Воздушный клапан

Воздушные клапаны для систем водоснабжения: принцип работы, выбор и руководство по техническому обслуживанию в течение жизненного цикла

Воздух в водопроводных трубах представляет собой скрытую угрозу для эффективности системы и долговечности трубопроводов. Независимо от того, принимает ли он форму воздушных пробок, скапливающихся в верхних точках магистральных водоводов, или кавитации, вызванной отрицательным давлением при пуске и остановке насосов, невыпущенный своевременно захваченный воздух может снизить пропускную способность, вызвать гидравлический удар и даже привести к разрыву трубопровода. Воздушный клапан — это автоматическое вентиляционное устройство, специально разработанное для решения этой проблемы. В данной статье представлен систематический анализ механизма работы, классификации типов, стандартов установки, стратегий технического обслуживания и применимых отраслевых норм для воздушных клапанов, что дает практические рекомендации для специалистов, занимающихся проектированием, закупками и эксплуатацией систем водоснабжения.

Что такое воздушный клапан?

Воздушный клапан — это гидромеханическое устройство, которое автоматически выпускает скопившийся воздух из трубопровода или впускает воздух в трубопровод для предотвращения вакуума во время заполнения, эксплуатации и опорожнения. Обычно он устанавливается в верхних точках, на гребнях и в точках перегиба уклона водопроводов — в местах, где воздух естественным образом скапливается.

Воздух может попадать в трубопровод различными путями: воздух, уже находящийся в трубе при первоначальном заполнении, растворенные газы, выделяющиеся из воды из-за изменения давления, воздух, захватываемый воронками на всасе насоса, и воздух, поступающий при повторном заполнении трубопровода после опорожнения для обслуживания. Если этот воздух не выпускать через воздушные клапаны, он может образовывать воздушные пробки в верхних точках трубопровода, уменьшая эффективное поперечное сечение потока, увеличивая энергопотребление насосов и, в тяжелых случаях, вызывая внезапные скачки давления или сильный гидравлический удар, вызванный разрывом и последующим схлопыванием водяного столба.

Согласно стандартной классификации AWWA (Американская ассоциация водопроводных сооружений), воздушные клапаны, обычно используемые в системах водоснабжения, делятся на три основных типа: Воздушные клапаны для выпуска воздуха, Воздушно-вакуумные клапаны и Комбинированные воздушные клапаны.

Функциональное позиционирование и сравнение трех типов воздушных клапанов

Почему клапана только с малым отверстием недостаточно для всех сценариев?
Во время первоначального заполнения трубопровода необходимо выпустить очень большой объем воздуха на высокой скорости. В противном случае противодавление, создаваемое сжатием воздушных пробок, перегрузит насос и резко замедлит скорость заполнения. И наоборот, при опорожнении трубопровода своевременный впуск воздуха имеет решающее значение для предотвращения разрушения трубы из-за перепада атмосферного давления. Эти потребности в больших объемах могут быть удовлетворены только воздушно-вакуумным клапаном. Однако воздушно-вакуумные клапаны медленно реагируют на небольшие, медленно накапливающиеся пузырьки воздуха, поэтому во время эксплуатации для непрерывного “микро-стравливания” все еще требуются воздушные клапаны с малым отверстием.”

Заключение: В современных водопроводах в верхних точках в основном используются комбинированные воздушные клапаны,, где одно устройство одновременно выполняет тройную функцию: выпуск воздуха при заполнении, микро-стравливание при эксплуатации и впуск воздуха при вакууме.

Принцип работы: как механизм поплавок-рычаг обеспечивает автоматическое вентилирование

Основой воздушного клапана является автоматический механизм «поплавок-рычаг-отверстие»: Фаза накопления воздуха:

1. Воздух, скапливающийся в верхней точке трубопровода, поднимается в полость клапана, вытесняя поверхность воды вниз внутри полости. Поплавок опускается → Отверстие открывается:.

2. По мере увеличения объема воздуха в полости клапана и падения уровня воды поплавок опускается вместе с уровнем воды под действием силы тяжести, приводя в действие рычажный механизм, который открывает верхнее отверстие. Процесс выпуска воздуха:.

3. Скопившийся воздух выбрасывается в атмосферу через открытое отверстие под действием рабочего давления в трубопроводе. Прибытие воды → Закрытие:.

4. Как только воздух полностью выпущен и полость клапана снова заполняется водой, поплавок поднимается вверх под действием выталкивающей силы, и рычаг закрывает отверстие, предотвращая утечку воды. Этот процесс является.

