排氣閥是一種在管道空管充水時實現快速排氣且在管道內產生負壓時又能快速進氣的裝置,它同時具備大、小進排氣孔,在工作壓力下可排出管道中集結的微量空氣,主要用于緩解或消除長距離輸水工程因負壓而造成的斷流彌合水錘[2],已成為長距離輸水工程中重要設備。

排氣性能是排氣閥的最重要指標,排氣閥的排氣性能直接決定了在長距離輸水工程中斷流彌合水錘的破壞程度,排氣性能差,不能在短時間內將輸水管道中的空氣排出,將導致輸水管道在水錘作用下斷裂、漲裂,排氣性能優良,則有效的緩解和消除水錘破壞,為輸水管道的長周期運行提供了有力保障。因此,排氣閥排量測試裝置是排氣閥生產過程中不可或缺的關鍵裝置,完整的、符合要求的排氣閥排量測試裝置不僅是排氣閥生產和質量控制的保證,同時,也是排氣閥生產能力的重要象征。

一、排氣閥排量測試裝置

排氣閥排量測試裝置的主要流程如圖1所示。

排氣閥排量測試裝置系統流程示意

該套裝置主要由動力系統、穩壓裝置、測試管路、計算機數據采集系統、控制系統組成。動力系統(壓縮機)為試驗提供介質循環,滿足試驗需要的流量和壓力;穩壓裝置主要目的是讓試驗裝置獲得穩定的流場(采用空氣儲罐和管道整流器以及足夠長的直管來保證);測試管路根據排氣閥的口徑來選擇(通常采用DN200管路或者DN400管路通過變徑滿足不同口徑閥門的試驗);計算機數據采集系統(由流量計、壓力變送器、溫度變送器、信號變送器、數據采集器、計算機、數據處理軟件等組成)是用來采集、處理、顯示和分析試驗過程中的數據,并形成最終試驗報告;控制系統(電器控制柜)是接受操作指令,完成試驗過程[3]。

本裝置主要用于測量DN300、PN10以下排氣閥的排量試驗,同時還能夠進行排氣閥的進氣量和空氣關閉閥門試驗。

二、設計計算及設備選型

1、理論排量的計算

排量計算可以采用質量守恒定律法、孔板流量計法,這里采用理論排量計算法。

式中 pd——實際排放壓力,mpa(絕壓)

pb——背壓,mpa(這里指大氣壓0.1MPa)

k——在排放時進口狀況下的絕熱指數(空氣取1.4)

vtg——理論計算排量,kg/h

a——流道面積,mm2

pd——實際排放壓力,mpa(絕壓)

c——絕熱指數k的函數,空氣取2.7

m——氣體的分子量,空氣取29kg/kmol

t——實際排放溫度,k,取t=293.15k

z——壓縮系數,取z=1

kb——亞臨界流動下的理論排量修正系數(可查GB/T 12241-2005)

2、排量系數kd的確定

式中 Wtg——理論計算排量,kg/h

w——標準規定排量,kg/h

v——標準規定排量,m3/h,可查CJ/T 217-2005

vt——理論計算排量,m3/h

3、實際排量

根據理論計算的排量、排量系數,將各個壓差下的排氣閥實際排量推導出來,根據標準要求,至少要測量壓差為0.1MPa的排量。