Page 43 - 2024年第55卷第5期

图 ４ 空气阀进气 Ｎ － Ｚ关系曲线

果每个位置只有 １个空气阀，则取（３２）或者（３３）中 ｍ＝ １；否则取 ｍ＝ ２。此外，从式（３２）（３３）可得重
要结论：以 Ｈ ≥ － ２ｍ为设计依据确定的 ｄ ?Ｄ比以 Ｈ ≥ － ４ｍ为设计依据确定的大得多。
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在空气阀设计中，选择管道负压控制范围主要需考虑两点：一是不同管材管道的负压承受能力，
二是防止发生管道水击引起的液体汽化现象，以避免产生危险的液柱弥合水击压力。
管道承受负压的能力与管材和壁厚有关 ［１６］ 。对于大口径的塑料或玻璃钢管，因为其刚度相对较
小，承受负压的能力较小，将有可能因过低负压发生塌陷，可按照式（３３）选取 ｄ 。但是，对于 ＰＣＣＰ
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管、铸铁管、钢管等，因为其刚度较大，承受深度负压的能力较大，可按照式（３２）选取 ｄ 。
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水体汽化压力与海拔高程的关系 ［１９］ 是
Ｈ ＝－ （８ － Ｚ?９００） （３４）
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式中 Ｈ 为水体汽化压力水头，ｍ。上式表明，液体汽化压力 Ｈ 随着海拔高程 Ｚ的增加而增加。例如，在
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海平面，Ｚ ＝ ０，Ｈ ＝－ ８ｍ，即使取输水管最小负压＞Ｈ ＝－ ４ｍ也是偏安全的；西藏拉萨，Ｚ ＝ ３６５０ｍ，
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Ｈ ＝－ ３．９４ｍ，这时取最小负压＞Ｈ ＝－ ２ｍ比较合适的。
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需要注意的是，在管道能够承受较低负压的情况下，不考虑高程对汽化压力的影响，教条地执行
规范和标准建议的最小负压限制，可能增设更多的空气阀或增设调压室、压力罐等，导致工程投资的
大幅增加。
在实际工程设计中，如果空气阀所设地区高程较低，也有容许负压小于－ ４．０ｍ的实例，例如：舟
山－ 大陆跨海引水工 程在管 径 １ｍ长 ３０ｋｍ 的 ＰＣＣＰ管 线 上 布 设 了 ５２处 复 合 式 空 气 阀，负 压 控 制
值＞ － ４．５ｍ ［２０］ ；淮水北调临涣输水管道工程管径 １．６ｍ长 ３６ｋｍ及管径 １．８ｍ长 ５４ｋｍ的 ＰＣＣＰ管线合
［９］
计布设了 １５３处复合式空气阀，负压控制值＞ － ５．０ｍ ，原因在于，在管线海拔高程较低时，液体汽
化压力约为－ ８ｍ水头，所以适当放宽设计容许最小负压是合理的，否则需要大大增加工程投资。
综上所述，可得下述结论：
（ １）对于 ＰＣＣＰ管、铸铁管、钢管等承受负压能力较大的输水管，当空气阀安装高程 Ｚ ≤２７００ｍ，
可采用式（ ３２）空气阀，包括防水锤型空气阀的进气孔径；当空气阀安装高程 Ｚ＞２７００ｍ，可采用式
（ ３３）确定空气阀的进气孔径；
（２）对于塑料或玻璃钢管，可采用式（３３）确定空气阀的进气孔径。
ＡＷＷＡＭ５１建议复合式空气阀 Ｃ ＝ Ｃ ＝ ０．７。目前已经研制生产多种不同结构型式的三级排气防
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水锤型空气阀，虽然功能相似，但是相同 Ａ 和 Ａ 对应流量系数 Ｃ 和 Ｃ 在大小和变化规律方面存
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在很大差别。例如，一些防水锤型空气阀把缓冲板置于浮球和大排气孔之间，Ｃ 与进气压差 Δ ｐ 及
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Ｃ 与排气压差 Δ ｐ ＝ ｐ － ｐ的变化关系如图 ５所示 ［２１］ ，其中：低压大排气孔流量系数 Ｃ ＝ ０．５～０．６；
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缓冲板小孔口 Ｃ ＝ ０．３５～０．５３ ，随气压的增加而增加；进气流量系数在 Δ ｐ＞２００００Ｐａ或者 Ｈ ≤ － ２ｍ
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水头时 Ｃ ＞０．４４，随压差 Δ ｐ的增加而增加。另一些防水锤型空气阀把缓冲板置于浮球之下，Ｃ ＝
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０．４７４ ，Ｃ ＝ ０．１７６ ，Ｃ ＝ ０．２９７ ［２２］ 。因此，针对不同结构型式的防水锤型空气阀，应该采用不同的流
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量系数 Ｃ 和 Ｃ 。
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