新型超前排气阀的设计与应用

新型超前排气阀的设计与应用

吴国良

莆田市供水公司福建莆田351100

摘要：在给排水管道的应用中，因为水中通常都溶有一定的空气，而且空气的溶解度随着温度的升高而减少，这样水在循环的过程中气体逐渐从水中分离出来，并逐渐聚在一起形成大的气泡甚至气柱，因为有水的补充，所以经常有气体产生。在这时，排气阀就起到了重要的作用，排气阀是管道系统中必不可少的辅助元件，它可以将水中的气体排出，降低管道内部压力，为给排水管道提供更好的工作环境。

关键词：新型超前排气阀；设计；应用

引言

输水管（渠）、配水管（渠）通气设施是给排水管道安全运行的重要措施。通气设施一般采用排气阀，其设置可经过计算确定，一般在管道的隆起点上必须设置排气阀，在管道的平缓段，根据输水工程的实例和安全运行的要求，也宜间隔1000m左右设一处排气阀。

一、新型超前排气阀设计的目的

给排水管道在运行过程中，水中的气体将会逸出在管道高起部位积累起来，甚至形成气阻，当管中水流发生波动时，隆起的部位形成的气囊，将不断被压缩、扩张，气体压缩后所产生的压强，要比水被压缩后所产生的压强大几十倍甚至几百倍，此时管道极易发生破裂。

新型超前排气阀应用于独立采暖系统、集中供热系统、采暖锅炉、中央空调、地板采暖及太阳能采暖系统等管道排气。因为水中通常都溶有一定的空气，而且空气的溶解度随着温度的升高而减少，这样水在循环的过程中气体逐渐从水中分离出来，并逐渐聚在一起形成大的气泡甚至气柱，因为有水的补充，所以经常有气体产生。

当系统中有气体溢出时，气体会顺着管道向上爬，最终聚集在系统的最高点，而新型超前排气阀一般都安装在系统最高点，当气体进入排气阀阀腔聚集在排气阀的上部，随着阀内气体的增多，压力上升，当气体压力大于系统压力时，气体会使腔内水面下降，浮筒随水位一起下降，打开排气口；气体排尽后，水位上升，浮筒也随之上升，关闭排气口。

所以给排水管道设计时设计新型超前排气阀，一般在起伏不大的平原地区，挖槽时应人为的将管线设计出起伏，呈循环上升或下降，坡度不小于1/500，每公里在最高处设置1-2个排气阀，在起伏较大的丘陵或山区，应在每个起伏的最高点，设置一个排气阀，排气阀的规格是原管道直径的1/8-1/10。

二、新型超前排气阀的设计

2.1浮球（筒）式排气阀

这是最早生产的排气阀，一般不能在压力大于0102MPa状态自动排气，只能进行进气和在首次充水或事故检修后充水排气，且进排气速度较其他形式慢，只适合于进排气量不大的情况。

2.2浮球（筒）杠杆式排气阀

在浮球（筒）式排气阀的基础上改进而成。通过杠杆原理使得在较大压力状态也能排气，排气最大压力一般不超过0.08MPa。上述两类的排气阀结构简单，但有一定缺陷。水气相间时大排气口仅能排出第一段气体，不能连续排气。输水管道坡度不大时，管道中大多是一段水一段气的柱塞流状态。浮球式排气阀的浮力较小，排完第一段气体后水就把浮球托起，第二段气体即有压力，假定压力为012MPa，气体对浮球的托力等于排气口面积乘管道内压力，计算可得DN100排气阀托球力约1500N，DN300排气阀托球力约14000N，故大排气口不可能再自动开启排气，在柱塞流状态中失去排气功能。

2.3气缸式排气阀

气缸式排气阀是近几年才出现的排气设备如下图（1）所示，是根据气缸原理制成的不同于其他任何一种进排气阀的全新装置，其原理是用浮筒杠杆等控制气缸内气动膜片动作，从而控制阀体排气口启闭。在高压（1MPa以下）状态下，无论是多段水柱、气柱相间，有压无压气体均可高速排出。

图（1）气缸式排气阀结构

这类排气阀结构上的主要特点是：大、小排气口或仅大排气口的有效排气口径不小于排气阀公称直径的70%，排气口径大，排气速度快，且在任何情况下均可高速排气。一般设计者在选择排气阀时以排气阀的公称直径计算排气量。气缸式排气阀则完全能满足设计要求，真正起到防止管道出现水锤和爆管的作用。

