在城市供水管線中，一般在管道拱起的高位都安裝有排氣閥。廣東新會(huì)供水股份有限公司有兩個(gè)水廠至城區(qū)中心的距離都超過10km，屬長距離、大口徑管道（DN1200）輸水，由于地形地貌復(fù)雜，需多處穿越河流、下水道等障礙，沿線共有30多處安裝了排氣閥，閥體材質(zhì)是灰鑄鐵，內(nèi)部浮球的材質(zhì)是工程塑料，由兩個(gè)半球粘合而成，粘合縫表面較粗糙，塑料容易老化變形，致使閥座與浮球的密封性較差，球體內(nèi)部容易進(jìn)水而失去排氣作用。
沿線安裝的排氣閥已運(yùn)行多年，期間缺乏維護(hù)和保養(yǎng)，銹蝕嚴(yán)重，容易導(dǎo)致管道漏水，因此必須對現(xiàn)有的排氣閥進(jìn)行全面檢修，逐步更換較為技術(shù)先進(jìn)、性能可靠的動(dòng)力式高速進(jìn)排氣閥，提高城市供水管網(wǎng)運(yùn)行的安全可靠性。
1、動(dòng)力式高速進(jìn)排氣閥的原理
由于內(nèi)部浮球的作用，普通進(jìn)排氣閥都具有充水時(shí)排氣、排水時(shí)吸氣的功能，但在實(shí)際使用過程中，盡管閥體內(nèi)部設(shè)有護(hù)筒，可以抵擋高速氣流的沖擊，但在高速排氣狀態(tài)下閥體內(nèi)部會(huì)產(chǎn)生高速的擾動(dòng)氣流，在此影響下，浮球所受的氣動(dòng)力大于浮球的重力，浮球就會(huì)被高速氣流吹出堵塞排氣閥口，導(dǎo)致大量空氣滯留在管道內(nèi)，排氣作用得不到發(fā)揮。
動(dòng)力式高速進(jìn)排氣閥采用一個(gè)特殊的浮球，高速氣流通過浮球時(shí)，由于浮球后部表面有顯著的變化，浮球表面上的附面層一般發(fā)展不穩(wěn)定，出現(xiàn)附面層分離，并在物體后形成漩渦尾流，此時(shí)物體所受的壓力差阻力很大，并且氣流在浮球的后方由于流通面積的增大，流速變小；根據(jù)伯努利方程可知，氣流在浮球后面經(jīng)過了一個(gè)減速、擴(kuò)壓過程；這樣由于浮球上下部分存在壓力差，浮球就會(huì)懸浮在閥體內(nèi)而不會(huì)被高速空氣流吹出。
在實(shí)際應(yīng)用中，因?yàn)榭梢远ǔ霰豢諝獯党龅母∏蛑睆?，而水比空氣更容易移?dòng)較大直徑的浮球，將該比率與合適的閥體入口圓錐度配合在一起，射出的沖擊氣流會(huì)產(chǎn)生比沖撞力更大的吸拉力，導(dǎo)致浮球向下懸浮，并且隨著射流速度增大，吸拉力也增大，因此任何速度的氣流都可以順利排出，而不會(huì)發(fā)生浮球被吹出提前關(guān)閉排氣閥的現(xiàn)象。
2、動(dòng)力式高速進(jìn)排氣閥的性能與特點(diǎn)
在輸水管道中，排氣閥的排氣量至關(guān)重要，如排氣量太少，往往停水以后再次通水時(shí)，需要較長時(shí)間才能恢復(fù)原來的供水能力，排氣量大則可在極短時(shí)間內(nèi)恢復(fù)正常供水能力。
動(dòng)力式高速進(jìn)排氣閥的排氣量與行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定值的對比見表1。
表1、動(dòng)力式高速進(jìn)排氣閥的排氣量與行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定值的比較
排氣閥口徑 | DN50 | DN80 | DN100 | DN150 | DN200 | DN300 | |
壓差ΔP為0.035Mpa時(shí)的 | 行業(yè)標(biāo)準(zhǔn) | 670 | 2100 | 2900 | 6100 | 11800 | 38000 |
動(dòng)力式結(jié)構(gòu) | 900 | 2500 | 4000 | 8100 | 26800 | 47500 | |
壓差ΔP為0.07Mpa時(shí)的 | 行業(yè)標(biāo)準(zhǔn) | 1080 | 2800 | 4850 | 10850 | 18300 | 49400 |
