概述
1.1 工業(yè)與建筑發(fā)展的推動
無論是工業(yè)生產(chǎn)中的液體、氣體輸送，還是建筑領(lǐng)域的給排水系統(tǒng)，均對管道系統(tǒng)的性能提出了嚴(yán)苛的要求。
管道系統(tǒng)在運(yùn)行過程中，氣體的存在會引發(fā)諸多問題。例如，在液體輸送管道中，氣體的積聚可能導(dǎo)致管道內(nèi)部壓力不穩(wěn)定，影響液體的正常流動，降低輸送效率。在某些情況下，氣體還可能引發(fā)水錘現(xiàn)象，對管道造成嚴(yán)重的沖擊和損壞，甚至危及整個管道系統(tǒng)的安全。因此，排氣閥作為保障管道系統(tǒng)正常運(yùn)行的重要部件，其需求隨著工業(yè)和建筑業(yè)的發(fā)展而迅速增長。
1.2 節(jié)能環(huán)保要求的影響
隨著全球?qū)?jié)能環(huán)保問題的關(guān)注度日益提高，各個行業(yè)均在積極尋求節(jié)能減排的有效途徑。在管道系統(tǒng)中，排氣閥的性能優(yōu)化成為實現(xiàn)節(jié)能環(huán)保目標(biāo)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)之一。高效、節(jié)能的排氣閥能夠及時排出管道內(nèi)的氣體，減少氣體對管道運(yùn)行的阻力，從而降低輸送過程中的能耗。
1.3 市場需求對排氣閥性能的要求
面對不斷增長的市場需求，企業(yè)需要深刻認(rèn)識到排氣閥性能提升的緊迫性。為了在激烈的市場競爭中脫穎而出并為行業(yè)發(fā)展貢獻(xiàn)力量，需積極開展對排氣閥的標(biāo)準(zhǔn)性研究。深入探究調(diào)節(jié)排氣閥性能的主要方法，確立“質(zhì)量第一、性能可控”的研發(fā)目標(biāo)。通過不斷改進(jìn)創(chuàng)新，致力于優(yōu)化排氣閥的產(chǎn)品設(shè)計和制造方案，全面提升設(shè)計和生產(chǎn)水平，以滿足市場對排氣閥日益多樣化和高端化的需求。
02
排氣閥的結(jié)構(gòu)特點
該新型排氣閥的開發(fā)設(shè)計主要參考于GB/T 36523《供水管道復(fù)合式高速排氣進(jìn)氣閥》標(biāo)準(zhǔn)中的“單體式排氣閥典型結(jié)構(gòu)二”進(jìn)行主體設(shè)計。主要結(jié)構(gòu)包括閥體、閥蓋、筒體、浮球、導(dǎo)向密封罩、密封組件等，具體結(jié)構(gòu)示意圖如圖1所示。
1.閥體 2.浮桶 3.大孔密封件 4.閥蓋 5.排氣罩 6.小孔排氣閥 7.檢修閥
圖1 分體式排氣閥典型結(jié)構(gòu)一
2.1 復(fù)合式結(jié)構(gòu)
復(fù)合式結(jié)構(gòu)是新型排氣閥的一個特點。復(fù)合式高速進(jìn)排氣閥的結(jié)構(gòu)與圖1的“分體式排氣閥典型結(jié)構(gòu)一”在密封組件上結(jié)構(gòu)有所區(qū)別，如圖2所示。在管道系統(tǒng)，尤其是長輸管線的運(yùn)行過程中，復(fù)合式結(jié)構(gòu)展現(xiàn)出了卓越的性能。長輸管線通常距離長、管徑大，氣體易在管道內(nèi)積聚，影響管道的運(yùn)行效率和安全性。復(fù)合式結(jié)構(gòu)的排氣閥能夠巧妙地排出管內(nèi)的運(yùn)行氣體，有效避免氣體積聚導(dǎo)致的壓力波動和管道腐蝕等問題。
