Page 47 - 2024年第55卷第5期

水最小容许最小水压及流速与实例 １相同。
（ １）高压微量排气孔径 类似实例 １，取输水管线正常运行高压微量排气孔规格为 ＤＮ２０。
（２）空气阀低压进气孔径 ｄ 由于 ＰＣＣＰ管刚度较大且管线高程接近海平面，当取 Ｃ ＝ ０．４７ 、ｍ＝
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１ 、Ｚ ≈０时，则由式（３２）得防水锤型空气阀低压进气孔径 ｄ ＝ ｄ ＝ ０ ．１６ｍ；当在管线设置空气阀的位
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置配置两个空气阀时，则取 ｍ＝ ２ ，这时 ｄ ＝ ｄ ＝ ０ ．１２ｍ。
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由于长距离输水管道一般间隔 ５～１０ｋｍ设置检修阀，在两座检修阀之间的空气阀数量 ｍ＞５，而排
水阀一般设置在排水管段的最低点。当管段排水时，可能有多个空气阀同时进气。另外，本工程泵站
出水管高程总体随着桩号的增加而增加，充水时，水流未经过的所有空气阀都会承担排气功能，包括
出水管出口。需要说明的是，虽然实际工程中不同位置的空气阀其进、排气量可能会不同，但是采用
上述方法确定的空气阀进排气孔径一般满足实际需要。进一步，可根据输水工程水力过渡过程计算结
果适当调整。
综上所述，初步选择防水锤型空气阀低压进排气孔径规格为 ＤＮ１５０或者 ２个 ＤＮ１００。在一般情况
下，防水锤型空气阀应布置在管线的凸起点和水击防护的重要位置。
（ ３）缓冲板起跳压差 Δ ｐ 。根据 ２．５节，考虑输水管充水排气并兼顾削减液柱弥合水击压力的需
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要，由于选取较小的 Δ ｐ 有助于减小缓冲板起跳产生的水击压力，因此本工程推荐采用 Δ ｐ ＝ １４．７ｋＰａ ，
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相当于空气阀气体压力为 １．５ｍ水头。
（４）缓冲板小排气孔径 ｄ 。缓冲板排气孔径的选择比较复杂，一方面，选取较小的孔径有利于减
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小防水锤型空气阀完全关闭时刻的液柱弥合水击压力，但是会增加缓冲板起跳时刻的水击压力；另一
方面，选取较大的孔径有利于减小缓冲板起跳时刻的水击压力，但是会增加防水锤型空气阀完全关闭
时刻的液柱弥合水击压力。
最后，通过对本工程机组事故断电的水力过渡过程计算分析，推荐采用了两种空气阀：（ １）ＤＮ５０
的复合式空气阀；（２）防水锤型空气阀，低压进排气孔径为 ＤＮ１５０（或者 ２个 ＤＮ１００），缓冲板起跳压
差为 １４．７ｋＰａ或者 １．５ｍ水头，缓冲板小排气孔径为 ＤＮ５０，相当于 Ｃ ＝ ０．１ 。高压微量空气阀孔径
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为 ＤＮ２０。

５ 结论

基于本文提出的空气阀进排气流量公式和液柱弥合水击压力公式可得重要 结 论： 安 装 在 管 道
末端的空气阀液柱弥合水击压力可能是管道中间空气阀的 ２倍。空气阀关闭产生的液柱弥合 水 击
ｋＲＴ 等 成 正 比，而 与 输 水 管 截 面 积 Ａ
压力 Δ Ｈ 与水击波速 ａ、排气等效流通面积 Ｃ Ａ 、声 速 槡 ａ
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Ｐ
成反比。
空气阀进排气孔径的选择，包括防水锤型空气阀高压微量排气孔径、低压大进排气孔径、较高压
缓冲板小排气孔径及临界起跳压差 Δ ｐ 等，既要考虑输水管充水和检修排水大量进排气水击防护的需
ｃｒｉ
要，又要考虑泵站事故断电水锤防护的需要，同时还要兼顾正常输水工况下高压微量排气水击防护的
需要。
对于给定的高压微量排气容许水击压力，高压微量排气孔径与输水管直径成正比，而与水击波速
成反比。
按照输水管排水要求计算确定的空气阀进气孔径 ｄ 也满足充水排气的要求。对于 ＰＣＣＰ管、铸铁
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管、钢管等，因其刚度较大，承受深度负压的能力较大，可选择输水管容许负压＞ － ４ｍ水头，选取较
小的低压进排气孔径；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，
可选择输水管容许负压＞ － ２ｍ水头，选取较大的低压进排气孔径。另外，水体汽化压力随高程的增加
而增加，在高程超过 ２７００的情况下，宜选择输水管容许最小负压＞ － ２ｍ水头。
对于防水锤型空气阀，采用较小的缓冲板起跳临界压力有利于减小水击压力；缓冲板排气孔径的
选择比较复杂，在一般情况下，可取缓冲板排气面积比 Ｃ ＝ ０．１０～０．２５，选取较小的孔径有利于减小
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