输配水管网中存在气体的分析及排气方式的选择

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1、研究与探讨·CITY。jATO黼WN圈_W鼹ATER—SUPP疆一三·NDLY曩I，输配水管网中存在气体的分析及排气方式的选择王超(长安大学环境科学与工程学院，陕西西安710054)摘要：在城市输配水管网中，排气不畅是引起管网爆管的主要原因。结合城市输配水管网中气、水两相流研究的最新理论，探讨了国内外常用的排气方式，并对管网排气方案提出具体建议，为工程技术人员提供参考。关键词：管网两相流水锤排气阀1．前言2．管网中气囊运动及其转化规律随着城市建设的发展，水资源的日益短缺，城2．1有压供水管道中气、水两

2、相流的六种流市管网供水经常出现的爆管和漏水问题越来越引起态人们的关注，管网爆管不仅影响城市居民的正常用目前关于气、液两相流的流态研究多集中在充水和城市交通，，而且造成财产损失。找到管网爆满水流动的管道中充气。在输配水工程中，管道起管的原因，尽快有效地解决管网爆管问题，已经成伏不大，可视为水平管道，充水阶段是向存满气的为相关工程技术人员义不容辞的责任。管道中充水，运行阶段则是在充满水的管道中局部根据工程经验，在城市输配水管网中气、水存气。输配水工程中的气、水两相流的流型与不加两相流的非稳定运行是管网爆管

3、的主要原因，气热水平管内的流型较为相似，但是产生条件及过程囊运动在管道中的不稳定性及相互转化不可控性却截然不同。在输配水管道中，由于设计流速一般极易造成管网不正常工况下的水柱分离和断流弥不大，管道中的气体多以气囊形式存在于管子上部。合水锤。研究表明，气囊运动在管道中引起管道在多起伏的管道中，气囊多存在于管道的凸起点；中的压力升降，最高水锤升压可达400米水柱，而在坡度小，较平坦管道中，气体则以众多相互独可对管道造成极大破坏，引起管网多处爆管和大立的大气囊形式分散存在。据美国马丁教授的研究量漏水。因此，

4、了解输配水管网中气、水两相流理论，较平坦的供水管路呈现六种气液两相流状态，方面动态模型及其转化规律，研究输配水管网中见图1所示。气囊运动引起管网水锤升压的机理和常用的排气2．2六种流态间的相互转化方式，并选择合理的排气方式对解决城市输配水管道中气、水两相六种流态的转化如图2所示，管网爆管问题具有重要意义。管道在正常充水过程中，将依次经历层状流、波状流、气团流及段塞流，在特殊情况下会产生泡沫流城镇供水NO．5201567§g臻鞠秘I濯-棚豸·研究与探讨·ClTYANDTOWNWATERSUPPLY秘，某

5、市，输水管长91km，几年运行爆管达108次，沈阳建工学院的专家经分析后结论为气爆；南方某市输水管仅长860m，管径DN1200，运行一年爆管达6次之多；西北某市，管长10．2km，管径DN1200运行两个月爆管3次。在输配水管网中排气不畅容易造成管网通水图3气囊运动升压实验图困难、设计流量无法满足以及多次爆管引起的系(2)气囊压差及水气速差造成压力升高统瘫痪，同时还会带来一些隐性危害，如管网压有压管道内气囊运动产生的压力升高往往类似力失稳、漏失水量增加、管网寿命降低、故障较于断流弥合水锤口，其升压值

6、与气囊所占管道过水多带来的大量人力物力浪费等问题，从整体上来断面的大小及气囊运动与水流的速差有关。理论计看，在输配水管网中排气不畅会对工程的安全性算表明，气囊两端的压差如果达0．01m水柱，气和经济性造成影响。囊运动的速度即可达每秒十几米，水流随之波动的4．排气方式选择速度与管路的复杂程度和气囊占过水断面的比例有4．1常见排气方式关，故气囊运动引起的升压也大小不同，可能小到在城市输配水管网中，排气方式有很多种，目仅几米水柱，大到数百米水柱，国内外实测到较大前工程上主要用排气阀来进行排气，排气阀的选择的

7、断流水锤升压为200～400米水柱。特别值得注是保证管网排气通畅的关键。目前国内外工程上主意的是，气囊引起的断流弥合水锤升压极快，往往要有两种排气阀：浮球(筒)式排气阀和气缸式排在不到1秒(停泵水锤升压过程一般为十几秒至几气阀。浮球(筒)式排气阀又可分为：双口排气阀、分钟)就迅速升压到最大值，因而较一般停泵水锤组合式排气阀、杠杆式排气阀、复合式排气阀以及更难防护。动力复合式排气阀，这类排气阀结构简单而且造价(3)水柱撞击造成压力升高较低，但是水气相间时大排气口仅能排出第一段当管道中气囊两端水柱撞击时，

8、且气囊缓冲容气体，不能连续排气，小排气口径一般在3~5mm，积不足够大时，其最大压力升高可能接近直接水锤，仅能微量排气，最多仅能排出层状流和波状流的气为：AH=a／gA(80～100)△V(米水柱)体，对供水管道中其他4种流态下的气体则无能为△V．一流速变化力，故通水和运行时常需人工辅助排气p；气缸式△H一水柱撞击升压排气阀造价较高，但是具有高速排气、快关缓闭、3-3管网中气囊运动的危害不卡球不跑水、排气彻底、寿命较长等性能，不论根据有关理论计算，排气不