空气阀的口径越大越安全？
黄晖136********@https://www.doczj.com/doc/a918605988.html,
当我们提出这个问题的时候，几乎所有的工程技术都会给出正确答案，那就是：“不一定”或者“不对”。但是在实际当中，有很多设计人员或者工程技术人员则会更偏向选择“偏安全”的做法，即将空气阀的口径增加一号，感觉这样会更加安全。当然这样的做法符合供应商的思路，他们甚至在一些技术讨论的场合提示：如果全程加上空气阀，那管线就是一个明渠，系统当然就是安全的。（谁见过有压的明渠？）
这种“安全”的考虑值得我们对空气阀的作用进行深入的讨论。
近期爆管频发，空气阀的应用在现阶段被提到一个较高的认识水平，绝大多数工程技术人员认可并了解了空气阀的重要作用。加上各个供应商家们带有技术成份的商业宣传，使得该种阀门的被重视程度空前提高。以至于慢慢出现了“过热”的情况。我们会发觉空气阀的口径越选越大，布置也越来越密，比如：在西北的某一输水项目当中，在60公里左右的管线当中，竟装有120台之多大型的空气阀。与其说这是技术上的保守，还不如说这是商业上的成功。因此，现实的情况可能需要有更科学的认识，让“过热”的情绪理智下来。
一． 关于空气阀
关于空气阀结构说明，详见本书的有关章节。由于在不断的技术交流当中仍然发现现在的工程技术人员在这方面存在较明显的缺失，还是需要在这里再次简单地提及一下。
空气阀分为两种型式：
z低压进排气，我们所谓的空气的口径基本上是在说空气
阀的这一部分。低压进排气阀的特点是：仅在管道低压
状态下工作。具体一点地说就是：空管充水时，管道泄
水需要进气时，管道出现负压时……，由于排气量较大，
因此口径都较大。而它的另外一个特点则往往会被人们
忽视，即在正常的有压供水过程当中，它是常闭的，并
不排气也不进气。如果管线长年带压运行，不泄水，没
有因破裂等原因产生负压，这种阀门就会长期地保持关
闭，处于不工作的状态。
z高压微量排气，这种阀门排气孔很小，这是因为要保证有压管道内析出空气的不断
排放，因为压力的关系，孔径必须做得很小，管内带压
的空气才会排出，这是空气阀的“浮力原理”（详见空气
阀有关章节）；在有压管道当
中，平时我们听到的排气声音
就是来自于这种阀门，该种阀
门会长时间工作，只要管道当
中有析出气体，它就需要工作，
就会发出排气的“声音”。它的特点则是：工作时间长，
口径小（一般为DN15~DN20）。由于口径小，在较大的
管径系统当中对进气的贡献不大，因此其进气功能往往被
忽略中，因此名称当中一般不提进排气，而只称为排气阀。
两种排气各有各的功能，低压进排气只负责低压状态下大量空
气的进出：空管充水时，将空管内的空气及时排出；管道出现负压
时，大量进气以防止负压的出现。高压微量排气则在正常输水过程当中及时排入少量的析出气体，保障管线内不集气，减缓输水能耗随时间的增高量，防止因气囊所产生的一些安全隐患。
为了方便与工程上的统一，人们往往将两种阀门组合在一起，既有低压进排气部分，也有高压微量排气部分。两者统一，因此称为组合式空气阀，或者复合式空气阀（combination air valve），也有俗称为双孔排气的。同时具有两种功能，但是此时空气阀的口径则全由低压进排气阀决定，与高压微量排气部分无关，再大口径的复合式空气其高压微量排放部分的过气孔径也是一样的。
二． 空气阀的选型计算
低压进排气空气阀与高压微量排气空气阀的计算是不同的，详见本书相关章节。其不同主要源于工况的不同。因此，在实际的理论计算当中，两种空气阀是分别计算的，然后在根据实际工况，作一些调整，再将两者合二为一放在某个位置，好在空气的性质比较简单（如：比水轻，气流皆向上走等），二者计算之后的位置有很多在理论上可以妥协的地方，工程当中也都认可——工程现场毕竟不是水力实验室，不用太过理论较真，安装工作也可以因为阀门种类的尽量单一而比较简单。
而我们关注的“水锤”计算当中，其实主要指低压进排气部分，这是因为“水柱分离”与“水柱弥合”的过程皆在低压下完成：“水柱分离”会带来负压，而“水柱弥合”的初始段则是在低压状态下大量的气体排放。极端工况下瞬变流的过程其实与应用于正常输水工况下的高压微量排气阀几无关系。这是一个概念问题，需要明确。尤其在理论计算方面，需要技术人员思维明析。因为有几次看到一些“高资质”名牌下的水锤分析，关于这点问题几乎是混乱的，并不知道何时“大孔”工作，又何时“小孔”工作，这样所得结论当然离实际情况南辕北辙，大相径庭。
