在输水管道中增设排气阀.doc

在输水管道中增设排气阀在地形起估地段，要求输水管道的最高点设排气阀，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，经过最高点排气阀时，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=psinα (1)式中：p--气泡受水的浮力（p=1/6π d3·p)QX(p--水的容重d--气泡直径α--管道的俯角 气泡受水流的推力为 p` v2HA3p2p＇=----- .s (2)4B 2g10Rv)(xYv2 r2f式中：----- －－－流速压强（kg/cm2) c=EHh  2g10kVus-- 气泡最大截面积（s=1/4πd2)v-- 水流速（m/s)HuqHW vmkeS当 p1＝p`时，气泡受力达到平衡而静止在管道中。

联立（1）,（2）式得 3Md.sinα =-----------5iKE+X+=([R10.4p.gZ3(Dc--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·sinα>c 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：1≈153.气囊受力分析及临界位置 E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，这个截面为以 h 为高的弓形 FkS ,n v2 ip＇=∑ pi= -----.s （5）1 2g10nH1+XVEPs--弓形在积 d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：v≈0.5πr3，s≈0.2πr2对前例中 dn800 管道，当 v=1.0m/s 时，所受推力按（5）式计算：1.02)p＇＝------0.2π.402=5.124(kg)2g所受浮力按（1）式计算 P6p1=psin α=0.5π0.43×1000sinα=100.5sinαt当 p`=p1 时 z,5.214RrXjRα =arcsin=-----------=2.92100.50b该俯角 α 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`=psinα 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最高点排气阀。