當(dāng)我們提出這個(gè)問(wèn)題的時(shí)候，幾乎所有的工程技術(shù)都會(huì)給出正確答案，那就是：“不一定”或者“不對(duì)”。但是在實(shí)際當(dāng)中，有很多設(shè)計(jì)人員或者工程技術(shù)人員則會(huì)更偏向選擇“偏安全”的做法，即將空氣閥的口徑增加一號(hào)，感覺(jué)這樣會(huì)更加安全。當(dāng)然這樣的做法符合供應(yīng)商的思路，他們甚至在一些技術(shù)討論的場(chǎng)合提示：如果全程加上空氣閥，那管線(xiàn)就是一個(gè)明渠，系統(tǒng)當(dāng)然就是安全的。（誰(shuí)見(jiàn)過(guò)有壓的明渠？）

這種“安全”的考慮值得我們對(duì)空氣閥的作用進(jìn)行深入的討論。

近期爆管頻發(fā)，空氣閥的應(yīng)用在現(xiàn)階段被提到一個(gè)較高的認(rèn)識(shí)水平，絕大多數(shù)工程技術(shù)人員認(rèn)可并了解了空氣閥的重要作用。加上各個(gè)供應(yīng)商家們帶有技術(shù)成份的商業(yè)宣傳，使得該種閥門(mén)的被重視程度空前提高。以至于慢慢出現(xiàn)了“過(guò)熱”的情況。我們會(huì)發(fā)覺(jué)空氣閥的口徑越選越大，布置也越來(lái)越密，比如：在西北的某一輸水項(xiàng)目當(dāng)中，在60公里左右的管線(xiàn)當(dāng)中，竟裝有120臺(tái)之多大型的空氣閥。與其說(shuō)這是技術(shù)上的保守，還不如說(shuō)這是商業(yè)上的成功。因此，現(xiàn)實(shí)的情況可能需要有更科學(xué)的認(rèn)識(shí)，讓“過(guò)熱”的情緒理智下來(lái)?！?/span>

一．   關(guān)于空氣閥

關(guān)于空氣閥結(jié)構(gòu)說(shuō)明，詳見(jiàn)本書(shū)的有關(guān)章節(jié)。由于在不斷的技術(shù)交流當(dāng)中仍然發(fā)現(xiàn)現(xiàn)在的工程技術(shù)人員在這方面存在較明顯的缺失，還是需要在這里再次簡(jiǎn)單地提及一下。

空氣閥分為兩種型式：

l         低壓進(jìn)排氣，我們所謂的空氣的口徑基本上是在說(shuō)空氣閥的這一部分。

低壓進(jìn)排氣閥的特點(diǎn)是：僅在管道低壓狀態(tài)下工作。具體一點(diǎn)地說(shuō)就是：空管充水時(shí)，管道泄水需要進(jìn)氣時(shí)，管道出現(xiàn)負(fù)壓時(shí)……，由于排氣量較大，因此口徑都較大。而它的另外一個(gè)特點(diǎn)則往往會(huì)被人們忽視，即在正常的有壓供水過(guò)程當(dāng)中，它是常閉的，并不排氣也不進(jìn)氣。如果管線(xiàn)長(zhǎng)年帶壓運(yùn)行，不泄水，沒(méi)有因破裂等原因產(chǎn)生負(fù)壓，這種閥門(mén)就會(huì)長(zhǎng)期地保持關(guān)閉，處于不工作的狀態(tài)。

l   高壓微量排氣，這種閥門(mén)排氣孔很小，這是因?yàn)橐ＷC有壓管道內(nèi)析

出空氣的不斷排放，因?yàn)閴毫Φ年P(guān)系，孔徑必須做得很小，管內(nèi)帶壓的空氣才會(huì)排出，這是空氣閥的“浮力原理”（詳見(jiàn)空氣閥有關(guān)章節(jié)）；在有壓管道當(dāng)中，平時(shí)我們聽(tīng)到的排氣聲音就是來(lái)自于這種閥門(mén)，該種閥門(mén)會(huì)長(zhǎng)時(shí)間工作，只要管道當(dāng)中有析出氣體，它就需要工作，就會(huì)發(fā)出排氣的“聲音”。它的特點(diǎn)則是：工作時(shí)間長(zhǎng)，口徑?。ㄒ话銥?span lang="EN-US">DN15~DN20）。由于口徑小，在較大的管徑系統(tǒng)當(dāng)中對(duì)進(jìn)氣的貢獻(xiàn)不大，因此其進(jìn)氣功能往往被忽略中，因此名稱(chēng)當(dāng)中一般不提進(jìn)排氣，而只稱(chēng)為排氣閥。

