关于排气阀的资料

排气阀的重要性

长期以来，人们对城镇配水管道是否含气、是否可能造成爆管问题认识不足，就不能从根本上解决管网时常漏水的问题。因此我们有必要揭示正常运行的供水管网可能存气的原因以及管道升压和造成爆管的原理，以便得提高对含气型断流水水锤的认识能力。

1、正常运行管网中的气体来源：供水管网的气体产生主要有下面五种情况

（1）部分区域或全管网因故停水；

（2）个别管段事故抢修放空；

（3）单个或多个大用户流量调节过快使管道出现负压，排气阀及管道不严处注气；

（4）不在流动中的气体释放；

（5）在水泵吸水管和叶轮内，因运行负压产生的气体释放。

2、供水管网气囊运动特点及危害分析：

由于供水管网的管径沿主水流方向由大变小，管道存气的主要形式是段塞流，即气体以不连续的多个独立气囊存在于管顶。其气囊长度和占过的水断面面积取决于气体的含量、管径大小及管道纵断面条件等等。理论研究和实践表明，气囊沿管顶随水流运动，易在管道转弯起、变径、阀门等处产生聚集，并产生压力振荡。由于管网水流速度和方向具有很大的随机性，气运动引起的压力升高将在很大的程度上取决于水流速度变化的剧烈程度。经有关实验证明，其压力升高达2Mpa ，足以破坏一般供水管道。此外值得注意的是，长期在管网中运动的气囊，其体积的大小随所到处的压力大小变化。这进一步加剧了含气水流的压力波动，造成管道爆裂增多。管道含气危害由含气量的大小、管道构造以及运行操作等等因素有关，其危害可分成显性和隐性两类，其特点如下：

显性危害主要有以下几个方面

（1）排气不畅造成通水困难

在水气相间时，浮球式排气阀的大排气口的作用几乎为零，仅靠微孔排气，造成了严重“气堵”，气排不出，水流不畅，使水流通道截面积人变小甚至切断，水流受阻，系统循环能力下降，局部流速提高，水头损失增大，为了维持原来的循环量或水头必须增开水泵，增加动力和对行费用。

（2）排气不畅造成通水及运行期间爆管，供水系统无法正常运行

管道因排气阀因能微量排气而造成爆管的现象多，根据有关理论计算，排气不畅引起的气爆压力最高可达20~40个大气压，其破坏力相当于静压40~80个大气压，足以破坏任何供水管道,工程上最强的球铸铁被破坏屡见不鲜,各类管道爆管事例更是不胜枚举,典型的有,东北某市,输水管长91Km,几年运行爆管达108次之多,沈阳建工学院的专家经分析后结论为气爆.南方某市一段输水管仅860m,管径DN1200mm,运行一年爆管达6次之多.结论是因排气阀只能是微量排气造成输水管排气不畅引起的气爆破坏.最后将排气更换成能保证大量排气的动力式高速排气阀,从根本上解决了爆管问题.

（3）由于水中容解空气的不断释放和空气气囊的逐渐形成和增大，管内水流速度动压不断变化，系统参数不稳定，并可能产生较大的振动和噪音。

（4）交替接触空气和水，金属表面腐蚀加剧。

（5）管道内产生令人不愉快的噪声。

擀气不畅引起的隐性危害

1排气不畅有可能使管道压力不稳,流量调节失准,管道自动控制失准,安全防护措施失效;

2管道漏水量增加;

3管道故障增多,长期不断的压力震荡造成管道接头及管壁疲劳,引起使用寿命降低等问题,增加维护费用;

大量的理论研究和一些应用表明,有压供水管道含气较多时,极易发生对管道危害最大的断流弥合水锤,长期使用会使壁疲劳脆裂,寿命缩短,加大漏失水量,甚至爆管.城市供水管道爆漏的最大病根就是管道排气问题,解决问题的最重要途径就是底排净管道存气,选用能够排净的排气阀.目前动力式高速排气阀可满足要求.

·动力式排气阀的研制

1、动力式排气阀的研制运用流体动力学的原理产生以下效应：在气排出的过程中，具有球密封面的阀口始终保持开启，但当实心水柱上升时浮球封闭阀口。而传统式大孔口排气阀的阀体内有一个有护筒（或护罩），以抵挡射出的高速气流对浮球的冲击。但是在高速排气状态下，阀体的内部会产生高速的扰动气流。尽管设有护筒（或护罩），但是高速的扰动气流还是会影响到浮球，此时浮球所受的气动力大于浮球的重力，浮球就会被高速气流吹出堵塞排气阀口。失去高速排气功能导致大量空气滞留管内。