полностью автоматическим, не требующим электрического управления или ручного вмешательства. Открытие и закрытие клапана зависит от наличия газа в полости клапана, а не от расхода в трубопроводе или внешних сигналов., Рекомендации по месту установки и интервалам.

Эффективность воздушного клапана напрямую определяется местом его установки. Принцип установки заключается в том, чтобы

размещать их там, где будет скапливаться воздух. Место установки:

Рекомендуемые аксессуары для монтажа:

1. Установите изолирующий шаровой кран в соединительном трубопроводе между воздушным клапаном и основной магистралью, что позволяет проводить изоляцию для обслуживания без остановки работы основной магистрали.

2. Достаточный вентиляционный зазор должен быть обеспечен над корпусом клапана; выпускное отверстие не должно быть заблокировано или затоплено стоячей водой.

3. Для систем канализации или в ситуациях, где возможно образование загрязняющих газов, выпускное отверстие должно быть подключено к вентиляционной трубе, проложенной в безопасное место.

4. При установке в наружных подземных колодцах убедитесь, что выпускное отверстие находится выше возможного уровня паводковых вод.

Ключевые параметры выбора

Правильный выбор требует соответствия следующим проектным параметрам:

Отраслевые стандарты и соответствие требованиям

Проектирование, изготовление и испытания выпускных воздушных клапанов для водоснабжения в основном следуют двум основным системам стандартов:

1. AWWA C512: Охватывает выпускные воздушные клапаны, вакуумные/воздушные клапаны и комбинированные воздушные клапаны для систем водоснабжения и водоотведения, размером от 1/2 дюйма до 20 дюймов. Стандарт определяет, что корпуса и крышки клапанов могут быть изготовлены из серого чугуна, высокопрочного чугуна, углеродистой стали или нержавеющей стали.

2. BS EN 1074-4: Специализированный раздел по воздушным клапанам в семействе европейских стандартов на арматуру для водоснабжения, широко признанный в международных проектах.

Требование к поставщикам предоставлять протоколы типовых испытаний и записи заводских приемочных испытаний соответствующие этим стандартам, является базовым условием для обеспечения производительности клапана.

Типичные эксплуатационные неисправности и методы их устранения

Даже при правильном проектировании и монтаже воздушные клапаны могут столкнуться со следующими типичными проблемами в ходе длительной эксплуатации:

Рекомендуемые интервалы планового технического обслуживания:

1. Воздушные клапаны в критических узлах трубопровода должны проходить функциональную проверку каждые 6 месяцев.

2. При каждом перезапуске основной магистрали после остановки и опорожнения для обслуживания следует контролировать нормальную работу выпуска воздуха в воздушных клапанах в верхних точках.

3. Для трубопроводов сырой воды с повышенным содержанием железа и марганца интервалы осмотра и очистки должны быть сокращены для предотвращения засорения отверстия отложениями.

Функциональные границы между воздушными клапанами и другой трубопроводной арматурой

Воздушный клапан является специализированным автоматическим устройством для выпуска воздуха. Его функцию не следует путать с функцией обычных запорных клапанов:

1. Шаровые краны/Задвижки Могут открываться или закрываться только вручную или с помощью привода; они не способны автоматически различать границу раздела «воздух-вода» и выборочно стравливать газ.

2. “Выпускные клапаны” В китайской терминологии иногда обобщённо обозначают все клапаны, выпускающие воздух, но строго говоря, воздухоотводчик используется для сброса давления при микро-вентиляции, а воздушно-вакуумный клапан — для работы с большими объёмами воздуха при заполнении и опорожнении. Эти два типа взаимодополняемы и не взаимозаменяемы.

3. Дренажные клапаны Устанавливаются в нижних точках для отвода скопившейся воды; воздушные клапаны устанавливаются в верхних точках для отвода скопившегося воздуха — их места установки и рабочая среда принципиально различаются.

Резюме:
Воздухоотводчик является поистине “органом дыхания” системы водоснабжения. Правильно спроектированная система воздушных клапанов может обеспечить непрерывное управление газом в трубопроводе на трёх этапах: запуск заполнения, нормальная эксплуатация и опорожнение для обслуживания, предотвращая три основных режима отказа трубопровода: образование воздушных пробок, гидравлический удар и вакуумную деформацию. Правильный подбор, корректная установка и регулярное техническое обслуживание — все это незаменимо. Рекомендуется включать гидравлический расчёт для проверки воздушных клапанов на ранних этапах проекта, а не решать проблемы с воздушными пробками только после их проявления, когда система трубопровода уже может получить необратимые повреждения.