排氣閥是管道系統(tǒng)水錘防護(hù)的有效措施

排氣閥可以防止管道系統(tǒng)中負(fù)壓導(dǎo)致的水柱分離及水汽潰滅導(dǎo)致的危害現(xiàn)象，具有構(gòu)造簡單、投資省、安裝方便等優(yōu)點(diǎn)。排氣閥的作用是，當(dāng)氣閥處的管內(nèi)壓力降到低于大氣壓時(shí)，氣閥 打開使空氣進(jìn)入；當(dāng)管內(nèi)水壓增加到大氣壓以上，允許空氣逐漸流出，但不允許液體漏入大氣。對(duì)于排氣閥的設(shè)置，工程上較為關(guān)心其安裝位置、口徑及進(jìn)排氣系數(shù)等對(duì)水錘防護(hù)效果的影響。

排氣閥的安裝位置，工程上常采用較為保守的布置方式。美國水行業(yè)協(xié)會(huì)(AWWA)給出標(biāo) 準(zhǔn)布置方案：1)局部高點(diǎn)，一般管道的局部高點(diǎn)容易形成真空，在此布置排氣閥可破壞事故停泵等引起的水柱分離；2)坡度變化處，包括上坡管道坡度減小處和下坡管道坡度增大處；3)長距離上、下坡段每隔600m左右布置排氣閥；4)長距離水平段每隔600m布置排氣閥。國內(nèi)學(xué)者研究了排氣閥的適用條件，指出排氣閥適用于凸起部位單一且局部高程等于或接近出水池水位的管道，而對(duì)于多峰局部凸起的管線布置，事故停泵后將出現(xiàn)多處水柱分離，排氣閥防護(hù)不甚理想。劉志勇等對(duì)排氣閥水錘防護(hù)特性的主要影響參數(shù)進(jìn)行了分析，認(rèn)為排氣閥的防護(hù)效果受安裝位置和進(jìn)排氣孔口徑的影響較大。雖然排氣閥布置越多越有助于通過吸氣補(bǔ)氣緩解管道內(nèi)負(fù)壓，但發(fā)生水柱彌合時(shí)則需要排氣閥盡量少的排氣，因此，排氣閥的布置并不是越密越好。

排氣閥口徑的確定，我國相關(guān)的工程規(guī)范對(duì)此還沒有提供相關(guān)的計(jì)算公式，只說明依據(jù)經(jīng)驗(yàn)選取為輸水管道的1/8~1/10，但在管徑大、管線長的大型輸水工程中，僅依靠經(jīng)驗(yàn)選擇口徑是不夠的。還有，工程技術(shù)人員為偏安全，通常會(huì)加大一號(hào)排氣閥口徑，這在緩解管道負(fù)壓的同時(shí)也加劇了水柱彌合時(shí)的高壓，在工程上反而是不利的。嚴(yán)海軍等對(duì)孔口空氣流動(dòng)理論進(jìn)行了研究，認(rèn)為排氣閥孔徑應(yīng)根據(jù)管道的進(jìn)排氣要求，通過計(jì)算來確定，并通過工程實(shí)際應(yīng)用條件和所選產(chǎn)品性能進(jìn)行復(fù)核。

排氣閥的進(jìn)排氣系數(shù)對(duì)水錘的防護(hù)效果影響較大，國內(nèi)外學(xué)者研究的也比較深入。Lee認(rèn)為進(jìn)氣系數(shù)較大，則排氣閥防止負(fù)壓的能力較強(qiáng)，而排氣系數(shù)較大時(shí)，由于排氣速度快，“水柱分離再彌合”所形成的水錘是非常危險(xiǎn)的，而排氣流量系數(shù)較小時(shí)，管道內(nèi)壓力波動(dòng)周期較大，水力瞬變過程時(shí)間較長，但壓力波動(dòng)幅度小，對(duì)“水柱分離再彌合”水錘峰值抑制較好。鄭源等通過實(shí)驗(yàn)研究了排氣閥進(jìn)排氣流量系數(shù)對(duì)壓力的影響，指出在保持較高的進(jìn)氣系數(shù)時(shí)，盡量降低排氣系數(shù)。Wood推薦了排氣閥進(jìn)排氣系數(shù)的取值范圍，而胡建永等認(rèn)為要根據(jù)具體工程來選取進(jìn)排氣系數(shù)。