兩種排氣各有各的功能，低壓進(jìn)排氣只負(fù)責(zé)低壓狀態(tài)下大量空氣的進(jìn)出：

空管充水時(shí)，將空管內(nèi)的空氣及時(shí)排出；管道出現(xiàn)負(fù)壓時(shí)，大量進(jìn)氣以防止負(fù)壓的出現(xiàn)。高壓微量排氣則在正常輸水過(guò)程當(dāng)中及時(shí)排入少量的析出氣體，保障管線(xiàn)內(nèi)不集氣，減緩輸水能耗隨時(shí)間的增高量，防止因氣囊所產(chǎn)生的一些安全隱患。

為了方便與工程上的統(tǒng)一，人們往往將兩種閥門(mén)組合在一起，既有低壓進(jìn)排氣部分，也有高壓微量排氣部分。兩者統(tǒng)一，因此稱(chēng)為組合式空氣閥，或者復(fù)合式空氣閥（combination air valve），也有俗稱(chēng)為雙孔排氣的。同時(shí)具有兩種功能，但是此時(shí)空氣閥的口徑則全由低壓進(jìn)排氣閥決定，與高壓微量排氣部分無(wú)關(guān)，再大口徑的復(fù)合式空氣其高壓微量排放部分的過(guò)氣孔徑也是一樣的。 

二． 空氣閥的選型計(jì)算

低壓進(jìn)排氣空氣閥與高壓微量排氣空氣閥的計(jì)算是不同的，詳見(jiàn)本書(shū)相關(guān)章節(jié)。其不同主要源于工況的不同。因此，在實(shí)際的理論計(jì)算當(dāng)中，兩種空氣閥是分別計(jì)算的，然后在根據(jù)實(shí)際工況，作一些調(diào)整，再將兩者合二為一放在某個(gè)位置，好在空氣的性質(zhì)比較簡(jiǎn)單（如：比水輕，氣流皆向上走等），二者計(jì)算之后的位置有很多在理論上可以妥協(xié)的地方，工程當(dāng)中也都認(rèn)可——工程現(xiàn)場(chǎng)畢竟不是水力實(shí)驗(yàn)室，不用太過(guò)理論較真，安裝工作也可以因?yàn)殚y門(mén)種類(lèi)的盡量單一而比較簡(jiǎn)單。

而我們關(guān)注的“水錘”計(jì)算當(dāng)中，其實(shí)主要指低壓進(jìn)排氣部分，這是因?yàn)?ldquo;水柱分離”與“水柱彌合”的過(guò)程皆在低壓下完成：“水柱分離”會(huì)帶來(lái)負(fù)壓，而“水柱彌合”的初始段則是在低壓狀態(tài)下大量的氣體排放。極端工況下瞬變流的過(guò)程其實(shí)與應(yīng)用于正常輸水工況下的高壓微量排氣閥幾無(wú)關(guān)系。這是一個(gè)概念問(wèn)題，需要明確。尤其在理論計(jì)算方面，需要技術(shù)人員思維明析。因?yàn)橛袔状慰吹揭恍?ldquo;高資質(zhì)”名牌下的水錘分析，關(guān)于這點(diǎn)問(wèn)題幾乎是混亂的，并不知道何時(shí)“大孔”工作，又何時(shí)“小孔”工作，這樣所得結(jié)論當(dāng)然離實(shí)際情況南轅北轍，大相徑庭。 

三．  防水錘理論簡(jiǎn)述

關(guān)于本項(xiàng)內(nèi)容，在本書(shū)的相關(guān)章節(jié)也有重復(fù)描述?？諝忾y在水錘當(dāng)中的討論在國(guó)內(nèi)外的學(xué)術(shù)資料皆可以找到。本章希望通過(guò)簡(jiǎn)單的圖示來(lái)具體說(shuō)明空氣閥在水錘當(dāng)中的應(yīng)用。

