其压力区间也是确定的,即有P cr/P0。
对于已建成的输水管道,管道外部大气压力P a也是已知的,且当流入排气阀时有P o=P a,则过阀气流的压力可表示为:1.2 排气阀的流量特性过阀的空气流满足等熵流动条件,空气的绝热指数k=1.4,再引入p′=p/p a,则通过排气阀气流的质量流量q m为:式中:ρa,T a为大气密度和绝对温度;R,T,P为空气的气体常数,绝对温度和压力;C,A为阀的流量系数和开启面积。
下标m和nt分别代表气流流入和流出排气阀。
1.3 排气阀上下游管道内水流特性由于排气阀的工作和空穴内空气参数变化,使气阀附近管内水流具有瞬变特性。
因为瞬变流实质是非定常流动,所以用非定常流方程组[39]来描述气阀附近管内的水流特性。
它的差分形式方程组[36]为:式中:为t=J+1时刻I断面处的压头和流量;H J i-+BQ J+pi为t=J时刻I-1断面处的压头和流量;H J i-+Q J i-H J i++Q J i+为t=J时刻I+1断面处的压头和流量;D,A为管道直径和截面积;a,g为波速和重力加速度;Δx为距离步长;λ为沿程阻力系数。
研究气阀附近管内水流特性时,I为气阀安装断面,则I-1为上游管断面,I+1为下游管断面。
2 有压输水管道内的气体形成、运动和对系统的危害2.1 有压输水管道内的气体形成和运动进入管道的气体虽然同输送液体处于相同的压强之下。
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浅谈长距离压力输水管道复合式排气阀的布置
发表时间:2019-08-01T09:31:06.640Z 来源:《防护工程》2019年8期作者:赵欢
[导读] 我国水资源贫乏且时空分布不均匀,随着经济的快速发展和用水量的急剧增加。
陕西省水利电力勘测设计研究院西安 710001
摘要:复合式排气阀由进排气阀和微量排气阀组成。
具有管道充水时能快速排出管道内气体、管道产生负压时又能快速进气、管线正常运行过程中集结有压微量气体通过微量排气阀排出持压工况下的有压气体的作用。
从而保证输水管道的正常运行。
关键词:管道复合式排气阀
一、概述
我国水资源贫乏且时空分布不均匀,随着经济的快速发展和用水量的急剧增加,开发建设大规模、长距离、跨流域供水工程已经成为不争的事实。
这类输水系统由于距离长,管线起伏大,如果排气不畅极容易造成爆管,造成巨大的经济损失,严重的还会影响到供水系统的安全和稳定运行。
因此合理的选择和布置排气阀是长距离输水至关重要的一部分。
二、管道内产生气体的原因及危害
1、管道内产生气体的原因
首先在管道安装完毕后,通水之前,管道内充满了空气;其次管道中的水因水泵工作前后压力发生较大的变化而产生气体;第三,管道系统内部水温发生变化,产生空气;第四,水在通过管道的一些管件(如三通、弯头等)、阀门等,会产生气体。
2、管道内产生气体的危害
①、由于管道内的空气泡的存在,使得管道过流面积减少,增加水头损失。
在水泵输水时,会增加能耗以及运行成本。
在重力流输水中,由于空气泡的存在,将直接影响输水量,甚至阻断水流。
②、由于管道内有弹性气体的存在,使得管道液体流动不平衡,会引起管道振动,管道在长期震动作用下,会导致连接处松动、漏水甚至断裂。
同时造成资源和能源的浪费。
③、管道中聚集的气体会加速金属管道的腐蚀,降低了管道的强度,当管道中水的压力出现一定的幅度波动时,就很容易发生爆管。
三、复合式排气阀的工作原理
复合式排气阀内设有浮球,管道首次充水时,浮球停留在开始的位置,进排气口大量排气。
当管内空气排完时,进排气阀阀腔内开始进水,液面上升,在浮力的作用下浮球也随之上升,关闭进排气口,微量排气阀附体也上升,带动机构向上关闭微量排气口,排气阀停止排气。
当管内水正常输送时,少量气体会在排气阀上部继续聚集,当聚集到一定程度时,主浮球不会下落,微量排气阀阀腔内水位逐渐下降,浮体失去了水对它的浮力,浮体在自身的重力作用下会下落,打开微量排气口,气体向外排出。
排放过程中,水位逐步上升,微量排气阀浮体上升,重新关闭排气口,排气停止,如此不断循环,实现微量排气。
当管内产生负压或水流排空时,肤浮球会随着复合式排气阀阀腔内水位的下降而下降,打开进排气口,,迅速吸入外界空气进入系统内,消除负压保护系统,以避免出现真空而破坏系统管道。
四、复合式排气阀的选择和布置
在局部最高点应安装复合式排气阀;长距离水平管段.长距离无折点下降管段宜装复合式排气阀或微量排气阀;下降坡度变大点.上升坡度变小点宜安装微量排气阀;需要真空保护时,应选用复合式排气阀;长激励无折点上升管段可选用高速排气阀/吸气阀或复合式排气阀.
