[发明专利]一种提高进排气阀的排气能力的实现方法

说明书

本发明公开一种提高进排气阀的排气能力的实现方法，基于进排气阀流线数学模型的建立，针对供水系统进行理论排气量计算、常规进排气阀型号、规格的确定并计算排气流量系数；设计同规格进排气流道为流线型的变截面进排气阀，在排气性能测试平台上测试、记录并计算实际排气量及排气流量系数。试验证明变截面进排气阀排气能力明显提高，这样满足排气要求的前提下可减小其口径和数量，降低投资，提高内元件的抗汽蚀性能，延长使用寿命，解决了进排气阀选型不当造成的爆管事故；首次提出并验证了进排气阀内外压差不同，其排气流量系数也不相同的观点，为我国供水行业选型标准的完善及生产技术标准的制定提供依据，对保障管道安全运行具有重要意义。

技术领域

本发明属于进排气阀的选型领域，具体涉及一种提高进排气阀的排气能力的实现方法。

背景技术

进排气阀研究始于15世纪60年代左右，近年来，国内外学者从进排气阀的数学模型、防护效果、特性参数和选型规则等方面做了深入研究，大量的研究表明，正确地设计、选择和安装进排气阀是保障长距离输水管线初次充水、事故停机充分进排气的有效解决办法之一。进排气阀具有构造简单、造价低、安装方便、不受安装条件限制等优点，我国目前常见的进排气阀按功能和其运行形式分为3类：高压微量排气阀、低压高速进排气阀以及复合(组合)式进排气阀。复合式进排气阀同时具有高压微量排气阀和低压大量进排气阀的功能，为防止充水速度过快产生水锤，很多复合式进排气阀设有防水锤组件，具备快开缓闭功能及配件。带有缓冲机构的进排气阀，可以避免浮球被气流吹起而使进排气阀突然失去排气能力，从而减小因进排气阀突然关闭造成的高压水锤带来的爆管事故发生。由于进排气阀的计算误差、选型不当致使管线进排气不畅从而造成的爆管事故屡见不鲜。例如西北某市泵站输水管线，管长12km，管径DN1150，最大静压39m水柱，管道上安装3种不同类型的浮球式排气阀，通水运行40天爆管3次，后来实验发现，选用的浮球式排气阀排气量严重不足。据统计华北某大城市一年爆管400多次，西北某市年爆管900多次。因此，如何使进排气阀具有更为充分的进排气量是防止事故发生的重要研究方向。

复合式进排气阀是目前最理想的管路水锤防护阀。大孔口大量进排气，小孔口微量排气是复合式进排气阀的基本功能，浮球结构是其主要构件，正常情况下浮球座在浮球托盘上。空管充水时，空气沿着浮球托盘底部向上，从浮球四周通过阀座后排向大气，实现大量排气功能，快速大量排气到设定压力后，再缓慢排放剩余全部微量气体；空气排完后，水进入阀体，浮球在水的浮力下浮起关闭大孔口，小排气口继续排气。管道放空或爆管泄水时，浮球迅速下落，及时吸进空气，破坏管道真空，当有水柱弥合时，缓冲板提前关闭，截流大部分空气在管道内，阀门少量排气，通过空气隔断，防止水柱弥合，从而消除弥合水锤。关闭过程中，由于大小排气孔的压力作用不同，大气孔的浮球先顶起关闭，然后再关闭小孔，延缓全闭过程，缓和水柱再弥合时的压力上升。

根据Wylie和Streeter等人及后继者完善研究，可知进排气阀的进排气能力取决于管内外压差、气体温度。其本质是满足压力管路安全运行的进排气要求，因此在压力管道开机、正常运行和事故状态下，进排气阀必须灵活实现进排气功能，这一点是进排气阀设计的根本技术要求。

因此，在进排气阀进排气流道绝热过程、等温过程、多变过程分析的基础上，研究流道截面积、气流速度、质量流量、压力、和温度和马赫数的变化规律，才能使得复合式进排气阀进排气流道进排气功能的实现更加充分，进而防护管线安全。

管线的安全运行依赖于管线内空气的持续排出。管路中存气有多项危害，其一，降低输水效率，引起输水中断；其二，导致管线产生水锤、气爆，威胁水泵、阀门、管线、计量仪表的运行安全，甚至危及人身安全；其三，引起水表、压力表等计量器具产生测量误差；其四，引起管道和设备的腐蚀和汽蚀等等。其中，液柱分离现象是管道水锤最不利的工况。因此，输水管路的进排气设计越来越引起有关水锤专家和工程设计者的重视。