長(zhǎng)供水管道中排氣閥設(shè)置間距的理論分析

通常認(rèn)為長(zhǎng)直管道上排氣閥的設(shè)置間距宜為500-1000m。排氣閥的布置間距受管道輸運(yùn)氣體能力的影響，而輸送能力又受到水流流速、流態(tài)和管線布置的制約。

管道中的氣囊受力比較復(fù)雜，能否保持穩(wěn)定主要取決于重力G、浮力FL、水流拖曳力FD和表面張力FT(見圖1)。不同的管道布置情況下，氣囊的受力情況也不同。

圖1  管道中氣囊受力分析示意

長(zhǎng)而上升管道中的氣囊，受水流拖曳力和浮力的作用可沿水流方向運(yùn)動(dòng)，水流輸送氣體的條件較好，氣囊將較難保持穩(wěn)定，會(huì)隨水流到達(dá)管道的高點(diǎn)而排出。僅有一些微小的氣泡因受管道不均勻的粗糙度影響，而滯留在管壁附近。因此，長(zhǎng)而上升管道上排氣閥的設(shè)置間距可以選擇取值范圍內(nèi)的較大值。

長(zhǎng)而水平管道中氣囊的狀態(tài)主要取決于水流的拖曳力。長(zhǎng)而下降管道中的氣囊，受水流的拖曳力和浮力作用，水流輸送氣體的條件相對(duì)較差。大量的理論和試驗(yàn)研究表明，長(zhǎng)而水平管道和下降管道中水流輸送氣體的能力與水流流速、管道直徑和管道傾斜角度有關(guān)，只有當(dāng)管道水流流速達(dá)到某一臨界值VC時(shí)，管道中的氣體才能被水流順利帶至下游并通過(guò)排氣閥排出。

長(zhǎng)而水平管道和下降管道上排氣閥的設(shè)置間距取決于管道水流流速V與臨界流速VC的大小。臨界流速VC是表面張力、佛汝德數(shù)、雷諾數(shù)和管道傾角的函數(shù)，受氣囊體積的大小影響較小。對(duì)給定的管道，如果忽略表面張力的影響，則VC與(gD)1/2成比例。臨界流速VC從微觀角度反映了管道水流輸送氣體的能力，可作為排氣閥設(shè)置間距取值的參考依據(jù)。

式中，D為管道內(nèi)徑，m；g為當(dāng)?shù)刂亓铀俣龋琺/s2；α為管道傾角，(°)。

綜合以上分析，可以得到供水工程中排氣閥設(shè)置間距的取值建議(見表1)。

表1 長(zhǎng)供水管道中排氣閥設(shè)置間距取值建議