排氣閥的基礎知識

"空氣閥"又(yòu)稱為(wèi)"排氣閥"，實際上它有(yǒu)排氣和吸氣雙向功能(néng)，所以它應該被稱為(wèi)"空氣閥"或"通氣閥"。但是習慣上又(yòu)叫"排氣閥"，英文(wén)名(míng)稱：Air Valve,Air Release Valve,Air Vent,Purger等。

1、空氣閥分(fēn)類

空氣閥通常分(fēn)為(wèi)"高速排氣閥"、"高速吸氣閥"和"微量排氣閥"三種孔口功能(néng)以及它們之間的不同組合如："雙向進排氣閥"、"單獨微量排氣閥"、"單向吸氣閥"-又(yòu)稱為(wèi)"真空破壞閥"或"補氣閥"、"注氣微排閥"-即高吸微排閥和複合式排氣閥等。

按照用(yòng)途，又(yòu)分(fēn)為(wèi)：清水用(yòng)和污水用(yòng)空氣閥。

按照孔口數量，又(yòu)分(fēn)為(wèi)：單口排氣閥、雙口排氣閥、三口排氣閥和組合式正負壓水錘控制閥等。

按照工(gōng)作(zuò)原理(lǐ)，又(yòu)分(fēn)為(wèi)：二階段空氣閥(即高比例注氣微排閥Two-Stage Air Valve)和三階段空氣閥(Three-Stage Air Valve)等。

按照内部結構，又(yòu)分(fēn)為(wèi)：傳統式排氣閥、動力式高速排氣閥、防水錘排氣閥等。

按照微量排氣原理(lǐ)，又(yòu)分(fēn)為(wèi)：浮球直動式微量排氣閥、單杠杆式微量排氣閥、雙杠杆式微量排氣閥和卷簾式微量排氣閥等。

按照安(ān)裝(zhuāng)方式，又(yòu)分(fēn)為(wèi)：室内安(ān)裝(zhuāng)式、地上安(ān)裝(zhuāng)式、井内安(ān)裝(zhuāng)式、埋地安(ān)裝(zhuāng)式等。

2、空氣閥功能(néng)簡介

2.1高速排氣閥：Air Valve，Air/Vacuum Valve (US), Air Release Valve (歐洲), 或高速排氣孔口：大孔口，通常25~200mm，一般在15mm以上，又(yòu)很(hěn)少達到200mm以上，該孔口尺寸并不是越大越好，相應的，高速排氣量也不是越大越好；它在低壓(或微正壓)下工(gōng)作(zuò)，其正常工(gōng)作(zuò)壓力在+10Pa~+89kPa(聲速臨界壓力)之間，一般不高于+35kPa(=5psi)。按照美國(guó)水協AWWAC512《清水用(yòng)排氣閥産(chǎn)品标準》的定義：Air/Vacuum Valve：一種直接動作(zuò)式、浮球操作(zuò)型水力機械裝(zhuāng)置，在空管充水時自動大量排氣或管線(xiàn)系統放空時自動大量吸氣；在系統充滿和有(yǒu)壓狀态下，這種高速進排氣閥将保持關閉而且不會再開啓；但是在出現負壓時會開啓洩放真空(即吸氣破壞真空)。其功能(néng)是在微正壓下高速大量排氣。要求閥瓣在高速排氣過程中(zhōng)不怕吹堵，但是通常怕吹堵，特别是在+10kPa(≈1mH2O)以上壓力的氣流中(zhōng)閥瓣(通常是浮球或浮筒)很(hěn)容易被高速氣流挾持吹出堵塞孔口。一旦關閉，就會長(cháng)時間處于常閉狀态，其後不會再打開，哪怕充滿氣體(tǐ)也不會再次開啓排氣-隻要處于正壓狀态下。(如果此時高速排氣閥開啓排氣，則會産(chǎn)生排氣閥關閥水錘-Air Valve Slam，所以，不允許開啓)。