動(dòng)力式結(jié)構(gòu) | 1200 | 3600 | 5500 | 14800 | 41000 | 64000 | |
由表1可知，動(dòng)力式高速進(jìn)排氣閥達(dá)到并遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)要求，在與傳統(tǒng)大口徑進(jìn)排氣閥的比較中，動(dòng)力式高速進(jìn)排氣閥在排氣性能上遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于傳統(tǒng)大口徑進(jìn)排氣閥，而進(jìn)氣量可以按照排氣量的80%進(jìn)行換算，這樣無論是排氣性能還是進(jìn)氣性能，動(dòng)力式高速進(jìn)排氣閥都優(yōu)于傳統(tǒng)高速進(jìn)排氣閥。
判斷排氣閥的性能優(yōu)劣除對閥門的一般要?dú)馔膺€有以下3點(diǎn)：①空氣閉閥壓力的大小；②管道中水流溢出時(shí)能否將浮球壓住；③在低壓（0.02Mpa）時(shí)能否密封不漏水。
對于動(dòng)力式高速進(jìn)排氣閥，由于采用了特殊直徑與質(zhì)量的浮球、合適圓錐角度的閥體入口，結(jié)構(gòu)簡單合理，不會(huì)出現(xiàn)浮球運(yùn)動(dòng)卡阻現(xiàn)象，經(jīng)反復(fù)試驗(yàn)表明浮球可在任何水壓下平穩(wěn)關(guān)閉窗口；同時(shí)采用雙線密封結(jié)構(gòu)確保密封良好，試驗(yàn)中當(dāng)?shù)蛪簽?.018Mpa時(shí)浮球就可以緊密壓在閥座上，無滲漏現(xiàn)象。
3、動(dòng)力式高速進(jìn)排氣閥的應(yīng)用
水錘在長距離輸水管道上極具破壞性，因此安裝的排氣閥必須性能可靠，避免管道中存在氣囊而產(chǎn)生直接或間接水錘。. 當(dāng)輸水管道的管材確定后，水錘的壓力增值ΔP主要隨流速Vo增大而增大，在實(shí)際工程設(shè)計(jì)中可適當(dāng)降低流速，即通過加大管徑來降低水錘的危害。但如果管道中的氣體不及時(shí)排出就會(huì)在某些部位聚成氣囊，使流通面積減少，流速加大導(dǎo)致水錘增加，水錘的危害性也就隨之增大，甚至形成危害更大的水氣彌合水錘，所以在局部的關(guān)鍵點(diǎn)上要安裝合適的排氣閥，將管道中的氣體在水流前方排出。
根據(jù)相關(guān)資料，在長距離輸水管道中，建議重點(diǎn)在以下位置安裝進(jìn)排氣閥：
① 局部最高點(diǎn)——最主要的安裝點(diǎn)，由水力坡度確定。
② 在停泵時(shí)有可能出現(xiàn)水柱分離式斷流彌合水錘的部位。
③ 下降坡度變大、變小點(diǎn)——安裝一個(gè)復(fù)合式排氣閥。
④ 在長距離無折點(diǎn)上升管段——每400m~800m安裝一個(gè)高速進(jìn)排氣閥。
⑤ 在長距離無折點(diǎn)下降管段——每400m~800m安裝一個(gè)復(fù)合式排氣閥。
⑥ 在長距離水平線——每400m~800m安裝一個(gè)復(fù)合式排氣閥。
在市政供水管網(wǎng)中，尤其在供水管網(wǎng)的末梢和地勢較高的位置通常積聚有氣團(tuán)，隨著管道中的氣體不斷析出，氣團(tuán)不斷增大，對管網(wǎng)的危害隱患就越大，因此在該位置必須安裝進(jìn)排氣閥裝置。舉個(gè)案例：圭峰泵站工程改造，該泵站是供水管網(wǎng)中的二次加壓泵站，供水量為2000m3/h，由城區(qū)北部管網(wǎng)末端供水，供水管徑為DN400，供水壓力為0.18Mpa。按地面高程計(jì)算，該處已高出供水廠二級泵房約15m，為節(jié)約運(yùn)行成本，確定降地池和水泵聯(lián)合供水的模式改為水泵從市政管網(wǎng)直抽加壓供水，考慮可能出現(xiàn)的氣阻影響水泵的運(yùn)行效率，在水泵的進(jìn)水總管上安裝一個(gè)口徑為DN100的動(dòng)力式高速進(jìn)排氣閥，消除了管道中氣阻的影響，確保了高泵站的運(yùn)行可靠性。
