排气阀的结构特点与应用研究

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体 ,不能连续排气 。 (2) 在排气过程中突然起球堵住排气口 ,终止
排气 ,很多浮球式排气阀都存在当管道空气压力较 大或气流带水时 ,使大排气口突然起球终止排气的 问题 。
(3) 小排气口径一般为 3~5 mm ,仅能微量排 气 ,如果大排气口性能不好 ,仅靠微孔排气 ,对于大 管径输水管是极危险的 。
(2) 管道坡顶 。对于有坡管道 ,气体在水中一 般都是上行的 ,很容易在坡顶发生聚集 ,有时甚至堵 塞管道 、中断水流 。
(3) 管道交叉处 。在管道交叉处 ,水流一般也 是从大管径流向小管径 ,易发生类似管径变化处的 气体聚集 。
(4) 逆坡管道 。在逆坡管道水流向下流而气泡 向上运动 ,当浮力不足以克服水流推力时 ,气体便聚 集在管壁处而形成气囊 。
(4) 运行时若长期不动作 ,小排气口浮球易因 贴粘而失效 。
给水排水 Vol1 34 No1 7 2008 1 13
(5) 大排气口浮球在停水后再充水 ,易因复位 不正 、关不严而跑水 ,给日后维护管理带来损失 。 2 管道的存气地点分析与排气阀安装地点研究 21 1 管道存气地点
(1) 管径变化处 。在工程施工中管径由大变小 时 ,一般都采用中心线对接方式 ,当水流速度不大 时 ,气体会聚集于连接口处而无法被水流带走 ,形成 气囊 。
上述两类的排气阀结构简单 ,但有一定缺陷 。 水气相间时大排气口仅能排出第一段气体 ,不能连 续排气 。输水管道坡度不大时 ,管道中大多是一段 水一段气的柱塞流状态 。浮球式排气阀的浮力较 小 ,排完第一段气体后水就把浮球托起 ,第二段气体 即有压力 ,假定压力为 01 2 M Pa ,气体对浮球的托力 等于排气口面积乘管道内压力 , 计算可得 D N100
关键词 排气阀 结构性能 复合式排气阀 传统排气阀 选型
0 引言 在给水管道设计中 ,管道的排气是一个非常重
要且复杂的问题 ,排气阀作为一个附属设施 ,其设计 的合理性对以后管道系统的运行状态和水泵的动力 消耗有重要影响 。设计不合理时 ,严重者可引起水 柱分离 ,产生巨大的压力 ,破坏管道[1 ,2] 。近年来我 国长距离引水工程逐渐增多 ,输水管道的排气问题 也越来越引起有关管道工程师和水力学专家的重 视[3] 。许多阀门生产厂家和研制部门正加快进行排 气阀新产品的开发 。新产品 、新技术的广泛应用能 极大降低工程系统中的危险和破坏作用 ,为工程的 安全运行提供保障 。 1 排气阀结构性能分析 11 1 浮球 (筒) 式排气阀
当管内开始注水时 ,塞头停留在开启位置 ,排 出大量空气 。当空气排完时 ,阀内积水浮球被浮 起 ,传动塞头至关闭位置 , 停止大量排气 。当管内 水正常输送时 ,如有少量空气聚集在阀内到相当 程度 ,阀内水位下降 ,浮球随之下降 , 此时空气则 由小孔排出 。当泵停止 ,管内水流空时 ,或遇管内 产生负压时 ,此时 塞头 开启 , 吸入 空气确 保管 道 安全 。 11 41 2 复合式排气阀优点
随着我国长距离供水工程和大型调水工程的开 展 ,相应的辅助设备有了飞快的发展 ,目前我们排气 阀的发展趋势有以下几个方面 :
(1) 由过去的单一型向复合型发展 。近年来我 国城市供水系统越来越多地实施了远距离 、跨流域 供水工程 。长距离调水工程输配水管道的管径和压 力较大 。管道中既有压力流 ,又有重力流 ,且管道起 伏多 ,并有倒虹吸 ,因而管道水力条件复杂 。过去单 一性能的排气阀已远远不能满足现代工程的需要 。 今后排气阀的性能发展要使自动排气 、充水排气等 多种功能结合在一起 ,发挥多种作用 。
复合式排气阀的规格见表 1 ,性能曲线见图 3 , 与传统式排气阀性能比较见图 4 。
图 4 中 “, ▲”代表排气阀因阀体内空气压力增 加而关闭塞头 ( PO PP E T) 的压力 ,超过此压力 ,则排 气阀失去大量排气的功能 。