圖中所示一簡(jiǎn)單的供水系統(tǒng)，系統(tǒng)有一個(gè)明顯的“膝部”，即次高點(diǎn)。我們以次高點(diǎn)來(lái)探討空氣閥的防水錘的理論。圖中，水由水泵泵至末端高位水池，藍(lán)色線(xiàn)為管道，上方紅色虛線(xiàn)為供水壓力線(xiàn)。

當(dāng)水泵突然事故關(guān)停之后，系統(tǒng)的壓力線(xiàn)會(huì)產(chǎn)生波動(dòng)，以水泵站處為起點(diǎn)，波動(dòng)一定是先下降后下升的規(guī)律。在下降過(guò)程當(dāng)中，水壓線(xiàn)有可能降低至次高點(diǎn)之下，形成負(fù)壓，即產(chǎn)生所謂的“水柱分離”現(xiàn)象。

一旦出現(xiàn)水柱分離現(xiàn)象，次高點(diǎn)處的空氣閥會(huì)就大量補(bǔ)氣，以避免負(fù)壓的產(chǎn)生。

但是隨之而來(lái)“水柱彌合”，會(huì)使該點(diǎn)的壓力值劇增。

該種工況下，次高點(diǎn)處的空氣閥盡管可以避免管道內(nèi)部產(chǎn)生真空，但是不能阻止水柱的拉斷，也無(wú)力阻止之后出現(xiàn)的水柱彌合，當(dāng)水柱彌合產(chǎn)生時(shí)，普通空氣閥會(huì)迅速排氣。國(guó)內(nèi)外均有相關(guān)的文獻(xiàn)資料說(shuō)明，該處的空氣閥不會(huì)阻止水錘，對(duì)水錘的產(chǎn)生并不無(wú)益處，甚至在極端工況下，空氣閥排氣速度越快其所引發(fā)的水錘也越大。因此，很多國(guó)外的規(guī)范當(dāng)中該點(diǎn)是禁止安裝空氣閥的（美國(guó)、日本的規(guī)范中是不允許出現(xiàn)負(fù)壓，前蘇聯(lián)的規(guī)范中負(fù)壓不能超過(guò)2米）。

傳統(tǒng)的理論計(jì)算以及實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)說(shuō)明，該點(diǎn)最宜設(shè)置“單向水池”或“壓力空氣罐”。其中，單向水池的原理是當(dāng)“水柱拉斷”時(shí)，進(jìn)水彌補(bǔ)真空，并由于水的不可壓縮性，阻止隨后出現(xiàn)的“水柱彌合”，從而消除水錘；而壓力空氣罐的原理則是利用空氣的彈性作用，避免管道內(nèi)的真空產(chǎn)生，同時(shí)緩沖隨后的水柱彌合時(shí)間，從而減緩水錘的峰值。

傳統(tǒng)的解決方式是較為科學(xué)的，也得到工程的檢驗(yàn)。但有時(shí)這樣的方式也會(huì)造成施工以及維護(hù)的問(wèn)題，比如：一次投資問(wèn)題，北方的防凍保溫問(wèn)題，空氣罐的補(bǔ)氣系統(tǒng)，長(zhǎng)期維護(hù)問(wèn)題……而有時(shí)，這些問(wèn)題會(huì)變得并不容易解決。

同時(shí)，還有一個(gè)附加的問(wèn)題：該點(diǎn)平時(shí)正常工作工況下如何排氣？因?yàn)榇胃唿c(diǎn)一定會(huì)集氣。在我們防范極端工況時(shí)，如何確保平時(shí)正常運(yùn)行的合理？

在國(guó)外一定也遇到這樣的問(wèn)題，因此發(fā)明了所謂的防水錘空氣閥，如下圖：

圖中所示的空氣閥其原理很簡(jiǎn)單，由一個(gè)吸氣閥990和一個(gè)微量排氣閥組合而成，即在管線(xiàn)出現(xiàn)異常負(fù)壓時(shí)彈簧壓縮高速吸氣，當(dāng)氣流高速排放時(shí)，通過(guò)微量排氣閥的微量排氣孔口排氣，管道內(nèi)的空氣將通過(guò)較小的排氣孔排出。當(dāng)“水柱彌合”時(shí)，由于排氣受到限制，使得水柱彌合時(shí)間延長(zhǎng)，相應(yīng)的壓力升高也較緩（見(jiàn)上圖）。