當(dāng)管道內(nèi)存在氣體時，排氣閥內(nèi)部的機(jī)械結(jié)構(gòu)根據(jù)氣體的壓力和流量自動啟動吸氣排氣，使氣體排出管道，確保管道內(nèi)始終保持穩(wěn)定的流體狀態(tài)。這種結(jié)構(gòu)不僅提升了管道的運(yùn)行效率，還為管道的長期安全運(yùn)行提供了可靠保障。
2.2 密封材料
密封組件作為排氣閥的關(guān)鍵部分，直接關(guān)系到閥門的密封性能。橡膠材料具有良好的耐磨損性和化學(xué)穩(wěn)定性，能夠適應(yīng)不同介質(zhì)的侵蝕。硅膠材料則具有出色的耐高溫和耐低溫性能，在極端溫度條件下仍能保持良好的密封性能。
高抗撕硅膠材料具有優(yōu)異的彈性和密封性能，并且具有良好的耐低溫性，能夠在各種工況下實現(xiàn)零泄漏的密封效果。專用密封組件的精心設(shè)計和高性能材料的選用，提高了低壓密封性能，確保了排氣閥在長時間運(yùn)行過程中能夠有效阻止介質(zhì)泄漏，維持管道系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。
圖2 設(shè)計結(jié)構(gòu)示意圖
03
工作方式
排氣閥的工作方式主要包括以下三種：
（1）在管道系統(tǒng)首次充水時，管道內(nèi)通常充滿了空氣。當(dāng)水進(jìn)入閥內(nèi)時，浮球在浮力作用下逐漸升起；隨著水位的不斷上升，閥內(nèi)的空氣被逐漸排出，其原理圖見圖3。當(dāng)水充滿閥門時，浮球在浮力的作用下完全升起，將排氣口密封，閥門關(guān)閉。這一過程確保了在管道充水初期，大量的空氣能夠被迅速排出，避免空氣在管道內(nèi)形成氣囊，影響水的正常流動。若空氣不能及時排出，可能會導(dǎo)致管道局部壓力過高，進(jìn)而引發(fā)管道破裂等嚴(yán)重后果。
圖3 大量空氣排氣原理圖
（2）在管道系統(tǒng)正常運(yùn)行過程中，由于介質(zhì)流動、溫度變化等因素，管內(nèi)會持續(xù)產(chǎn)生少量的氣體。這些運(yùn)行氣體若不能及時排出，則會逐漸積聚在管道的高點或局部區(qū)域，影響管道的運(yùn)行效率和穩(wěn)定性。管內(nèi)產(chǎn)生的氣體在閥內(nèi)聚集到一定程度時，氣體緩慢沿旁通管路至微量排氣閥處排出，其原理圖見圖4。
圖4 微量空氣運(yùn)行排氣原理圖
（3）在某些特殊工況下，如管道系統(tǒng)突然停水或快速排水時，管道內(nèi)可能會產(chǎn)生負(fù)壓；負(fù)壓的存在會對管道造成嚴(yán)重的危害，如管道變形、塌陷等。為了防止這種情況的發(fā)生，排氣閥具備在管道產(chǎn)生負(fù)壓時大量吸氣的功能。當(dāng)管道內(nèi)壓力降低到一定程度時，排氣閥迅速打開吸氣通道，吸入外部空氣，平衡管道內(nèi)的壓力。這樣可以有效避免管道因負(fù)壓而遭受損壞，確保管道系統(tǒng)的安全運(yùn)行，其原理圖見圖5。
圖5 吸氣原理圖
綜上所述，三種工作方式最終目的均是為了保證管道可以持續(xù)安全地運(yùn)行。
04
進(jìn)排氣閥的性能
4.1 密封性能
在標(biāo)準(zhǔn)結(jié)構(gòu)中，導(dǎo)向密封罩的密封動力主要源自浮球的浮力，而該設(shè)計結(jié)構(gòu)能夠使浮球完全沒入水中，其浮力利用率為100%，密封效果優(yōu)良。