11 5 存在问题 随着排气阀在工程中的广泛应用 ,目前排气阀
在使用过程中存在以下问题 : (1) 水气相间时大排气口仅能排出第一段气
(1) 排气量 。排气量小 ,往往停水后很久才能 恢复原来的供水能力 ;排气量大则在极短时间内恢 复至正常供水能力 。
(2) 空气关闭压力 。空气关闭压力表示排气阀 排气能力的上限 。排气阀的排气能力不仅与阀的口 径有关 ,也与阀内外气体压差有关 。
在正常情况下 ,大阀启闭受到浮球上下位移的 约束 ,浮球的位移受阀腔内液位控制 。当大量气体 快速集中排放时 ,浮球或阀板受气体冲击推力而关 闭 ,影响排气的正常进行 。出现这一现象时的气流 压力称为阀的空气关闭压力 。当阀板在浮球推动下 顶住了阀孔 ,气流瞬时中断 ,阀板又会重新下落 ,气
(5) 各类阀门内部及安装处 。 21 2 排气阀的安装位置
排气阀的安装位置直接影响着排气效果和管道 的运行状态 。设计人员在设计时 ,往往局限于局部 最高点 ,其实排气阀的安装位置有多种 ,只有对整个 管道综合考虑 ,才能使排气效果达到最佳 。常见的 安装地点有以下几个位置 :局部最高点 、下降坡度变 大点 、上升坡度变小点 、长距离无折点上升或下降管 段 。另外 ,每隔 500~1 000 m 需安装一个排气阀 。 3 排气阀的应用研究 31 1 选择合适的排气阀须考虑的因素
(3) 水关闭压力范围。部分排气阀装置设于管 道最高点 ,由于此点管中水压有时很低 ,部分排气阀 须有水压 015 kg/ cm2 以上才能完全关闭 ,若低于此 压力则会产生漏水现象 ,因此水关闭压力范围越大越 好 ,一般 012~10 kg/ cm2 是最常用的范围[8] 。
(4) 选择排气阀时 ,一定要向厂家提供管道直 径 、最大工作压力 、最大流量等参数 。根据这些参 数 ,确定排气阀的直径 ,排气孔的孔径 ,以保证正常 情况下 ,清洁水中含有约 2 %的溶解空气能够在不 断释放中被排除 。 31 2 排气阀选型过程中应注意的问题
排气阀托球力约 1 500 N , D N 300 排气阀托球力约 14 000 N ,故大排气口不可能再自动开启排气 ,在柱 塞流状态中失去排气功能[4] 。 11 3 气缸式排气阀
是近几年才出现的进排气设备 (见图 1) ,是根 据气缸原理制成的不同于其他任何一种进排气阀的 全新装置 ,其原理是用浮筒杠杆等控制气缸内气动 膜片动作 , 从而控制阀体排气口启闭 。在高压 ( 1 M Pa 以下) 状态下 ,无论是多段水柱 、气柱相间 ,有 压无压气体均可高速排出 。
1来自百度文库14 给水排水 Vol1 34 No1 7 2008
流又会形成 ,阀板再次关闭 ,系统出现振荡关闭现 象 ,为避免由于空气关闭压力而产生的不良影响 ,配 置排气阀时应选择适当的阀门直径 ,保证在阀的安 装位置段最大排气量时所对应的排气压力应低于空 气关闭压力值[6 ,7 ] 。
以上所述为选择合适的排气阀最重要的一点 。 因为如果空气关闭压力过低时 ,往往空气尚未开始排 放 ,排气阀内部浮球已被空气浮起 ,关闭排气孔。一 般良好的排气阀其空气关闭压力能达到 017 kg/ cm2 , 已有足够能力将管内空气迅速排放完毕 ,因此一般空 气压力在阀体内大于 01 5 kg/ cm2 时 ,空气速度已达 到最大流速 (90 m/ s) 。
点需安装复合式排气阀 ;对于长距离水平管段 、长距 离无折点下降管段宜安装复合式排气阀或微量排气 阀 ;对于下降坡度变大点 、上升坡度变小点宜选用微 量排气阀 ,当需要真空保护时 ,应选用复合式排气 阀 ;对于长距离无折点上升管段可选用高速排气/ 吸 气阀或复合式排气阀[8 ] 。
(2) 排气阀直径选择 。微量排气阀由于适用范 围较小 ,可直接选用 ,一般管径为 D N 20 、D N 25 ; 由 于复合式排气阀是微量排气阀和高速排气/ 吸气阀 的组合 ,因此复合式排气阀与高速排气/ 吸气阀直径 选择的标准是一样的 。
排气阀的结构特点与应用研究
靳卫华 李志鹏 秦 武 吴 兴 姚 睿
