Повітряний клапан

Повітряні клапани для систем водопостачання: принцип роботи, вибір та посібник з технічного обслуговування протягом життєвого циклу

Повітря у водопровідних трубопроводах є прихованою загрозою для ефективності системи та довговічності труб. Незалежно від того, чи це повітряні кишені, що накопичуються у верхніх точках магістральних водогонів великої протяжності, чи кавітація, спричинена негативним тиском під час пуску та зупинки насосів, захоплене повітря, яке не було своєчасно видалене, може знизити пропускну здатність, спричинити гідравлічний удар і навіть призвести до розриву трубопроводу. Повітряний клапан — це автоматичний вентиляційний пристрій, розроблений спеціально для вирішення цієї проблеми. Ця стаття надає систематичний аналіз механізму роботи, класифікації типів, стандартів монтажу, стратегій технічного обслуговування та застосовних галузевих норм для повітряних клапанів, пропонуючи практичні рекомендації для фахівців, залучених до проектування, закупівлі та експлуатації систем водопостачання.

Що таке повітряний клапан?

Повітряний клапан — це гідромеханічний пристрій, який автоматично видаляє накопичене повітря з трубопроводу або впускає повітря в трубопровід для запобігання вакууму під час заповнення, експлуатації та спорожнення. Зазвичай він встановлюється у верхніх точках, гребенях та точках зміни ухилу водопровідних трубопроводів — місцях, де природним чином накопичується повітря.

Повітря може потрапляти в трубопровід різними шляхами: повітря, що вже знаходиться в трубі під час початкового заповнення, розчинені гази, що виділяються з води через зміни тиску, повітря, що захоплюється всмоктувальними вихорами насоса, та повітря, що потрапляє при повторному заповненні трубопроводу після дренажу для технічного обслуговування. Якщо це повітря не випускається через повітряні клапани, воно може утворювати повітряні кишені у верхніх точках трубопроводу, зменшуючи ефективний поперечний переріз потоку, збільшуючи споживання енергії насосом, а в серйозних випадках спричиняючи раптові стрибки тиску або сильний гідравлічний удар, викликаний розривом стовпа води та його подальшим з'єднанням.

Відповідно до класифікації стандарту AWWA (Американської асоціації водопостачання), повітряні клапани, які зазвичай використовуються в системах водопостачання, поділяються на три основні типи: Повітряні клапани (для малих об'ємів), Повітряно-вакуумні клапани та Комбіновані повітряні клапани.

Функціональне призначення та порівняння трьох типів повітряних клапанів

Чому лише клапана з малим отвором недостатньо для всіх сценаріїв?
Під час початкового заповнення трубопроводу необхідно випустити дуже великий об'єм повітря на високій швидкості. В іншому випадку протитиск, створюваний стисненням повітряних кишень, перевантажить насос і різко сповільнить швидкість заповнення. І навпаки, коли трубопровід спорожнюється, своєчасне впускання повітря має вирішальне значення для запобігання обвалу труби, спричиненого перепадом атмосферного тиску. Ці потреби у великих об'ємах можуть бути задоволені лише повітряно-вакуумним клапаном. Однак повітряно-вакуумні клапани повільно реагують на невеликі бульбашки повітря, що повільно накопичуються, тому під час роботи все ще потрібні повітряні клапани з малим отвором для безперервного “мікровидалення”.”

Висновок: Сучасні верхні точки водопровідних трубопроводів здебільшого використовують комбіновані повітряні клапани,, де один пристрій одночасно виконує три функції: випускання повітря під час заповнення, мікровидалення під час роботи та впускання повітря при вакуумі.

Принцип роботи: Як механізм «поплавець-важіль-отвір» забезпечує автоматичне вентилювання

Основою повітряного клапана є автоматичний механізм «поплавець-важіль-отвір»: Фаза накопичення повітря:

1. Повітря, що накопичується у верхній точці трубопроводу, піднімається в порожнину клапана, витісняючи поверхню води всередині порожнини вниз. Поплавець опускається → Отвір відкривається:.

2. У міру збільшення об'єму повітря в порожнині клапана та зниження рівня води, поплавець опускається під дією сили тяжіння, приводячи в дію важільний механізм, який відкриває верхній отвір. Процес випускання повітря:.

3. Накопичене повітря витісняється в атмосферу через відкритий отвір під дією робочого тиску в трубопроводі. Надходження води → Закриття:.

4. Як тільки повітря повністю випущене, а порожнина клапана знову заповнюється водою, поплавець виштовхується вгору силою Архімеда, а важіль закриває отвір, запобігаючи витоку води. Цей процес є.