2、理论依据

在开发动力式高速进排气阀过程中，我们应用到了流体力学的内容。我们用一个乒乓球和锥形漏斗很容易演示出动力式高速进排气阀的工作原理：将乒乓球置于锥形漏斗之上，沿轴向吹气，乒乓球将被悬浮在颈部（不会被吹出）。如果将漏斗倒置过来气流沿轴向由上向下吹，乒乓球也能够克服重力而悬浮在漏斗颈部。动力式高速进排气阀的原理同以上原理一样。高速气流在通过浮球时，由于浮球后部表面有显著的变化，浮球表面上的附面层一般发展不稳定，出现附面层分离，并在物体后形成旋涡尾流，此时物体所受的压差阻力很大，并且气体在浮球的后方由于流通面积的增大，流速变小，根据伯努利方程得：流速变小、压力增大。气流在浮球后面经过一个减速、扩压过程。这样由于浮球上下部分存在压力差，就可以把浮球悬浮在阀体之内，不会被高速空气气流吹出。我门可以简单的这样认为：除了重力之外，作用在浮球上的力有1. 气流的冲撞力，它分布在与管径同面积的圆球表面上，其方向是使圆球吹出。2. 气流的吸拉力它作用在较大的球面上，其方向是拉住圆球在原地不动，因此如果总的气流冲撞力小于总的气流吸拉力，浮球就会保持向下；相反地如果总的气流冲撞里大于总的气流吸拉力，则浮球就会被吹出。

在实际应用上，因为可以定出被空气吹出的浮球直径，而水比空气更容易移动较大直径的浮球，因此，我们可以确定一个浮球直径与流束直径的比率，在该比率下浮球能够被水流吹出而不会被气流吹出。通过实验我们将该比率与符合这一原理的合适阀体入口的圆锥度配合在一起，就达到了所理想的效果。在这种布置下，出射的冲击气流产生一个比冲撞力更大的吸拉力，导致浮球向下悬浮着，并且随着射流速度增大，吸拉力也增大。因此，任何速度的气流，哪怕是极限流速下的气流都可以顺利排出，而不会发生浮球被吹出提前关闭排气阀现象。动力式高速排气阀工作原理简介

分析给水管网爆管事故的原因得知，大多数是由于给水管网未解决排气问题，在管道上形成气囊，当快速开关阀门或水泵起停时，管道会产生大的压力增值，气体可压缩特性，使应力集中到气囊产生高压形成水锤，从而导致爆管。同时对给水管路的流量造成影响，即我们所说的气阻。分析空气进入给水管路中的各种情况,主要有以下三种情况;

1、水泵开启时，水泵高速运行压缩空管路中的空气，使应力集中于压缩空气而产生水锤，同时水泵的运转也会带人大量空气。

2、水泵停运时管路会产生负压，空气就会被吸人，给水管路前后的压差会产生水锤。

3、在一般情况下，水中约含2VOL%的溶解空气，在输水过程中，这些空气由于不断地

4、释放出来，当析出的空气在管路中可以集积的位置在而形成气时，就会产生水锤。

本公司生产的复合式高速排气阀，从设计理念到开发生产都是以防止爆管、减少气阻、提高工作效率为出发点，力求在各种工况时能发挥较好的防止爆管，排净空气的作用。

1、结构:该排气阀采用直立式法兰联接，由阀体、阀盖、浮球、浮球杆、密封垫、缓冲垫等

配件组成。复合式动力排气阀由动力式高速排气阀和微量排气阀组成。

2、工作原理：排气阀安装在管道的关健点上，在充水时空气会向该处集中，在没有压力的情况下，空气阀是常开的，当空气被排除干净，水流将浮球浮起，关闭孔口。一旦管路压力下降到将近大气压力时浮球下降，开启孔口，允许空气被吸入管道，因此不会形成真空状态，管路系统不会受到破坏。

四、排气阀的特点：1、高速、大量排气。排气阀孔口采用全尺寸出口、进口具有最大排气、吸气功效。当管道开始进水时，能快速的排出管道中的气体。

2、微量排气：当管内注满水时，主浮球会上浮，将排气口封住，运行过程中产生的少量气体，会通过装于排气阀边上的微量排气阀排出，以避免管内气体的聚集。微量排气阀采用杆杠式结构，灵敏的动作快速的排出累积的少量气体且能快速关闭排气口减少水损。

3、快速吸气：当管内水流中断或产生负压时，主浮球会自动下落，打开主排气口快速吸入气体，补充到管内，以保护管道不受损坏，达到破坏真空的目的。

4、主排气阀和微量排气阀均能自支排气自动密封，消除手动操作的安全隐患。

5、采用特殊浮球直径，不管气压多大、气流流速多快也不会吹堵。

五、性能数据比较

1、判定排气阀的性能高低除对阀门的一般要求外还有三点至关重要：2

（1）空气闭阀压力。

（2）管道中介质冲上来时是否会把浮球压住。

（3）在低压时（0.02MPa）是否在密封不漏水。

而这三点来说恰恰是动力式高速进排气阀的优势所在之处。对于动力式高速进排气阀来说，由于采取了特殊直径与重量的浮球、合适的圆锥角度的发体入口。所以不管气压多大、哪怕排气速度达到接近音速的情况下也不会发生吹堵现象。在该比率下浮球不会被空气吹出，但是很容易被管道中介质冲上来并紧密的压在阀座上。由于结构简单合理所以不会出现浮球运动卡阻现象，经反复实验表明浮球可在任何水压力的情况下能平稳关闭阀口。同时采用双线密封结构确保密封紧密，在实验中当低压到0.018Mpa时浮球就可以紧密的压在阀座上密封无渗漏现象。