(长沙理工大学能源与动力工程学院 ,长沙 410076)
摘要 对排气阀的结构 、种类和安装应用等方面进行了分析 ,分析比较了复合式排气阀与传统 排气阀的性能 。结合排气阀的设计研究状况 ,探讨了排气阀选择需考虑的因素 、需注意的问题等 ,并 对排气阀的发展提出了展望 。
14
16
流量 / m3/ h
7 300~ 11 000~ 14 000~ 19 000~ 27 000~ 15 000 21 000 31 000 42 000 59 000
注 :1 in = 25. 4 mm 。
图 2 复合式排气阀
2) ,它在浮球 (筒) 式和浮球 (筒) 杠杆式排气阀的基 础上组合改进而成 。在压力状态下微量排气用浮球 杠杆式排气装置 ;首次充水或其他情况下的大量进 排气用浮球 (筒) 式装置 。可加大进排气口的尺寸 , 使得进排气速度有很大提高 。 11 41 1 复合式排气阀的工作原理
(1) 排气阀的位置选择比直径选择更重要 。 (2) 对于长距离管线 ,较理想的排气方法是在 较短的距离内 (一般为 500~1 000 m) 安装数量较 多 、直径较小的排气阀 ,而不是安装直径较大但数量 少 、间隔长的排气阀 。 (3) 多数情况下 ,要求安装小容量自动排气 、大 容量系统充水排气和系统排空真空破坏三功能组合 阀 ,即复合式排气阀 。 (4) 当最高两侧有不同坡度时 ,按条件苛刻的 坡度确定排气阀的尺寸 。 (5) 如果选用不带缓闭的排气阀 ,最好在一处 安装一大一小两个排气阀 。如果选用带有缓闭的排 气阀 ,仅在管顶处安装一个即可 。多起伏的管道 ,应 在各高点处安装排气阀 。 31 3 排气阀选型研究 (1) 排气阀类型选择 。工程设计中 ,应根据具 体的现场情况选用各种类型的排气阀 ,对局部最高
这是最早生产的进排气阀 ,一般不能在压力大 于 01 02 M Pa 状态自动排气 ,只能进行进气和在首 次充水或事故检修后充水排气 ,且进排气速度较其 他形式慢 ,只适合于进排气量不大的情况 。 11 2 浮球 (筒) 杠杆式排气阀
在浮球 (筒) 式排气阀的基础上改进而成 。通过 杠杆原理使得在较大压力状态也能排气 ,排气最大 压力一般不超过 0. 08 M Pa 。
复合式排气阀是我国最常用的排 气阀 ( 见图
1 12 给水排水 Vol1 34 No1 7 2008
表 1 复合式排气阀流量
公称通径/ in
流量 / m3/ h
1
2
0~350 220~740
3
650~ 1 600
4
6
1 300~ 3 000~ 3 100 7 500
公称通径/ in
8
10
12
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 。维修方便 ,复 合式排气阀可方便地从系统上卸下进行维护 ,而系 统中的水不会流出 ,所以不必排空系统 。只排气 、不 排水 ,汽 、水分离盘设计采用特殊的结构 ,保证排气 时绝不排水 。只要系统有压力 ,复合式排气阀就会 连续不断地排气 。 11 41 3 复合式排气阀的规格及性能
(3) 根据性能曲线图选择。由于高速排气/ 吸气 阀用于充水时排除空气和放空时吸气 ,因此应综合考 虑在管道充水时排除的空气量 (排气量) 和管道排水 放空或爆管保护时吸入的空气量 (吸水量) ,即既计算 充水时的排气口直径 ,又计算排空时的吸气口直径 , 选择其中较大的口径作为排气/ 吸气阀直径 。 4 排气阀的发展趋势
图 1 气缸式排气阀结构
这类排气阀结构上的主要特点是 :大 、小排气口 或仅大排气口的有效排气口径不小于排气阀公称直 径的 70 % ,排气口径大 ,排气速度快 ,且在任何情况 下均可高速排气 。一般设计者在选择排气阀时以排 气阀的公称直径计算排气量 。气缸式排气阀则完全 能满足设计要求 ,真正起到防止管道出现水锤和爆 管的作用[5 ,6 ] 。 11 4 组合式 (复合式) 排气阀
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