研究进排气阀孔径的优化方案

根据对进、排气阀功能的要求，进、排气阀的孔径需同充水流量、放空流量相匹配。目前国内外对于进、排气阀孔径的确定有以下几种方法。

1．美国M11标准

空气阀尺寸一般按照管道的每1ft（英尺）直径对应直径为1in（英寸）空气阀。1ft=30．5cm，1in=2．54cm，即相当于1m直径的管道对应空气阀的直径为0．0833m，空气阀的直径相当于倒虹吸管直径的1/12。依此标准，小洼槽倒虹吸管径D=3．1m，对应空气阀的直径d=25．8cm，三个泉倒虹吸管径D=2．8m，对应空气阀的直径d=23．3cm。

2．国内通常采用值

国内一般以主管管径的1/8～1/10选配排气阀管径。则小洼槽倒虹吸排气阀直径为38．7～31．0cm；三个泉倒虹吸排气阀直径为35．0～28．0cm。

3．按底部放空流量确定空气阀的直径

在确定进、排气阀孔径时，其中最重要的考虑因素就是根据底部放空流量来确定（当底部放空时，进、排气阀需补气）。

进、排气阀直径计算公式为：

式中　d0——进、排气阀通气孔直径，mm；

D0——被保护管道的直径，mm；(www.xing528.com)

v——被保护管道内的流速，m/s；

v0——进、排气阀排出空气流速，m/s；对于通气阀管道内允许风速值：前苏联规范规定不超过50～60m/s，我国一般取40～50m/s；本工程按v0=40m/s取值。

底部放空采用消能阀与消能井结合的放空方式，先经消能阀进行一次消能，再经消能井进行二次消能，经消能阀后，双阀排放泄流量最大为0．54m3/s，单阀排放最大泄量为0．97m3/s。

但考虑到若消能阀失效后，完全由消能井消能，则根据底部放空模型试验结果：底部放空直径为DN300时，双孔最大泄量为3．44m3/s，则单孔的泄量为1．72m3/s。

最终按最不利情况，放空流量Q=1．72m3/s时，主管流速v=0．28m/s，则d0=24．6cm。

4．按充水流量来确定空气阀的直径

倒虹吸采用从进水口直接充水方式，充水过程遵循的主要原则是要控制管道中的水流流速，使管道内壁特别是接缝处不致造成冲蚀。根据能量守恒定律，水流机械能主要靠沿程摩阻消耗。虽然所剩少量动能仍将在管道内产生水跃，但水跃在同一地点的历时短，对管道不致产生危害；同时限制充水流量，使倒虹吸管道内的水位缓缓上升，以便逐渐排除水跃卷入的气泡。

根据综合分析，充水流量确定为0．5m3/s，此流量小于排水放空流量1．72m3/s，根据排水流量确定的空气阀的直径满足充水情况下的排气要求。

因此，经各方面综合分析，排气阀的直径取为30cm。根据进、排气阀的设置要求，除在管线凸起部位设置进、排气阀外，沿线长度平均800m左右设置一个进、排气阀。进、排气阀单线共布置13个，考虑到事故备用，在每个进、排气阀处增设一个相同的进、排气阀，互为备用，全线共布置2×2×13个进、排气阀。