排氣閥孔徑對水錘防護影響較大

輸水管道由于某些非正常運行工況和水流自身的挾氣，有可能在輸水系統中出現氣團或氣柱，使得輸水系統的運行不穩定（壓力和流量波動），嚴重時會造成管道破裂或變形。為了解決這一問題，排氣閥被應用在長距離輸水系統中，根據工作壓力的變化，及時向管內補氣或向管外排氣。排氣閥在進氣過程中不會出現問題，但在排氣過程中，會因排氣過快引起瞬變壓力。在排氣閥進氣階段，管內負壓被抑止，使其小于液體汽化壓力；在排氣閥排氣階段，管內的自由空氣被壓縮并加速流出管道，使分離水柱彌合。如果管道中的空氣排出過快，會使分離水柱彌合時產生撞擊，水流速度瞬間減小到零，形成附加水錘壓力。相關實驗結果表明：正常工作壓力4bar，引起的最大瞬變壓力為10bar，是正常工作壓力的2.5倍。

排氣閥孔徑對水錘防護影響較大，國內外有不少學者對這方面做了大量研究。如劉梅清等為采用進排氣流量系數Cin＝0.975、Cout＝0.65時排氣閥的水錘防護作用甚微，只有當Cin/Cout＞10時作用才較為明顯；胡建永等通過采用不同進排氣系數的排氣閥進行了進排氣特性的計算對比分析，認為不同進排氣系數對排氣閥的進排氣特性和水錘保護效果有顯著影響；楊曉東等認為減小進排氣閥的排氣面積，可在一定程度上消除水柱彌合引起的高水錘壓力和進排氣閥的破壞現象；楊開林通過對南水北調北京段輸水系統水力瞬變研究表明，選擇過大或過小的排氣閥孔徑對減小管道內的真空度都是不利的，存在一個抑止液柱彌合沖擊壓力或者高度真空的最優排氣閥孔徑；劉志勇對排氣閥水錘防護特性的主要影響因素進行了試驗研究，結果表明：在合理位置安裝合適進排氣 孔徑的排氣閥可有效防止因水柱分離再彌合而導致的巨大瞬變壓強；Giuseppe De Martino通過實驗研究認為：輸水管道通過孔口排氣引起的的瞬變壓力與上游水頭、初始氣體體積、孔口大小是有關系的，孔口直徑占管道直徑比例約為0.14時，出現最大瞬變強度，隨著孔口直徑的增大瞬變逐漸消失；Don J. Wood和F.Zhou等人認為孔口直徑占管道直徑比例約為0.2時，出現最大瞬變壓力。