повністю автоматичним і не потребує електричного керування або ручного втручання. Відкриття та закриття клапана залежить від наявності газу в порожнині клапана, а не від витрати в трубопроводі або зовнішніх сигналів., Рекомендації щодо місця встановлення та інтервалів.

Ефективність повітряного клапана безпосередньо визначається місцем його встановлення. Принцип монтажу полягає в тому, щоб

розміщувати їх там, де накопичуватиметься повітря. Місце встановлення:

Рекомендоване монтажне оснащення:

1. Встановіть ізоляційний кульовий кран у з'єднувальному трубопроводі між повітряним клапаном і магістральною лінією, що дозволяє проводити ізоляцію для технічного обслуговування без переривання роботи магістралі.

2. Достатній вентиляційний зазор повинен бути забезпечений над корпусом клапана; вихлопний отвір не повинен бути заблокований або затоплений стоячою водою.

3. Для каналізаційних систем або ситуацій, де можуть утворюватися забруднюючі гази, вихлопний отвір необхідно з'єднати з вентиляційною трубою, прокладеною до безпечного місця.

4. При встановленні в зовнішніх підземних колодязях переконайтеся, що вихлопний отвір піднято вище можливого рівня паводкових вод.

Ключові параметри вибору

Правильний вибір вимагає узгодження наступних проектних параметрів:

Галузеві стандарти та відповідність

Проектування, виготовлення та випробування випускних повітряних клапанів для водопостачання в основному відповідають двом основним системам стандартів:

1. AWWA C512: Охоплює випускні повітряні клапани, вакуумні/повітряні клапани та комбіновані повітряні клапани для систем водопостачання та водовідведення, діапазоном розмірів від 1/2 дюйма до 20 дюймів. Стандарт визначає, що корпуси та кришки клапанів можуть бути виготовлені з сірого чавуну, високоміцного чавуну, вуглецевої сталі або нержавіючої сталі.

2. BS EN 1074-4: Спеціалізований розділ, присвячений повітряним клапанам у сімействі європейських стандартів на запірну арматуру для водопостачання, широко визнаний у міжнародних проектах.

Вимога до постачальників надавати протоколи типових випробувань та записи заводських приймальних випробувань що відповідають цим стандартам, є базовою умовою для забезпечення продуктивності клапана.

Типові експлуатаційні несправності та способи їх усунення

Навіть при правильному проектуванні та монтажі, повітряні клапани можуть зіткнутися з наступними типовими проблемами під час тривалої експлуатації:

Рекомендовані інтервали планового технічного обслуговування:

1. Повітряні клапани на критичних вузлах трубопроводу повинні проходити функціональну перевірку кожні 6 місяців.

2. Кожного разу після перезапуску магістралі після зупинки та спорожнення для технічного обслуговування слід контролювати нормальність роботи випуску повітря у високих точках.

3. Для трубопроводів сирої води з підвищеним вмістом заліза та марганцю інтервали огляду та очищення слід скоротити, щоб запобігти закупорюванню отвору накипом.

Функціональні межі між повітряними клапанами та іншою трубопровідною арматурою

Повітряний клапан є спеціалізованим автоматичним пристроєм для випуску повітря. Його функцію не слід плутати з функцією звичайних запірних клапанів:

1. Кульові крани/Засувки Можуть бути відкриті або закриті лише вручну чи за допомогою приводу; вони не здатні автоматично розрізняти межу розділу повітря-вода та вибірково випускати газ.

2. “Випускні клапани” У китайській термінології іноді узагальнено позначають усі клапани, що випускають повітря, але строго кажучи, клапан випуску повітря використовується для мікровентиляції під тиском, а повітряно-вакуумний клапан — для роботи з великими об’ємами повітря під час заповнення та спорожнення. Вони є взаємодоповнювальними, а не взаємозамінними.

3. Дренажні клапани Встановлюються в нижніх точках для випуску накопиченої води; повітряні клапани встановлюються у верхніх точках для випуску накопиченого повітря — їхні місця встановлення та робочі середовища принципово різні.

Підсумок:
Клапан випуску повітря є справжнім “органом дихання” системи водопостачання. Добре спроєктована система повітряних клапанів може забезпечувати безперервне керування газом у трубопроводі протягом трьох фаз: запуску заповнення, нормальної експлуатації та спорожнення для технічного обслуговування, запобігаючи трьом основним режимам відмов трубопроводу: накопиченню повітряних кишень, гідравлічному удару та вакуумній деформації. Правильний вибір, належне встановлення та регулярне технічне обслуговування є необхідними. Рекомендується включати гідравлічні розрахунки для перевірки повітряних клапанів на ранніх етапах проєкту, а не вирішувати проблеми з повітряними кишенями лише після їх виявлення, коли система трубопроводу вже може зазнати незворотних пошкоджень.