4.2 排氣性能
復(fù)合式高速進(jìn)排氣閥的排氣性能經(jīng)過三維模擬分析，理論值達(dá)標(biāo)后進(jìn)行開發(fā)試制。
閥門動態(tài)性能實驗室為排氣閥的研究提供了重要支持。在實驗室中，可以進(jìn)行各種復(fù)雜工況下的試驗，模擬實際應(yīng)用中的各種情況，從而更好地驗證排氣閥的性能。通過不斷地調(diào)整排氣閥結(jié)構(gòu)尺寸，得出控制排氣量的方法，模擬理論值與實踐驗證值誤差率在0.2~3%（如圖6、圖7所示），為改進(jìn)和優(yōu)化提供依據(jù)。從DN50到DN300的排氣量均符合GB/T 36523的規(guī)定。
未來可實現(xiàn)有針對性地對特殊工況制作定制化產(chǎn)品，節(jié)省性能過盈或缺失造成的資源浪費，同時也能節(jié)省試錯成本，提高產(chǎn)品一次成功率。
圖6 DN150瞬時排氣量模擬值曲線圖
圖7 排氣量模擬值與實測值對比
4.3 最小關(guān)閉壓差
復(fù)合式高速進(jìn)排氣閥的設(shè)計結(jié)構(gòu)能夠有效解決排氣閥的氣堵現(xiàn)象，并且滿足GB/T 36523標(biāo)準(zhǔn)最小關(guān)閉壓差應(yīng)大于0.09 MPa的要求。氣堵現(xiàn)象主要是由于管道在充水時大量排氣，且在排氣過程中排氣閥已關(guān)閉，無法將管內(nèi)氣體完全排出，管內(nèi)壓力升高，存在爆管風(fēng)險。而新型排氣閥則經(jīng)過多次模擬與論證，最終解決了氣堵問題，消除管道因氣堵而引發(fā)的爆管風(fēng)險。
05
應(yīng)用領(lǐng)域
5.1 電力行業(yè)
在電站鍋爐的給水系統(tǒng)中，水中可能溶解有一定量的氣體。如果這些氣體不能及時排出，在加熱過程中將會形成氣泡，影響傳熱效率，甚至可能導(dǎo)致管道腐蝕和設(shè)備損壞。新型排氣閥憑借其優(yōu)異的排氣性能，能夠在給水過程中及時排出氣體，確保水的純凈度和傳熱效率，提高鍋爐的運(yùn)行安全性和經(jīng)濟(jì)性。
在疏水系統(tǒng)中，排氣閥可以排出管道內(nèi)的凝結(jié)水和氣體，防止水錘現(xiàn)象的發(fā)生，保護(hù)管道和設(shè)備免受沖擊損壞。對于蒸汽管道，排氣閥能夠在管道啟動和運(yùn)行過程中排出空氣和其他不凝性氣體，保證蒸汽的順暢流動，提高蒸汽系統(tǒng)的效率和穩(wěn)定性。該排氣閥良好的密封性能和耐溫性能，使其能夠適應(yīng)蒸汽管道的高溫高壓環(huán)境，確保系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行。
5.2 水力行業(yè)
在水力行業(yè)的取調(diào)水管線、城市供水和排水用水管網(wǎng)以及水處理系統(tǒng)中，排氣閥的應(yīng)用廣泛且意義重大。
在取調(diào)水管線中，排氣閥安裝在管道的關(guān)鍵位置，能夠及時排出管道在充水和運(yùn)行過程中產(chǎn)生的氣體，保證水流暢通，提高取水和調(diào)水的效率。在城市供水和排水用水管網(wǎng)中，排氣閥可以防止氣體積聚在管道高點，避免形成氣阻，影響供水壓力和排水效果。
在水處理系統(tǒng)中，排氣閥對于確保水質(zhì)處理過程的穩(wěn)定運(yùn)行至關(guān)重要。無論是在原水預(yù)處理、深度處理或在輸水過程中，排氣閥均能有效排除氣體，保證水處理設(shè)備的正常運(yùn)行，提高水質(zhì)處理的效果和效率，保障城市居民的用水安全。