2.2高速吸氣閥：Air/Vacuum Valve, Vacuum Breaker (US)，Air Intake Valve, Air Admittance Valve (歐洲)，或高速吸氣孔口：大孔口，通常50~600mm，該孔口尺寸可(kě)以說越大越好；在低壓(微負壓)下工(gōng)作(zuò)(吸氣)，其正常工(gōng)作(zuò)壓力在-10Pa~-35kPa 之間，較少高于-1kPa，也很(hěn)少低于-35kPa。其功能(néng)是在微負壓下高速吸氣補氣，破壞真空；平時在有(yǒu)壓下長(cháng)期處于常閉狀态。其關鍵技(jì )術指标有(yǒu)：孔口尺寸、與負壓相關的吸氣量、孔口吸氣系數、負壓開啓值、負壓靈敏度(負壓開啓延後時間-啓動延後和全開啓所需時間)、流道面積、孔口朝向及其防護等級(防止灰塵堆積和阻塞)等。通常跟高速排氣孔口為(wèi)同一個物(wù)理(lǐ)孔口，即市場上常見的高速進排氣閥。共用(yòng)孔口帶來孔口選型時顧此失彼的天然缺陷。高速進排氣閥僅能(néng)破壞真空，但是不能(néng)抑制空腔彌合水錘；而單向吸氣閥既能(néng)破壞真空，又(yòu)能(néng)抑制彌合水錘，其缺點是吸氣後無排氣措施。

2.3微量排氣閥：Air Release Valve(美國(guó)), Air Vent(歐洲)，或微量排氣孔口：微小(xiǎo)孔口，通常1.0~25mm，一般在1.6~10mm之間；在正壓下間歇性地或連續地排氣，通常zui大排氣壓力達到聲稱的工(gōng)作(zuò)壓力值或額定壓力值；這個壓力大部分(fēn)超過89kPag(相對壓力)，孔口氣體(tǐ)流速達到極限值-聲速；因為(wèi)孔口尺寸較小(xiǎo)，其排氣量被稱為(wèi)微量或小(xiǎo)量。按照AWWA C512的定義：它是，在管線(xiàn)系統充滿和處于運行壓力狀态下，能(néng)夠自動排除聚集在管線(xiàn)局部高點的小(xiǎo)型氣囊的一種水力機械裝(zhuāng)置。其關鍵技(jì )術指标有(yǒu)：孔口尺寸、zui高排氣壓力、孔口排氣系數、跟壓力相關的排氣量、浮球耐壓、浮球比重、接口尺寸和額定壓力等級等。注意：對微量排氣閥來說，孔口越大，排氣量越大，對管路系統排氣越有(yǒu)利，但是其能(néng)夠開啓的zui大工(gōng)作(zuò)壓力值越低；工(gōng)作(zuò)壓力越高，其孔口越小(xiǎo)，排氣量越小(xiǎo)，否則，較大尺寸的孔口可(kě)能(néng)在較高壓力下不能(néng)打開。美國(guó)流行杠杆式，并且分(fēn)為(wèi)單杠杆和雙杠杆，zui大杠杆比例達到4*6=24倍左右，可(kě)以做到較大的孔口(通常15mm以下)或者較高的工(gōng)作(zuò)壓力(通常2.5MPa以下)；歐洲、以色列和南非則比較傾向于浮球直接動作(zuò)式，不利用(yòng)杠杆放大，通常孔口較小(xiǎo)，或者工(gōng)作(zuò)壓力較低。關于微量排氣孔口的尺寸，AWWA M51列出了1/16"~1"之間的10個規格，并給出了比較具(jù)體(tǐ)實用(yòng)的選型方法；中(zhōng)國(guó)的排氣閥産(chǎn)品标準CJ/T 217僅指明應大于等于1.6mm≈1/16"，太小(xiǎo)、太單一，不适用(yòng)于DN500以上的中(zhōng)大型輸水管線(xiàn)。

2.4複合式排氣閥：Combination Air Valve，Triple Function Air Valve，又(yòu)稱為(wèi)雙口排氣閥，是上述高速進排氣閥和微量排氣閥的機械組合，有(yǒu)單體(tǐ)式(較小(xiǎo)尺寸)和分(fēn)體(tǐ)式(較大尺寸，DN100~150以上)，通常有(yǒu)二個孔口，也有(yǒu)套接在一起的構成單口三功能(néng)空氣閥，具(jù)有(yǒu)三個功能(néng)：微正壓下高速排氣、微負壓下高速吸氣、有(yǒu)壓下微量排氣。

