空气阀防护水锤的研究进展.pdf

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1、第32卷第12期人民黄河Vo1．32．No．122010年12月YELLOWRIVERDec．，2010【水利水电工程】空气阀防护水锤的研究进展柯勰，胡云进，万五一(浙江大学水利与海洋工程学系，浙江杭州310058)摘要：输水工程中，有压管道发生水锤事故的危害巨大空气阀是一种经济、安全的水锤预防措施，在工程中应用广泛。介绍了空气阀的工作原理，并从空气阀的理论研究、数值模拟、工程应用等方面详述了空气阀防护水锤的国内外研究现状，指出在空气阀机理和数值仿真等方面仍然存在许多亟待解决的问题，需结合物理模型试验，综合各学科基础理论，对空气阀的进排气动态

2、特性、数值仿真、合理选型及优化布置进行研究。关键词：空气阀；水锤；有压管道；泵站中图分类号：TV34文献标识码：Adoi：10．3969／i．issn．1000—1379．2010．12．098在长输水管路系统中，闸阀的启闭、泵的启动和突发性事1．1．1防护效果故停泵，都将引起管道内水流速度的突然变化，从而导致管道Wylie等指出管内空气在水力瞬变时会造成压力波动，内压力大幅度升高、降低交替变化，形成水锤。根据水锤的成由此产生的水头损失使输水效率降低；Qui。研究了停泵时因可将其分为开阀水锤、笑阀水锤、启泵水锤和停泵水锤。水管内空气引起的压力

3、波动；Campbell对空气阀防护水锤压力锤事故调查表明：水锤正压会使管道破裂，造成暂时的供水波动的效果进行了研究，提出空气阀能减缓由负压引起的水柱中断，严重的话还会酿成设备损坏、人员伤亡等灾害；水锤负压分离及再弥合水锤；Stephenson指出空气阀在排气过程中如会使管道凹陷，管道中某些部位(特别是凸起部位)的压力降至果阀门关闭过快将引起水锤，并提出将空气阀安装在竖管上来水的蒸汽压以下时，管道中的水开始汽化并形成蒸汽腔，出现抑制此类水锤的发生。“水柱分离”现象，当正压波反射回到该处后，蒸汽腔中的水汽在国内，郑源等j对有压管道含气水锤防护进行

4、了试验研凝结，气泡溃灭，分离的水柱互相撞击，压力骤然升高，形成“弥究和数值计算，指出安装空气阀可明显减轻管道中的正压冲合水锤”。水柱分离及再弥合水锤是长距离输水管线中经常出击、降低负压。蒋劲等对空气阀和单向调压塔两种防管道负现且危害最大的现象。压措施进行了比较分析，指出管中允许吸入的气体量是有限目前，水锤防护装置主要包括单双向调压塔、空气阀、水锤的，因此空气阀水锤防护作用有限，对负压持续时间长的输水消除器、空气罐、可控止回阀等。空气阀是一种用于防止产生系统不太可靠。刘梅清等研究了空气阀作为水锤防护手段负压的特殊阀门，它装设在管线的高处(凸起处

5、)，当空气阀处的适用条件，认为空气阀适用于凸起部位单一且局部高程等于的管内压力降到低于大气压时，空气阀打开，让空气进入，不致或接近于出水池水位的管道，而对于多峰局部凸起的管线布负压过大而使水柱分离；当空气阀处管内压力大于大气压时，置，事故停泵后将出现多处水柱分离，空气阀防护效果不甚理允许空气排出，但不允许液体排出，因此可以防止负压导致的想。另外，由于空气阀进、排气的阻力不相同，因此残留在管道水柱分离和水汽溃灭导致的危害现象。空气阀也是空管启动中的自由空气可能又会形成新的气液两相流的过渡过程。时管道排气的必要设备，空管道充水时及时排除管内空气，

6、避1．1．2特性参数免产生气阻而引发启泵水锤。此外，在输水系统停水检修时，空气阀防护水锤的效果与其特性参数密切相关，主要包括空气阀还能保证泄水的通畅。与空气罐和调压塔等其他水锤空气阀的进排气系数和进排气面积。防护措施相比，空气阀具有构造简单、投资省、安装方便等优Devine等指出空气阀的特性是影响水锤峰值压力的主点。因此，对空气阀防护水锤进行研究具有重大的理论意义和要原因。Lee等⋯认为进气系数较大，则空气阀防止负压的实用价值。能力较强，而排气系数较大时，由于排气速度快，“水柱分离再1国内外研究现状弥合”所形成的水锤是非常危险的，因此空气阀基

7、本无水锤防1．1理论研究收稿日期：2010—01-'05基金项目：国家自然科学基金资助项目(50709029；50809059)。针对空气阀的研究始于20世纪60年代，国内外学者从防作者筒介：柯勰(1985一)，男，浙江台州人，硕士研究生，研究方向为长距离输护效果、特性参数和布置规则等方面，对空气阀进行了深入的水工程水力过渡过程。理论研究，取得了大量研究成果。E-mail!eorlinke@gmail．tom·229·人民黄河2010年第l2期护能力；排气流最系数较小时，管道内压力波动周期较大，水力表面积很大，因此进入管内的空气迅速与水体达到

8、热平衡，并瞬变过程时间较长，但压力波动幅度较小，对“水柱分离再弥最终与水体保持同温；③进入管内的空气滞留在空气阀附近；合”水锤峰值抑制较好。Lee、郑源等通过试验研