空气阀在输水管道“水柱分离及其再弥合”水力过渡过程中是常用的水锤防护措施，其原理是利用空气的缓冲作用减轻弥合水锤的危害。但是，空气阀水锤防护性能的优差往往与其进排气系数有密切的关系。针对该情况，利用空气阀边界条件和水柱分离及其再弥合水锤计算数学模型，并结合工程实例进一步研究空气阀的
流量特性，分析空气阀
流量系数对管道安全性的影响，这对长距离输水系统的安全具有重要的意义。
一、空气阀的边界条件
在发生水锤事故后，管道内的压力急剧变化，空气阀的边界条件相当复杂。为了准确合理地描述空气阀在水力过渡过程中的流量特性，作出以下的假设：
1、空气等熵地流进流出
调节阀；
2、由于管道内部空气质量通常很小，而管道面积和液体的表面积很大，使气体温度接近液体的温度，因此，管道内气体的变化遵循等温规律；
3、进入管道的空气滞留在空气阀的附近，它可以完全地通过空气阀排出；
4、由于进入管道的空气体积和管道内的液体体积相比很小，故管道内液体表面的高度基本上保持不变。
根据上述假设，流过空气阀的气体处于一维等熵的变化过程。此时，气体质量流量取决于管外大气的绝对压力、绝对温度、管内的绝对压力及绝对温度，可以分为下列4种情况：
二、分析与计算
某泵站管道系统如图1，钢制输水管直径D=2.5m，管长L=980m，线段1～5长570m，线段5～8长410m，管路中无其他
阀门在过渡过程中动作。泵参数为：每根输水管由两台52B-11型离心泵并联供水，泵的额定参数为：额定流量Q
n=7.33m
3/s，设计扬程H
n=79.2m，额定转矩M
n=1654.95N·m，额定转速N
n=375r/min，机组转动惯量GD
2=981kg·m
2，水锤波波速a=1000m/s，计算分析两泵同时断电情况下的水力过渡过程。
1、无任何防护措施时的事故停泵水锤
由图2可以看出，管线凸点在1.26s时发生水柱分离，在19.87s时水柱再弥合造成压力的急剧增加（最大升压为188.383m），对整个管道产生极大的危害，必须采取有效水锤防护措施。
2、安装有空气阀时的事故停泵水锤
空气阀与调压塔类补水措施较明显的不同就是，当压力降低到管线几何高程之下时，空气流入管道，也形成了一种“水柱分离”，当分离的水柱再弥合时也会引发压力的波动。如果空气可以自由无阻地从管道中排除，则“水柱分离再弥合”所形成的水锤也是非常危险的。如图3所示。
在该工程中采用口径为400mm的空气阀，并将其安装在凸部进气流量系数0.975，分别取排气流量系数为0.65、0.05，计算结果如图3、4。
三、结论
1、对固定型号的空气阀，进气系数较大，则其防止负压的能力较强，而排气系数较大时，则由于排气速度快，可能会导致“水柱分离再弥合”水锤异常增加，空气阀基本无水锤防护能力。
2、对同一型号的空气阀，在水力过渡过程中，其进排气系数也会随进排气口开启面积等的变化，而产生变化。图3、图4所示的末期压力反复震荡，是由于计算采用了阀门完全开启时面积，因而产生的一种虚假震荡。
3、对固定型号的空气阀，排气流量系数较小时，管道内压力波动周期较大，水力瞬变过程时间较长，但压力波动幅度较小，对“水柱分离再弥合”水锤峰值抑制较好。
由以上分析可知，该工程应采用进气流量系数较大，排气流量系数较小的空气阀。
参考资料
（美）E。B。Wylie，V。L。Streeter。清华大学流体传动与控制教研组译。瞬变流（M）。北京：水利电力出版社，1983。
杨开林。电站与泵站中的水力瞬变及调节（M）。北京：中国水利水电出版社，1999。
金锥，姜乃昌，汪兴华，等。停泵水锤及其防护（第2版）（M）。北京：中国建筑工业出版社，2004。
湖北省水利勘测设计院。大型电力排灌站（M）。北京：水利电力出版社，1984。
栾鸿儒。水泵及水泵站（M）。北京：水利电力出版社，1993。〔收稿日期〕2008—05—14
