输水管道排气阀的增设

1、输水管道排气阀的增设一、引言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、实例及分析在地形起估地段，要求输水管道的点设排气阀，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，

2、输水管为 dn800 连续铸铁管， 平均流速 1.0m/s，泵站前 500m 有一高岗，高程 185，高岗的点有一排气阀，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

3、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。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，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。浮力分力 p1=psin （1）式中：p气泡受水的浮力（p=1/6 d3.p）p水的容重d气泡直径管道的俯角气泡受水流的推力为 pv2p= .s

4、 （2）2g10v2式中： 流速压强（kg/cm2）2g10s 气泡截面积（s=1/4d2）v 水流速（m/s）当 p1p时，气泡受力达到平衡而静止在管道中。联立（1）、 （2）式得3d.sin =10.4p.gc平衡常数式（3）说明，在恒定流条件下，气泡直径与管道俯角的正弦成反比。当 d.sinc 时，气泡向上移动。2.管道中气囊的形态前述气泡平衡问题时，假定了气泡为直径等于 d 的球形，这只能近似地形容微小气泡， 实际上当气泡达到一定体积，且上升到管壁成为气囊，由于表面张力的的作用，它将以半椭 圆形状存在（见图四）。随着气泡逐渐长大，气泡的形状将受水流推力、重力和管道形状控制， 在长度方向

5、伸长较大，在横向成弓形。根据模拟测量，气囊的长 l 与高 h 的关系为：115h3.气囊受力分析及临界位置根据水利学原理，气囊在管道内平衡时所受水流的推力，等于垂直于水流的截面所受的 压力（见图五（1），这个截面为以 h 为高的弓形（见图 5（2）n v2p= pi= 。s （5）1 2g10s弓形在积气囊能引起爆管，是由于快速开关阀门或水泵起停，使管道出一了大的压力增值，气体 的可压缩特性，使应力集中到气囊产生高压而爆管。根据一些爆管的经验，气囊高度达到管径四分之一是爆管的危险点，也就是气囊的临界 点。这时气囊的体积和断面积简单计算为：v0.5r3，s0.2r2.对前例中 dn800 管道，

6、当 v=1.0m/s 时，所受推力按（5）式计算：1.02p0.2。402=5.124（kg）2g所受浮力按（1）式计算p1=psin =0.50.431000sin=100.5sin当 p=p1 时5.214 =arcsin=2.92100.5该俯角与实测爆管点俯角基本吻合。三、结论1. 输水管道下坡段必须增设排气阀，具体位置由式 p=psin确定，计算流速取平均值 为宜；2. 管道实际俯角小于计算角度时，排气阀应设在下弯曲线与直线的交点处；3. 为使管内气体尽早排出而不形成气囊，下弯管线与直管线的交点均应设排气阀；4. 本文所增设的排气阀不能取代点排气阀。备注说明，非正文，实际使用可删除如

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