2.4组合式（复合式）排气阀

复合式排气阀是我国最常用的排气阀如下图（2）所示，它在浮球（筒）式和浮球（筒）杠杆式排气阀的基础上组合改进而成。在压力状态下微量排气用浮球杠杆式排气装置；首次充水或其他情况下的大量进排气用浮球（筒）式装置。可加大进排气口的尺寸，使得进排气速度有很大提高。

图（2）复合式排气阀

2.4.1复合式排气阀的工作原理

当给排水管内开始注水时，塞头停留在开启位置，排出大量空气。当空气排完时，阀内积水浮球被浮起，传动塞头至关闭位置，停止大量排气。当管内水正常输送时，如有少量空气聚集在阀内到相当程度，阀内水位下降，浮球随之下降，此时空气则由小孔排出。当泵停止，管内水流空时，或遇管内产生负压时，此时塞头开启，吸入空气确保管道安全。

2.4.2复合式排气阀优点

性能可靠，可以将给排水管道中的大量空气、系统运行中的少量气体，高速排到外界空气中。维修方便，复合式排气阀可方便地从系统上卸下进行维护，而系统中的水不会流出，所以不必排空系统。只排气、不排水，汽、水分离盘设计采用特殊的结构，保证排气时绝不排水。只要系统有压力，复合式排气阀就会连续不断地排气。

三、新型超前排气阀的应用中需要考虑的因素

3.1排气量

排气量小，往往停水后很久才能恢复原来的供水能力；排气量大则在极短时间内恢复至正常供水能力。

3.2空气关闭压力

空气关闭压力表示新型超前排气阀排气能力的上限。新型超前排气阀的排气能力不仅与阀的口径有关，也与阀内外气体压差有关。在正常情况下，大阀启闭受到浮球上下位移的约束，浮球的位移受阀腔内液位控制。当大量气体快速集中排放时，浮球或阀板受气体冲击推力而关闭，影响排气的正常进行。出现这一现象时的气流压力称为阀的空气关闭压力。当阀板在浮球推动下顶住了阀孔，气流瞬时中断，阀板又会重新下落，气流又会形成，阀板再次关闭，系统出现振荡关闭现象，为避免由于空气关闭压力而产生的不良影响，配置排气阀时应选择适当的阀门直径，保证在阀的安装位置段最大排气量时所对应的排气压力应低于空气关闭压力值。以上所述为选择合适的新型超前排气阀最重要的一点。因为如果空气关闭压力过低时，往往空气尚未开始排放，排气阀内部浮球已被空气浮起，关闭排气孔。一般良好的排气阀其空气关闭压力能达到017kg/cm2，已有足够能力将管内空气迅速排放完毕，因此一般空气压力在阀体内大于015kg/cm2时，空气速度已达到最大流速（90m/s）。

3.3水关闭压力范围

部分新型超前排气阀装置设于管道最高点，由于此点管中水压有时很低，部分排气阀须有水压015kg/cm2以上才能完全关闭，若低于此压力则会产生漏水现象，因此水关闭压力范围越大越好，一般012~10kg/cm2是最常用的范围。

3.4新型超前排气阀选择

选择新型超前排气阀时，一定要向厂家提供管道直径、最大工作压力、最大流量等参数。根据这些参数，确定排气阀的直径，排气孔的孔径，以保证正常情况下，清洁水中含有约2%的溶解空气能够在不断释放中被排除。

四、结论

给排水管道排气顺畅是保证其安全运行的最重要指标，工程实践证明，不装或者所装排气阀性能不符合要求，都可能造成爆管，造成一定程度的经济损失。因此使用排气性能良好的排气阀并合理安装是给排水管道安全运行的关键。应按相关的规范和技术要求，科学地选择新型超前排气阀，对所选购的排气阀进行性能测定试验，鉴定排气阀的性能，最大程度地发挥排气阀的作用。

参考文献：

[1]杨进.新型超前排气阀的设计与应用[J].煤矿安全，2007-07-10.

[2]吴大转.微型自动排气阀的工作机理与排气特性[J].排灌机械工程学报，2013-07-11.

[3]胡泊.排气阀的结构特点与应用研究[J].给水排水，2008-07-10.