5.3 其他領(lǐng)域
除了電力和水力行業(yè)，新型排氣閥在制藥、食品飲料、農(nóng)林灌溉等行業(yè)也有著廣泛的應(yīng)用前景。
在制藥行業(yè)，對生產(chǎn)環(huán)境和介質(zhì)的純凈度要求極高。排氣閥用于制藥設(shè)備和管道系統(tǒng)中，能夠排出氣體，防止氣體污染藥品，確保藥品質(zhì)量符合嚴(yán)格的標(biāo)準(zhǔn)。在食品飲料行業(yè)，排氣閥可以保證生產(chǎn)過程中液體的順暢輸送，避免氣體混入產(chǎn)品中，影響產(chǎn)品口感和質(zhì)量。在農(nóng)林灌溉領(lǐng)域，排氣閥安裝在灌溉管道系統(tǒng)中，能夠排出管道內(nèi)的空氣，確保灌溉水均勻穩(wěn)定地輸送到農(nóng)田和果園，提高灌溉效率，節(jié)約水資源。
06
排氣閥的應(yīng)用及發(fā)展趨勢
6.1 排氣閥的應(yīng)用
在某市配水廠的水處理車間內(nèi)，存有十余臺需要使用排氣閥的水罐。據(jù)用戶反饋，該車間原裝排氣閥存在無法排氣的問題。在了解具體工況后，選用此次研發(fā)的新型排氣閥，通過對工況介質(zhì)、壓力、工作波段等信息的分析，定制化生產(chǎn)出了專用排氣閥，以充分滿足工況條件。
在此期間，對專用排氣閥進(jìn)行結(jié)構(gòu)改進(jìn)，使該閥的關(guān)閥時間與水罐工作情況相契合，有效防止了閥門關(guān)閉前部分介質(zhì)噴出的情況。
用戶對該專用排氣閥的性能極為滿意，驗收工作得以順利完成。
6.2 排氣閥的發(fā)展趨勢
隨著工業(yè)自動化水平的不斷提高，對閥門的智能化、遠(yuǎn)程控制等功能提出了更高的要求。在未來，排氣閥可在智能化方面進(jìn)行深入發(fā)展。
增加智能監(jiān)測系統(tǒng)，通過對排氣閥增加壓力、噪聲、振動及配備孔板流量計等傳感器實現(xiàn)對排氣閥的狀態(tài)信息的監(jiān)測；同時對采集到的信息進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，通過展示分析結(jié)果提醒監(jiān)測人員做出相應(yīng)的解決措施，進(jìn)而提高系統(tǒng)的運(yùn)行效率和可靠性，且在智慧水務(wù)與水務(wù)產(chǎn)品智能化方向提供更好的產(chǎn)品。
07
結(jié)語
本文圍繞新型排氣閥展開，明確其重要地位與市場需求增長趨勢。結(jié)構(gòu)上采用復(fù)合式與高性能材料，確保優(yōu)異密封與排氣性能。多樣化工作方式保障管道安全運(yùn)行，性能優(yōu)勢突出，滿足不同工況需求。該閥門廣泛應(yīng)用于多個領(lǐng)域，安裝與維護(hù)要點明確。通過實際應(yīng)用案例驗證其有效性，未來將朝著智能化、材料創(chuàng)新、優(yōu)化設(shè)計和拓展應(yīng)用領(lǐng)域發(fā)展，企業(yè)應(yīng)加強(qiáng)創(chuàng)新與優(yōu)化，滿足市場需求，推動技術(shù)進(jìn)步，為相關(guān)行業(yè)發(fā)展提供有力支持，拓展應(yīng)用范圍，提高管道系統(tǒng)運(yùn)行效率和穩(wěn)定性。