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排氣閥管道中空氣來(lái)源與危害
在給水管道設(shè)計(jì)中,管道的排氣是一個(gè)非常重要且復(fù)雜的問(wèn)題,排氣閥作為一個(gè)附屬設(shè)施,其設(shè)計(jì)的合理性對(duì)以后管道系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)和水泵的動(dòng)力消耗有重要影響。設(shè)計(jì)不合理時(shí),嚴(yán)重者可引起水柱分離,產(chǎn)生巨大的壓力,破壞管道。
近年來(lái)我國(guó)長(zhǎng)距離引水工程逐漸增多,輸水管道的排氣問(wèn)題也越來(lái)越引起有關(guān)管道工程師和水力學(xué)專家的重視。許多閥門(mén)生產(chǎn)廠家和研制部門(mén)正加快進(jìn)行排氣閥新產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)。新產(chǎn)品、新技術(shù)的廣泛應(yīng)用能極大降低工程系統(tǒng)中的危險(xiǎn)和破壞作用,為工程的安 全運(yùn)行提供保障。
23.2.2管道中空氣的來(lái)源與危害
(1)空氣來(lái)源
①直接進(jìn)氣:初始未充水的管道或管道使用中放空時(shí)的進(jìn)氣。
②自由狀態(tài)空氣的進(jìn)氣。如管道進(jìn)口,負(fù)壓管道系統(tǒng)或設(shè)備封閉不嚴(yán),以及當(dāng)管道系統(tǒng)中形成負(fù)壓時(shí)空氣從排氣閥、排氣管等處進(jìn)人的空氣。
③溶解在水中釋放出來(lái)的空氣。清水中溶解的空氣有2%,污水中有3%。
(2)輸水管道內(nèi)的氣體運(yùn)動(dòng)
進(jìn)入管道的氣體雖然同輸送液體處于相同的壓強(qiáng)之下。但由于氣、液重度差和液體表面張力的作用, 氣體一般會(huì)出現(xiàn)在管道內(nèi)的制高點(diǎn),這些微小氣泡聚集在一起逐漸形成大氣泡甚至氣包。這些氣包在重力和水流沖力的共同作用下,它們或分散存在于較平緩 下坡(對(duì)水流而言)段管道頂部,或存在于起伏管線的管道凸起處。氣包在管道內(nèi)所處的位置,取決于其力的平衡條件。當(dāng)氣包重度差的管軸向分力同水流方向一致時(shí),氣包隨水流方向前進(jìn);反之,氣包則受摩擦力作用而滯留于管壁甚至逆向流動(dòng)。因此上坡管道的氣體較易于排出,下坡管道的氣體則不易隨水流排走。
(3)產(chǎn)生的危害
①加大沿程摩阻氣泡使水的流動(dòng)體積變大, 水與管壁的相對(duì)流速加大,即摩阻水頭損失加大,則水栗揚(yáng)程提高,出水量減少。
②加大局部阻力氣泡集聚成為氣囊,使管道流水截面減少,增加了水頭損失,形成氣阻時(shí),甚至水泵不能按設(shè)計(jì)流量出水;當(dāng)管道沿程起伏較大,形成多個(gè)較大的跌水,多個(gè)頂端氣阻高差疊加,接近或達(dá)到水泵揚(yáng)程時(shí)出水困難,甚至管道終端出口不出水。
③造成管道水壓試驗(yàn)失真如DJV400及以下管道不做漏水量試驗(yàn),只以lOmin落壓不大于5m時(shí)為合格,當(dāng)管道排氣不凈,試壓過(guò)程將空氣壓縮,雖然管道漏水量較大,但被大量壓縮空氣體積膨脹所彌補(bǔ),而表現(xiàn)為壓力降落不大,不能真實(shí)反映管道密封性能。
綜上所述,輸水管道在充水或排水時(shí),要排出或吸人相同體積的氣體;正常輸水過(guò)程中需要排出帶入管道的微量氣體或因壓力和溫度變化析出的氣體。當(dāng)缺乏必要的排氣設(shè)施、排氣閥選型不合理、排氣閥布置不當(dāng)或排氣閥不能正常工作時(shí),氣體就會(huì)集聚在管 道系統(tǒng)中。這些氣體在管道水流發(fā)生非正常調(diào)節(jié)工況時(shí),如輸水系統(tǒng)發(fā)生事故停泵、輸水管道系統(tǒng)切換、 控制調(diào)節(jié)閥誤操作等,輕則會(huì)影響系統(tǒng)正常運(yùn)行,重則會(huì)使管道輸水系統(tǒng)遭到破壞。
管道內(nèi)積存氣體對(duì)系統(tǒng)的危害是多方面的。首先會(huì)影響管道安全運(yùn)行,氣包實(shí)際上是處于運(yùn)動(dòng)和壓力振蕩之中的,其運(yùn)動(dòng)和壓力振蕩反過(guò)來(lái)又引起水流速度的變化,從而引發(fā)氣爆型水錘。供水管網(wǎng)中發(fā)生爆管事故,排氣不暢是主要原因。其次,在小直徑輸水 管道中,由于附著于管壁的氣泡或氣囊縮減了管道過(guò)水?dāng)嗝嫔踔磷钄嗨?,減小輸水流量,影響需水戶正常生產(chǎn)和生活用水,同時(shí)還會(huì)增加運(yùn)行成本。特別對(duì)于長(zhǎng)距離大、中口徑輸配水管道的排氣問(wèn)題十分重要,DN600管道對(duì)應(yīng)水泵流量2500m3/h,揚(yáng)程提高 lm,每年耗電要8X104kW* h左右。對(duì)于短距離小口徑輸配管道,由于流速快,出口多,安全系數(shù)大, 問(wèn)題相對(duì)要小一些。