三． 防水锤理论简述
关于本项内容，在本书的相关章节也有重复描述。空气阀在水锤当中的讨论在国内外的学术资料皆可以找到。本章希望通过简单的图示来具体说明空气阀在水锤当中的应用。
图中所示一简单的供水系统，系统有一个明显的“膝部”，即次高点。我们以次高点来探讨空气阀的防水锤的理论。图中，水由水泵泵至末端高位水池，蓝色线为管道，上方红色虚线为供水压力线。
当水泵突然事故关停之后，系统的压力线会产生波动，以水泵站处为起点，波动一定是先下降后下升的规律。在下降过程当中，水压线有可能降低至次高点之下，形成负压，即产生所谓的“水柱分离”现象。
一旦出现水柱分离现象，次高点处的空气阀会就大量补气，以避免负压的产生。
但是随之而来“水柱弥合”，会使该点的压力值剧增。
该种工况下，次高点处的空气阀尽管可以避免管道内部产生真空，但是不能阻止水柱的
拉断，也无力阻止之后出现的水柱弥合，当水柱弥合产生时，普通空气阀会迅速排气。国内外均有相关的文献资料说明，该处的空气阀不会阻止水锤，对水锤的产生并不无益处，甚至在极端工况下，空气阀排气速度越快其所引发的水锤也越大。因此，很多国外的规范当中该点是禁止安装空气阀的。
传统的理论计算以及实践经验说明，该点最宜设置“单向水池”或“压力空气罐”。其中，单向水池的原理是当“水柱拉断”时，进水弥补真空，并由于水的不可压缩性，阻止随后出现的“水柱弥合”，从而消除水锤；而压力空气罐的原理则是利用空气的弹性作用，避免管道内的真空产生，同时缓冲随后的水柱弥合时间，从而减缓水锤的峰值。
传统的解决方式是较为科学的，也得到工程的检验。但有时这样的方式也会造成施工以及维护的问题，比如：一次投资问题，北方的防冻保温问题，空气罐的补气系统，长期维护问题……而有时，这些问题会变得并不容易解决。
同时，还有一个附加的问题：该点平时正常工作工况下如何排气？因为次高点一定会集气。在我们防范极端工况时，如何确保平时正常运行的合理？
在国外一定也遇到这样的问题，因此发明了所谓的防水锤空气阀，如下图：
图中所示的空气阀其原理很简单，即在低压进排气空气阀阀口处设置一个缓冲盘片，当气流高速排放时，该盘片会将主排气孔堵住，管道内的空气将通过较小的排气孔排出。当“水柱弥合”时，由于排气受到限制，使得水柱弥合时间延长，相应的压力升高也较缓（见上图）。
该种空气阀的结构看似十分简单，其核心部分就是缓冲盘片的质量以及小孔的孔径。相应的参数还必须建立数学模型输入计算机程序，作为水锤软件的边界条件进行理论推算，并须经过实践检验。
理论上讲，对于水锤，只进气不排气是最好的解决方法。但是这样的做法在实践当中似可不必，补进的气体总须要慢慢排出，否则会影响正常的输水，增加阻力，消耗能源。所以，小孔还有存在的必要，而且并不固定，随着空气阀口径的增加，小孔孔径也相应增加。在现实的情况下，小孔多是不能随意变的，只能根据厂家的相关产品进行应用。
四．空气阀防水锤应用选型
空气阀的选型分为几个步骤：
1.空管充水时，排气量的计算——孔径由计算定，并非越大越好，过大口径，排气太
快，也会引发水锤；
2.泄水补气——孔径似越大越好，补气及时，危险小；
3.水锤的计算——及时进气，缓慢排气，排气越小越慢越好。
我们似可看出一些端倪来：空气阀的选型并不是越大越安全，而是适当为最佳。
工程当中发现，一些多起伏多高点的管线或者水泵扬程小又平又直的管线等，空气阀作
为水锤解决的主要工具，则需要仔细的考量。
多高点的工况，有可能数个高点均会产生“水柱分离”和“水柱弥合”的现象，均会发生不同程度的水锤，这些不同“水锤源”产生的水锤波会相互影响，较为复杂。在这种情况下，空气阀的选型就非常重要，切记尽量不要将计算之后的空气阀随意放大口径，因为这样做不仅不能起到安全作用，很可能加速水柱弥合过程，起到反作用。
而平坦的输水管道，由于停泵之后，管道内首先出现压力下降，有时会出现很长一段管线为负压，此时需要很多的空气阀共同作用，吸气补气。然而，随之而生的水柱弥合现象则恰恰相反地需要尽量少的排气，这样系统才安全。因此，此时空气阀则并不是越密越好。
五． 结论
在空气阀的选择方面，需要较为科学的理解与计算。简单地增加空气阀数量以及口径对某些工况是不利的。
可以适应地考虑高压微量排气阀以及单向进气阀的单独应用，更加科学经济地运用空气阀似乎已经提到日程上来。