排气阀设计中应注意以下问题:
1、排气阀位置的选择比口径选择更重要.
2、对于长距离输水管线,较理想的排气方法是在较短的距离内安装数量较多.口径较小的排气阀.
3、最高点两侧有不同坡度时 ,按条件苛刻的坡度确定。
4、排气阀下面应安装一个同一口径的阀门,一般为闸阀。
5、排气阀口径与管线直径之比一般为1:8~1:12。
6、排气阀应垂直安装。
五、工程实例
以靖边能源化工综合利用产业园区供水为例,靖边能源化工综合利用产业园区位于县城东北约10km处的沙石峁林场,芦河中游以北。
园区规划总控制面积40km2,启动项目占地面积6 km2。
本工程的主要任务是:从金鸡沙和白城子两个取水点向靖边能源化工综合利用产业园区的启动项目供水工程供水,年供水量2734.5万m3,其中金鸡沙年供水1234.5万m3,白城子年供水1500万m3,供水保证率95%。
金鸡沙取水点从金鸡沙水库直接取水,水源地包括金鸡沙水库及其上游的新桥、水路畔水库,三座水库联合调节。
金鸡沙供水线路全长约40.887km。
白城子断面取水水源地现状无工农业用水要求,仅考虑河道内生态需水要求。
取水断面位于靖边县北50km处,上距内蒙古无定河巴图湾水库10km,下距内蒙张冯畔电站10km。
巴图湾水库多年平均下泄水量8575万m3。
白城子供水线路总长度39.71km 由于本工程供水管线长,且沿线地形起伏变化比较大,管道输送的水体中一般溶有2%左右的空气,在管道输水过程中,随着管道的起伏变化,水中的空气将会逐渐析出,聚积在管道的尖点或膝部,占据管道有效面积,减小过水断面,增加能量损耗;而当管道发生事故停泵时,在尖点或膝部处的水柱又很容易被拉断,在管道内形成负压,对管道安全产生危害,为了避免这些不得状况的产生,在管道尖点或膝部必须设置复合式排气阀。
根据供水管道水力过渡分析计算,当泵站发生事故停泵时,在管道尖点处容易产生弥合水锤,同时随着水锤波的来回传播,管道流阻会逐渐降低其压力,对管道的安全危害较大,为防止弥合水锤的产生,对水锤进行分析计算。
在容易产生弥合水锤的尖点处安装一种特殊的排气阀,这种排气阀当管道内水柱被拉断时,可以向管道内及时补气,防止产生负压,而当尖点两端水柱弥合,管道内的气体不能及时排出,在管道内形成一个压缩的气囊,防止两端水柱直接碰撞,可以消除弥合水锤的发生。
水力过渡计算是对整个输水管道系统进行计算分析,包括管道内节点与管道连接的泵、阀门等其他过流元件以及防护设备。
在计算中,对管道节点是基于封闭管道的连续性方程和运动方程,利用特征线法将这两个偏微分方程转化成全微分方程,沿左右两条特征线进行迭代求解。
当所求解的节点不是管道节点时,将节点的特征线方程与相应的边界条件联立进行求解。
防护准则为:水泵机组的倒转转速不超过1.2倍的额定转速,且超过额定转速的持续时间不超过2分钟;系统最大压力不超过工作压力的1.3~1.5倍,最大负压不超过5m。
根据计算经验与工程实践,当所有工作机组同时断电时引起的水力过渡最为激烈,即最不利工况。
经水力过渡分析计算金鸡沙供水管线全长42581.285m,在最高点桩号38+772.57处设高位水池,将全管线分为前后两段,前段为压力输水管道,后段为重力自流段。
在泵站后设单向调压塔,归化桩号19+554。
压力输水段沿线局部高点布设复合式排气阀。
经水力过渡分析计算白城子供水管线全长39709.9m,采用二级加压,每级加压泵站后均设单向调压塔,一级泵站单向调压塔位于归化桩号3+333.14处,二级泵站单向调压塔位于归化桩号19+554处。
在最高点29+554处设高位水池,将全管线分为前后2段:前段为压力输水管道,后段为重力自流段。
压力输水段沿线局部高点布设复合式排气阀。
六、结语
复合式排气阀在输水管道系统中,用作管道充水时排气、排水时向管内补气和正常运行时排出管道内微量气体,是保证供水管道正常有效运行不可缺少的装置。
其安装位置是否合适直接决定了其性能的发挥。
在进行长距离、大流量输水管路设计时,要做到优化线路、减少存气构造,合理设置排气设备。
对重要的大型输水管道设计还应进行必要的计算及相应的模拟实验。