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水 利 学 报

２０２４年 ５月 ＳＨＵＩＬＩ ＸＵＥＢＡＯ 第 ５５卷 第 ５期

文章编号：０５５９ － ９３５０（２０２４）０５ － ０５３７ － １３

输水管线空气阀进排气孔径的合理选择

杨开林
（流域水循环模拟与调控国家重点实验室，中国水利水电科学研究院，北京 １０００３８）

摘要：输水管线空气阀进排气孔径的选择，包括防水锤型空气阀低压进排气孔、缓冲板小排气孔和高压微量排气
孔，不仅影响输水的安全性，而且严重影响工程投资。为了合理选择各种类型空气阀进排气孔径，本文首先提出
了气体流量与流量系数、孔径、气压的函数关系，以及输水管液柱弥合水击压力与输水管直径、水击波速和空气
阀流量改变量的函数关系；然后，建立了空气阀进排气孔径与输水管线充水和排水流速、负压控制要求及水击压
力之间的函数关系，同时考虑了管材刚度和位置高程的影响。最后，分别以重力流输水管线和泵站加压输水管线
为例，应用所得理论公式分别计算确定了复合式空气阀和防水锤型空气阀进排气孔孔径，结果表明按照本文公式
确定的空气阀进排气孔径，不仅比按照常规经验确定的空气阀孔径小得多，而且可以有效削减输水管的液柱弥合
水击压力。
关键词：空气阀；进排气孔径；水击压力；充水；排水；事故断电
中图分类号：ＴＶ６７２ ＋ ．２
文献标识码：Ａ ｄｏｉ：１０．１３２４３?ｊ．ｃｎｋｉ．ｓｌｘｂ．２０２３０６４０

１ 研究背景

对于长距离管道输水工程，一般间隔 ５００～１０００ｍ设置空气阀 ［１ － ３］ 。虽然单个空气阀投资不大，
但是，由于所需空气阀数量较多，加之每处空气阀都需要建设地下空气阀室及配套检修阀等，总投资
常常可达数亿元人民币，因此，空气阀的布置、选型及孔径选择不仅对工程的运行安全有重大影响，
而且对工程的总投资有重大影响。
空气阀可以划分为 ４类：进气阀，排气阀，复合式空气阀，防水锤型空气阀。进气阀，又称真空
破坏阀，是一种只进气不排气的阀门。排气阀的作用与进气阀的作用相反，是一种只排气不进气的阀
门。复合式空气阀是同时具有进气和排气功能的阀门。工程实践证明，当空气阀以较大的流量排出，
在阀门完全关闭的瞬间可能产生巨大的液柱弥合水击压力，致使发生爆管事故。为了避免这种危险，
现在国内外普遍采用了三级排气防水锤型空气阀，简称防水锤型空气阀。防水锤型空气阀三级排气 ［４］
是指：低压大孔口排气，较高压缓冲板小孔口排气，正常输水高压微量排气孔排气。
在输水管空管充水过程中，需要在低压状态下大量排气；在输水管检修排水时，需要吸入大量空
气；而在泵站事故断电水力瞬变中，需要较大流量进气和小流量排气，以防止输水管发生液体汽化现
象和空气阀突然关闭产生过大的液柱弥合水击压力。此外，在正常输水工况，一般水压较高，需要高
压微量排气以减小水压波动。显然，防水锤型空气阀的三级排气设计能够同时兼顾管道充水、排水、
泵站事故断电及正常运行进排气的需要。问题是，现有的计算软件尚不能模拟输水管线的充水和排水
气液两项流水力过渡过程，这给空气阀进排气孔径的合理选择带来很大困难。

收稿日期：２０２３ － １０ － １８；网络首发日期：２０２４ － ０５ － ０６
网络首发地址：ｈｔｔｐｓ：??ｌｉｎｋ．ｃｎｋｉ．ｎｅｔ?ｕｒｌｉｄ?１１．１８８２．ＴＶ．２０２４０４３０．１０１１．００２．ｈｔｍｌ
基金项目：水利部公益 性 行 业 科 研 专 项 （２０１５０１０２５）； 国 家 重 点 研 发 计 划 项 目 （２０１８ＹＦＣ１５０８４０３）； 国 家 自 然 科 学 基 金 项 目
（ ５１９７９２９１，５２００９１４４）
作者简介：杨开林（１９５５—），教授级高级工程师，主要从事水力瞬变研究。Ｅ － ｍａｉｌ：ｙｋｌｃｉｗｈｒ＠ｓｏｈｕ．ｃｏｍ
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