該種空氣閥的結(jié)構(gòu)看似十分簡(jiǎn)單，其核心部分990和微量排氣閥組合來(lái)實(shí)現(xiàn)高速吸氣、不高速排氣而是微量排氣。相應(yīng)的參數(shù)還必須建立數(shù)學(xué)模型輸入計(jì)算機(jī)程序，作為水錘軟件的邊界條件進(jìn)行理論推算，并須經(jīng)過(guò)實(shí)踐檢驗(yàn)。

理論上講，對(duì)于水錘，只進(jìn)氣不排氣是最好的解決方法。但是這樣的做法在實(shí)踐當(dāng)中似可不必，補(bǔ)進(jìn)的氣體總須要慢慢排出，否則會(huì)影響正常的輸水，增加阻力，消耗能源。所以，小孔還有存在的必要，而且并不固定，隨著空氣閥口徑的增加，小孔孔徑也相應(yīng)增加。在現(xiàn)實(shí)的情況下，小孔多是不能隨意變的，只能根據(jù)廠(chǎng)家的相關(guān)產(chǎn)品進(jìn)行應(yīng)用。

貴州鋁廠(chǎng)水源泵站輸水管線(xiàn)上安裝的防水錘空氣閥 

四．空氣閥防水錘應(yīng)用選型

空氣閥的選型分為幾個(gè)步驟：

1.       空管充水時(shí)，排氣量的計(jì)算——孔徑由計(jì)算定，并非越大越好，過(guò)大口徑，排氣太快，也會(huì)引發(fā)水錘；

2.       泄水補(bǔ)氣——孔徑似越大越好，補(bǔ)氣及時(shí)，危險(xiǎn)小；

3.       水錘的計(jì)算——及時(shí)進(jìn)氣，緩慢排氣，排氣越小越慢越好。

我們似可看出一些端倪來(lái)：空氣閥的選型并不是越大越安全，而是適當(dāng)為最佳。

工程當(dāng)中發(fā)現(xiàn)，一些多起伏多高點(diǎn)的管線(xiàn)或者水泵揚(yáng)程小又平又直的管線(xiàn)等，空氣閥作為水錘解決的主要工具，則需要仔細(xì)的考量。

多高點(diǎn)的工況，有可能數(shù)個(gè)高點(diǎn)均會(huì)產(chǎn)生“水柱分離”和“水柱彌合”的現(xiàn)象，均會(huì)發(fā)生不同程度的水錘，這些不同“水錘源”產(chǎn)生的水錘波會(huì)相互影響，較為復(fù)雜。在這種情況下，空氣閥的選型就非常重要，切記盡量不要將計(jì)算之后的空氣閥隨意放大口徑，因?yàn)檫@樣做不僅不能起到安全作用，很可能加速水柱彌合過(guò)程，起到反作用。

而平坦的輸水管道，由于停泵之后，管道內(nèi)首先出現(xiàn)壓力下降，有時(shí)會(huì)出現(xiàn)很長(zhǎng)一段管線(xiàn)為負(fù)壓，此時(shí)需要很多的空氣閥共同作用，吸氣補(bǔ)氣。然而，隨之而生的水柱彌合現(xiàn)象則恰恰相反地需要盡量少的排氣，這樣系統(tǒng)才安全。因此，此時(shí)空氣閥則并不是越密越好。

深圳梅龍泵站輸水管線(xiàn)上的防水錘空氣閥

五:  結(jié)論

在空氣閥的選擇方面，需要較為科學(xué)的理解與計(jì)算。簡(jiǎn)單地增加空氣閥數(shù)量以及口徑對(duì)某些工況是不利的。

   可以適應(yīng)地考慮高壓微量排氣閥以及單向進(jìn)氣閥的單獨(dú)應(yīng)用，更加科學(xué)經(jīng)濟(jì)地運(yùn)用空氣閥似乎已經(jīng)提到日程上來(lái)。