2、排气阀的排气量至关重要，如排气量太小，往往停水以后再次通水，须时甚久才能恢复原来的供水能力，排气量大则可在极短时间内恢复至正常供水能力。所以旧式排气阀由于排气能力小等原因，以逐步被新型高速进排气阀所取代。根据实行的行业标准的规定，能被称为高速进排气阀的如DN200排气阀排气量不能低于11800（m3/h），DN100不低于2900（m3/h）。表1为动力式排气性能与行业标准规定对比图：

行业标准

动力式结构DN50 DN80 DN100 DN150 DN200 DN300

压差ΔP为0.035Mpa时的排气量（m3/h）670 2100 2900 6100 11800 38000

900 2500 4000 8100 26800 47500

压差ΔP为0.07Mpa时的排气量（m3/h）1080 2800 4850 10850 18300 49400

1200 3600 5500 14800 41000 64000

排气量性能对比表

六、实际应用

在有压管道中，由于某种原因（如阀门启闭，换向阀变换工位，水泵机组突然停车，管道中有气室等），使水流速度发生突然变化，同时引起管道中水流压力急剧上升或下降的现象，

称为水击，或水锤。水锤引起的压强升高，可达管道正常工作压强的几十倍至数百倍。另外，还会使管内出现负压。压强大幅波动，有很大的破坏性，可导致管道系统强烈振动、噪声，造成阀门破坏、管件接头破裂、断开，甚至管道炸裂等重大事故。在长距离输水管道上水锤的危害是极具破坏性的。管路当中按规定安装排气阀，避免管道当中存在气室，产生直接或间接水锤。

根据相关资料，在以下位置需要安装进/排气阀：

1）局部最高点——最主要的安装点，由水力坡度确定，而不是由水平基准线确定。

2）如在停泵时有可能出现水柱分离式断流弥合水锤（水柱中断部位）

3）下降坡度变大、变小点——安装一个微量排气阀；当需要真空保护时，可安装一个复合式排气阀。

4）长距离无折点上升管段——每400～800m安装一个高速排气/吸气阀。

5）长距离无折点下降管段——每400～800m安装一个多功能复合式排气阀。

6）长距离水平管线——每400～800m安装一个多功能复合式排气阀。

7）水泵：在出水管上尽可能靠近止回阀处安装微量排气阀。如果水泵入口有吸水提升段，则要安装复合式排气阀。

8）大型阀门：大型水力控制阀最高点或上游邻近点或减压阀下游，需安装微量排气阀。

动力式高速进排气阀被合适的安装在某些关键点上，在充水时空气会向该处集中。因为孔口的排气流量是孔口压差的函数，充水水流压缩前方空气使之建立一定的平衡压力，在这平衡压力下，排气速度等于充水速度。空气被排除干净，不会有空气滞留在管路不会引发直接水锤和水气弥和水击。当空气排除干净时水流将浮球浮起，关闭孔口。一旦管路压力下降到将近大气压力时浮球下降，开启孔口，允许空气被吸入管道，因此，不会形成危险的真空状态，管路系统不会受到破坏。排气阀起到保护管路的作用。当动力式高速进排气阀被安装在深井泵出口止回阀前是用于水泵启动时排除吸水管路中大量的空气，而在停泵时吸入空气破坏真空。同样也起到消除气囊、防止水锤、保护管路的作用。

4、结语

动力式高速进排气阀具有自动开启进/排气。自动关闭阻止液体外溢的功能。结构简单，体积紧凑，运动灵活。采用双线密封，确保密封紧密，且更换方便，维护简单，工作可靠，开启灵活等特点。可广泛用于石油、化工、水利、建筑和市政等行业的储液容器及液体管道等的气液分离与气体排放。

复合式排气阀

1、复合式高速进排气阀：一种能同时具备大小时排气孔，能对排水管道实现高速排气；当管道是低压时又能快速进气的阀门。

2、进气：当水管需要大量、快速将水排净或产生生严重虹吸时，能通通过大孔快速、大流量将空气吸人管内；当水管产生局部性虹吸或因水锤而发生负压时，能通过小孔快速及时地将空气吸人管内，破坏真空。

3、排气：当空管需要大量、快速注水时，能通达大孔快速、大流量地排净管内空气。当水管管内产生局部性的有压气囊时，能通过小孔快速、及时地将气囊中的有压气体排净，保证管畅通。

4、排气量：排气阀在单位时间内排向大气的容积。

参考资料：