排气阀排量的计算

排气阀是一种在管道空管充水时实现快速排气且在管道内产生负压时又能快速进气的装置,它同时具备大、小进排气孔,在工作压力下可排出管道中集结的微量空气,主要用于缓解或消除长距离输水工程因负压而造成的断流弥合水锤[2],已成为长距离输水工程中重要设备。

排气性能是排气阀的最重要指标,排气阀的排气性能直接决定了在长距离输水工程中断流弥合水锤的破坏程度,排气性能差,不能在短时间内将输水管道中的空气排出,将导致输水管道在水锤作用下断裂、涨裂,排气性能优良,则有效的缓解和消除水锤破坏,为输水管道的长周期运行提供了有力保障。因此,排气阀排量测试装置是排气阀生产过程中不可或缺的关键装置,完整的、符合要求的排气阀排量测试装置不仅是排气阀生产和质量控制的保证,同时,也是排气阀生产能力的重要象征。

一、排气阀排量测试装置

排气阀排量测试装置的主要流程如图1所示。

排气阀排量测试装置系统流程示意

该套装置主要由动力系统、稳压装置、测试管路、计算机数据采集系统、控制系统组成。动力系统(压缩机)为试验提供介质循环,满足试验需要的流量和压力;稳压装置主要目的是让试验装置获得稳定的流场(采用空气储罐和管道整流器以及足够长的直管来保证);测试管路根据排气阀的口径来选择(通常采用DN200管路或者DN400管路通过变径满足不同口径阀门的试验);计算机数据采集系统(由流量计、压力变送器、温度变送器、信号变送器、数据采集器、计算机、数据处理软件等组成)是用来采集、处理、显示和分析试验过程中的数据,并形成最终试验报告;控制系统(电器控制柜)是接受操作指令,完成试验过程[3]。

本装置主要用于测量DN300、PN10以下排气阀的排量试验,同时还能够进行排气阀的进气量和空气关闭阀门试验。

二、设计计算及设备选型

1、理论排量的计算

排量计算可以采用质量守恒定律法、孔板流量计法,这里采用理论排量计算法。

式中 pd——实际排放压力,mpa(绝压)

pb——背压,mpa(这里指大气压0.1MPa)

k——在排放时进口状况下的绝热指数(空气取1.4)

vtg——理论计算排量,kg/h

a——流道面积,mm2

pd——实际排放压力,mpa(绝压)

c——绝热指数k的函数,空气取2.7

m——气体的分子量,空气取29kg/kmol

t——实际排放温度,k,取t=293.15k

z——压缩系数,取z=1

kb——亚临界流动下的理论排量修正系数(可查GB/T 12241-2005)

2、排量系数kd的确定

式中 Wtg——理论计算排量,kg/h

w——标准规定排量,kg/h

v——标准规定排量,m3/h,可查CJ/T 217-2005

vt——理论计算排量,m3/h

3、实际排量

根据理论计算的排量、排量系数,将各个压差下的排气阀实际排量推导出来,根据标准要求,至少要测量压差为0.1MPa的排量。