2.5注氣微排閥：2-Stage Air Valve, Combination Vacuum Relief and Air Release Valve,又(yòu)稱為(wèi)"高吸微排閥"，或者"真空破壞與微量排氣複合閥"，"高進小(xiǎo)排閥"：屬于一種進排氣能(néng)力(流量)雙向嚴重不平衡的通氣閥，進排氣孔口直徑比例達到1.4:1~200:1(即孔口面積或流量之比達到2:1~40,000:1)，具(jù)有(yǒu)高比例的進排氣差異性能(néng)夠抑制空腔彌合水錘。其功能(néng)是：微負壓下高速吸氣，破壞真空；恢複正壓時不能(néng)高速排氣、但能(néng)微量緩慢排氣，能(néng)夠在瞬态過程中(zhōng)瞬時截留氣囊使之暫留在吸氣閥節點附近，作(zuò)為(wèi)彈性氣囊，就近地、瞬時地吸納瞬态的水柱彌合所産(chǎn)生的撞擊能(néng)量。其關鍵技(jì )術指标有(yǒu)：吸氣口徑、微量排氣口徑、進排氣孔口直徑比例、負壓開啓值、負壓靈敏度(負壓開啓延後時間和全開啓延後時間)、孔口吸氣系數、進排氣流量數據或者曲線(xiàn)、接口尺寸和公(gōng)稱壓力等。高速吸氣後形成的臨時氣囊通常聚集在空氣閥安(ān)裝(zhuāng)井頸部(頸部尺寸越大，氣囊占用(yòng)主管的空間越小(xiǎo)，故要求安(ān)裝(zhuāng)頸适當加大)，它會在瞬态平息後的幾十秒(miǎo)至幾十分(fēn)鍾時間内被微量排氣閥緩慢排除。通常，在發生瞬态過程之後，系統一般會停下來，而不會立即重新(xīn)啓動，有(yǒu)足夠的時間讓微量排氣閥排除臨時留存氣囊；即使系統沒有(yǒu)停頓，微量排氣閥也照樣排氣，(主要位于頸部而偏離主管道的)臨時留存氣囊不會對系統構成長(cháng)時間氣阻。

2.6(帶緩沖碟片式)三階段空氣閥：3-Stage Air Valve，大約20多(duō)年前由南非發明，10多(duō)年前以色列跟進，最近國(guó)内有(yǒu)個别仿造。其著名(míng)的CATT-Controlled Air Transfer Technology-"受控的換氣通氣技(jì )術"曾被認為(wèi)是空氣閥技(jì )術的重大進步。發明者-南非科(kē)研人員在其長(cháng)達50頁(yè)的技(jì )術論文(wén)裏面，以國(guó)際視野，高屋建瓴地對全世界的各種排氣閥評頭論足，幾乎全盤否定，言語犀利，針砭行業時弊；調查有(yǒu)據，多(duō)有(yǒu)驚人之語(當然也難免有(yǒu)誇大其詞、貶低對手之嫌)。它是一種單孔口(南非)或雙孔口(以色列)複合式排氣閥，吸氣大孔口和排氣大孔口也是同一個物(wù)理(lǐ)孔口，其孔口尺寸等同于或接近公(gōng)稱通徑，大孔口下方第一塊浮體(tǐ)是一塊動态開孔閥瓣(中(zhōng)心開孔或圓平面環形均布多(duō)個開孔，即所謂的"緩沖碟盤")，其等效孔徑大約為(wèi)大孔口尺寸的1/4~1/6，或稱為(wèi)中(zhōng)孔口，但是仍遠(yuǎn)大于微量排氣孔口。在空管充水或水柱彌合高速排氣過程中(zhōng)孔口壓差逐步增大至達到一個所謂的開關值(Switch Value ≈ 2kPa~7kPa)時，動态閥瓣(即緩沖盤片)起跳，堵塞大孔口使之變為(wèi)中(zhōng)孔口，排氣流量由高轉為(wèi)中(zhōng)，大幅降低，孔口壓差繼續增大，從而降低空管充水流量(即充水速度)；或降低相向水柱的彌合速度，以期瞬時截留部分(fēn)氣囊作(zuò)為(wèi)臨時彈性體(tǐ)，就近瞬時吸納彌合水錘，達到安(ān)全中(zhōng)速充水或抑制彌合水錘的目的。聽起來似乎完美無缺，但是存在一個固有(yǒu)的自相矛盾：所謂的中(zhōng)孔口尺寸大了不行、小(xiǎo)了也不行；緩沖盤片起跳壓力低了不行、高了也不行。因為(wèi)：在空管充水時要求中(zhōng)孔口尺寸較大-比1/4~1/6略大，起跳孔口壓差較高(約20kPa以上，不要被過早吹堵)；而水柱彌合時要求中(zhōng)孔口尺寸較小(xiǎo)-約1/10以下，起跳孔口壓差較低(500Pa以下-盡量多(duō)截留氣囊)，二者之間沒有(yǒu)折中(zhōng)值。詳見論文(wén)：三階段空氣閥的缺點-The Disadvantages of 3-Stage Air Valve-它是由廠家自己的技(jì )術人員撰寫的，也算是有(yǒu)自知之明。(廠家是在找到另一個更先進的替代産(chǎn)品之後，才公(gōng)開了自己原産(chǎn)品的缺點)。得出基本的結論：三階段空氣閥有(yǒu)深層次的不易被發覺的較大缺陷，要麽空管充水很(hěn)慢、要麽彌合水錘較高，二者無法兼顧。它其實是一個堪稱畫蛇添足的産(chǎn)品：排氣閥本來怕吹堵，好不容易實現了(動力式)不怕吹堵，又(yòu)故意回到原點-讓其吹堵；但是吹堵之後并沒有(yǒu)解決相關問題。著名(míng)的水錘分(fēn)析軟件新(xīn)版核心軟件主要程序員-美國(guó)肯塔基大學(xué)的Srini教授也曾當面首肯并再次确認了上述觀點。可(kě)謂"英雄所見略同"。

