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1、在输水管道中增设排气阀 在地形起估地段，要求输水管道的最高点设排气阀，但实际运行中，许多爆管并未发生在高点或低点，而是发生在高点后的下弯管段，甚至低压管道也发生此类爆管。管道中气囊的形成过程和它的受力情况进行分析. 1.气体的聚集及平衡 在正常情况下，管道中的水流可近似地看成是恒定流（压力、流速、温度不变）。在这种状态下，水中的气体要逐渐地析出，形成大小, 不等的气泡上升到管壁，气泡按水流流速向前运动。在上坡段，由于浮力的作用，气泡流速可能大于水流速。因管壁有一定粗糙度，各气泡运动方向相同，很难聚集成大气泡。小气泡沿管壁一定宽度向前流动，经过最高点排气阀时，排气管直径内的气泡有条件排出，而其他
2、气泡靠水流的推力向下游流去。由于管壁处的紊流和流速和切线特性，使一些经过排气管的小气泡越过排气孔也向下游流去。 越过排气阀的气泡顺坡而行，运动方向与气泡所受浮力的分力p1方向相反，这个浮力合力产生的阻力，必然使气泡运动的速度减慢，后序气泡容易撞击前面气泡而全成大气泡，大气泡产生大的浮力 浮力分力p1=psin (1) 式中：p-气泡受水的浮力（p=1/6 d3p)QX( p-水的容重 d-气泡直径 -管道的俯角 气泡受水流的推力为p v2HA3p2 p=- .s (2)4B 2g10Rv)(xY v2 r2f 式中：- 流速压强（kg/cm2) c=EHh 2g10kVu s- 气泡最大截面积
3、（s=1/4d2) v- 水流速（m/s)HuqHW vmkeS 当p1p时，气泡受力达到平衡而静止在管道中。联立（1）,（2）式得3M d.sin =-5iKE+X+=(R 10.4p.gZ3(D c-平衡常数 式（3）说明，在恒定流条件下，气泡直径与管道俯角的正弦成反比。 当dsinc时，气泡向上移动。2.管道中气囊的形态, 前述气泡平衡问题时，假定了气泡为直径等于d的球形，这只能近似地形容微小气泡，实际上当气泡达到一定体积，且上升到管壁成为气囊，由于表面张力的的作用，它将以半椭圆形状存在。随着气泡逐渐长大，气泡的形状将受水流推力、重力和管道形状控制，在长度方向伸长较大，在横向成弓形。 根
4、据模拟测量，气囊的长l与高h的关系为：1153.气囊受力分析及临界位置E 根据水利学原理，气囊在管道内平衡时所受水流的推力，等于垂直于水流的截面所受的压力，这个截面为以h为高的弓形FkS , n v2 i p= pi= -.s （5） 1 2g10nH1+XVEP s-弓形在积d 气囊能引起爆管，是由于快速开关阀门或水泵起停，使管道出一了大的压力增值，气体的可压缩特性，使应力集中到气囊产生高压而爆管。 根据一些爆管的经验，气囊高度达到管径四分之一是爆管的危险点，也就是气囊的临界点。这时气囊的体积和断面积简单计算为：v0.5r3，s0.2r2。 对前例中dn800管道，当v=1.0m/s时，所受推力按（5）式计算： 1.02) p-0.2.402=5.124(kg) 2g 所受浮力按（1）式计算P6 p1=psin =0.50.431000sin=100.5sint 当p=p1时z, 5.214RrXjR =arcsin=-=2.92 100.50b 该俯角与实测爆管点俯角基本吻合。三、结论 1.输水管道下坡段必须增设排气阀，具体位置由式p=psin确定，计算流速取平均值为宜； 2.管道实际俯角小于计算角度时，排气阀应设在下弯曲线与直线的交点处； 3.为使管内气体尽早排出而不形成气囊，下弯管线与直管线的交点均应设排气阀: 4.本文所增设的排气阀不能取代最高点排气阀。
