浅析真空破坏阀装置位置和风量系数对破坏虹吸断流效果的影响

摘要　本文用工程实践经验佐证国内对真空破坏阀断流型式科研成果的科学性和可靠性，并通过多个虹吸式泵站真空破坏阀通风面积和装置位置的不同对断流效果的影响的比较，提出真空破坏阀的风量系数会明显影响破坏虹吸断流的效果。

关键词　真空破坏阀；装置位置；通风面积；风量系数

1，前言

当前由于存在对虹吸式出水真空破坏阀断流型式的不同认识，一些早期建成的泵站在更新改造中不惜花费巨资改造出水管为直管出流型式。笔者认为，虹吸式出水具有水力效率高，断流安全可靠，真空破坏阀结构简单，检修维护方便等优点。刚刚建成的国家南水北调东线工程第一级泵站一宝应站继续采用虹吸式真空破坏阀断流，辅证了真空破坏阀断流型式仍然具有广阔的应用前景。

《泵站技术》2005年第2期刊出“关于真空破坏阀断流型式研究综述”一文(以下简称“综述”)，总结介绍了江都站及国内有关真空破坏阀断流科研成果，明确指出真空破坏阀装置位置对断流效果有显著影响，但同仁们未必同意这种观点，为此笔者用实例佐证。写作本文的另一个目的是真空破坏阀的结构形式、管道布置、风量系数的不同同样会影响破坏虹吸断流的效果，值得引起足够的重视。

2，已建泵站真空破坏阀装置位置和通风面积的比较

“综述”一文主要将江都站实际采用的真空破坏阀装置位置和通风面积与科研成果中可能的通风面积作了比较，以64ZLB－50型泵为例，真空破坏阀装置在江都一二站最差位置时，真空破坏阀直径不得小于ψ200mm。研究结果表明装置于驼峰前37°最佳位置时，采用ψ125mm真空破坏阀即可，装置位置不同，真空破坏阀通风面积可相差2倍以上，存在大大缩小真空破坏阀通风面积的可能性。本文列出了已安全运行30年左右的虹吸式泵站真空破坏阀装置位置和通风面积对比表，用实例证明，已有的科研成果是科学可靠的。见表1。

3，江都站真空破坏阀通风面积偏大的原因分析

笔者认为：在兴建江都一站和二站时，处于真空破坏阀断流理论的初创阶段，当时不可能认识真空破坏阀装置在虹吸驼峰不同位置对真空破坏阀面积的要求会有那么大的差别，因此在总结江都一、二站运行实践和科研成果的基础上，得到真空破坏阀通风面积ω＝0.009QH的经验公式是免不了偏大的。应该承认，这是江都站真空破坏阀通风面积(即真空破坏阀口径)选用偏大的主要原因，但不是唯一原因。

江都一站及二站真空破坏阀通风面积之所以不得不偏大选用的另一个不可忽视的原因是由于真空破坏阀后进入虹吸驼峰的钢管行程较长，且管底位置太低，并有三个90°急弯，这种真空破坏阀结构和管道布置，经南京水利科学研究所江都二站原型实测，进气速度是变量，风量系数c很低，而且也是变量，如图1，当风速逐步增大到82米／秒时风量系数由0.6左右增大到最大0.64左右。随着风速提高风量系数直线下降，接近100米／秒风速时风量系数最低，在0.4以下，此后随着风速提高达到最大风速138米／秒时，风量系数上升到0.45左右，总之在该真空破坏阀破坏虹吸断流过程中，风量系数始终处于一个较低的水平。据黄河水利委员会水利科学研究所分析，这种结构的真空破坏阀风量系数应在0.74～0.93之间，推荐采用0.8风量系数。江都二站观测得出的风量系数比该值要小得多。特别是当风速达到82米／秒以上时，说明虹吸管中负压值最高，最需要大量补气破坏真空时，风量系数陡然下降，实际上在此时段中由于风量系数极低，总进风量大幅度下降，相当于真空破坏阀有效进风面积大幅度降低了，就是说这种真空破坏阀结构和管道布置不但风量系数小，而且边界输气速度低，严重降低了进风量，这应该是模型试验可以采用ψ200真空破坏阀而原型必须使用ψ300毫米真空破坏阀的原因，真空破坏阀通风面积扩大2.25倍，这不能不是江都站真空破坏阀通风面积颇大的重要原因之一。关于风量系数会直接影响虹吸破坏效果，从而影响真空破坏阀通风面积，在理论上应该是比较成熟的，但从上世纪60年代初人们开始研究真空破坏阀起，至今尚未引起人们的重视，鉴于此，进一步深入研究真空破坏阀结构及输气管道布置具有其重要的现实意义。

4，追求缩小真空破坏阀通风面积的意义

本文通过真空破坏阀装置位置和风量系数的不同对断流效果的影响的分析研究，致力于缩小真空破坏阀的通风面积，其意义不仅在于缩小真空破坏阀结构体积，以降低泵站改造和兴建造价，更重要的是真空破坏阀通风口径大幅度缩小以后，其驱动力和驱动行程均大幅度下降，才有可能采用如电磁驱动阀等替代原用气动平板阀，以江都一站为例，原用ψ300毫米气动平板阀在虹吸最大真空为－7水柱时，驱动力为800～1000公斤左右，开启行程不小于95mm，这样大的驱动力和开启行程，只有采取气动，才可能保证迅速启闭，达到破坏虹吸可靠断流的要求，因此必须辅之以压缩空气系统，自然增大了投资。

如果选用真空破坏阀直径为ψ125mm，则可采用图2所示电磁驱动虹吸破坏阀，该型号真空破坏阀已定型生产，并在广东省东深供水公司使用，由于阀上空气压力平衡，驱动力仅需克服磨擦力，驱动力和行程均很小，采用这种电磁驱动阀，不仅可省去了繁杂的压缩空气系统，节约工程投资，更重要的是该阀为常开阀，只要延时关闭，水泵启动时自动排气，可以降低水泵最大启动扬程3～5米水柱。

随着真空破坏阀阀体的减小和启两行程的缩短，将有可能开发出更先进的真空破坏阀，达到节省工程投资、运行安全可靠、维修方便的目的。