2.7氣缸式排氣閥：中(zhōng)國(guó)發明專利，也隻有(yǒu)中(zhōng)國(guó)特有(yǒu)。其快速排氣能(néng)力特别強大(以前曾經強調全孔口全壓高速排氣-不管壓力多(duō)高，逢氣就排，而且全孔口開啓)，是解決段塞流和空管充水問題的能(néng)手，能(néng)顯著提高空管充水效率，排氣幹淨徹底，排氣效果世無其匹。由此，它否定幾乎所有(yǒu)的其他(tā)型式的排氣閥，傲視同侪，普天之下唯我獨尊。特别強調高速排氣，尤其是在有(yǒu)壓(全壓條件)下全孔口高速排氣，認為(wèi)大小(xiǎo)孔口都必須在有(yǒu)壓下(全壓範圍内)逢氣就排，否則就無法應付"具(jù)有(yǒu)普遍性"的段塞流式的管流水力狀态，管路必然排氣不淨，大量存氣，從而引發"氣爆式水錘"和可(kě)能(néng)的爆管事故。後期的二代氣缸式則強調恒速緩沖排氣，似乎不再強調全壓全孔口高速排氣了。可(kě)能(néng)是因為(wèi)發現了有(yǒu)壓下大孔口高速排氣的危害性：正壓下，大孔口高速排氣會導緻管路内水流速度的突然變化：對鋼管而言，在水錘波速a=1000m/s的情況下，Δh=Δv*a/g≈Δv*1000/10=100*Δv，就是說，當管路内流速Δv變化1m/s時，水錘升壓Δh=100m；而大孔口高速排氣可(kě)能(néng)導緻管路流速變化量達到1~3m/s，水錘升壓将達到100~300m，可(kě)能(néng)導緻爆管。有(yǒu)壓下大孔口高速排氣的後果是産(chǎn)生空氣閥自身關閥水錘(Air Slam)，後果是嚴重的，應不允許。這其實應該是一個行業内的常識：大孔口在有(yǒu)壓下不能(néng)高速排氣。管内空氣果然應該排除，但高速排氣過程産(chǎn)生水錘卻得不償失。過分(fēn)強調排氣的重要性，尤其是高速排氣的重要性，卻忽略了自身在高速排氣的過程中(zhōng)會産(chǎn)生更嚴重的水錘-空氣閥關閥水錘-air slam，是一個顧此失彼、得不償失的不當舉措。