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摘 要：火电厂直流循环水系统发生水锤时，易产生断流弥合水锤。探讨在事故停泵水锤过程中空气阀的作用机理，建立边界条件数学模型，并对停泵水锤进行计算和分析。结果表明，对于火电厂直流系统，空气阀可有效地控制水柱分离和断流弥合水锤。
关键词：空气阀 停泵 水锤
中图分类号：TM621 文献标识码：A 文章编号：1007-3973（2013）012-151-02
1 引言
目前国外滨海电厂多采用直流循环水，该系统扬程低、流量大。在水泵机组断电停泵后，凝汽器及管路系统中的负压问题较为突出，对系统管路、凝汽器及冷却水管等的安全运行构成威胁。有必要对循环水系统进行事故断电停等工况的水力过渡过程计算，确定合适的水泵出口缓闭阀门的关闭、开启规律。根据计算结果提出安全可靠、投资较省、管理方便的水锤防护措施，保证系统不因水锤而产生破坏。
2.3 空气阀边界条件
空气阀可以分为三类：进气阀、排气阀和复合式空气阀。进气阀，又称真空破坏阀，是一种只进气不排气的阀门。其特点是当管中压强大于大气压时能及时自动关闭，不使进入的空气排出。当分离开的水柱相互接近时，管道中的空气被压缩，并对水锤升压起缓冲作用，从而降低了水柱弥合引起的压力升高。排气阀的作用与进气阀的作用相反，是一种只排气不进气的阀门。这种阀的特点是只排气，不排水。当管道中的气体排出后，会自动关闭，防止液体泄出。复合式空气阀具有进气阀和排气阀的功能。当水压下降到大气压以下时，空气阀打开让空气进入，以减小管道内真空度；当水流压力大于大气压时，容许空气逐渐排出，以避免分离液体迅速聚合形成的巨大的冲击压力。
流过空气阀的空气质量流量取决于管道外部大气的绝对压力Pa、绝对温度Ta及管道内的绝对压力P和绝对温度T，可分为下述四种情况：
3 计算实例
3.1 基本资料
某火电厂2€？00MW机组厂址位于印度尼西亚万丹省，循环水系统采用扩大单元制海水直流供水系统，即一台300MW汽轮发电机组配置二台循环水泵，二台机组共用一座循环水泵房，两台机组的循环水进水管上设置联络阀门。
海水通过取水间及引水暗渠自流进入循环水泵进水间，经循环水泵升压后，通过循环水进水压力玻璃钢管进入主厂房内凝汽器及辅机冷却器，凝汽器排出热水及辅机回水通过循环水排水玻璃钢管及钢筋混凝土暗沟，输送至厂区南侧的虹吸井内，最终通过循环水排水明渠进入大海。
3.2 数值模拟成果
不设置水锤防护措施的结果如图1、图2。
计算表明：这类低水头，大流量的循环水系统中，对工程安全运行构成威胁的不是正水锤，而是负压引起的水柱分离。两阶段关闭阀门用于减缓正水锤和消除小程度负压是有效的，但是对于高程度的负压效果不明显。其次，由于本工程为直流循环，凝汽器出口的负压主要与其到虹吸井的距离及高差有关。在正常运行时凝汽器出口已经是负压（-3m），所以断电停泵时，负压很大。该工程考虑设置快进慢排式空气阀，当管路负压大于阀门动作压力时，大气中的空气经过特制的注气阀被吸入管路内，从而防止真空的进一步升高，当回冲水流及升压波返回时，空腔体积开始缩小，排气小孔打开微量排气。腔中的空气受到一定的压缩并使回冲流速减小，起到了空气垫的作用。本工程设置2个DN200口径的阀门，进口流量系数0.35m2，出口流量系数0.0005m2，阀门开启压力 0.08～0.09MPa。
计算表明：采用空气阀作为水锤防护措施后。沿程最大压力为18m，小于正常工作压力。沿程有负压存在，但是均小于负5m，能保证循环冷却水系统管路和水泵等设备的安全。
4 结语
通过计算过程可以看出，对于火电厂直流循环水系统，由于管线压力较低，当出现停泵水锤时，仅靠液控蝶阀无法解决管线负压的问题，极易出现断流弥合水锤，必须采用水锤防护措施。
参考文献：
[1] 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，2000.
[2] 金锥，姜乃昌，汪兴华，等.停泵水锤极其防护[M].北京：中国建筑工业出版社，2004.
关键词：空气阀 停泵 水锤
中图分类号：TM621 文献标识码：A 文章编号：1007-3973（2013）012-151-02
1 引言
目前国外滨海电厂多采用直流循环水，该系统扬程低、流量大。在水泵机组断电停泵后，凝汽器及管路系统中的负压问题较为突出，对系统管路、凝汽器及冷却水管等的安全运行构成威胁。有必要对循环水系统进行事故断电停等工况的水力过渡过程计算，确定合适的水泵出口缓闭阀门的关闭、开启规律。根据计算结果提出安全可靠、投资较省、管理方便的水锤防护措施，保证系统不因水锤而产生破坏。
2.3 空气阀边界条件
空气阀可以分为三类：进气阀、排气阀和复合式空气阀。进气阀，又称真空破坏阀，是一种只进气不排气的阀门。其特点是当管中压强大于大气压时能及时自动关闭，不使进入的空气排出。当分离开的水柱相互接近时，管道中的空气被压缩，并对水锤升压起缓冲作用，从而降低了水柱弥合引起的压力升高。排气阀的作用与进气阀的作用相反，是一种只排气不进气的阀门。这种阀的特点是只排气，不排水。当管道中的气体排出后，会自动关闭，防止液体泄出。复合式空气阀具有进气阀和排气阀的功能。当水压下降到大气压以下时，空气阀打开让空气进入，以减小管道内真空度；当水流压力大于大气压时，容许空气逐渐排出，以避免分离液体迅速聚合形成的巨大的冲击压力。
流过空气阀的空气质量流量取决于管道外部大气的绝对压力Pa、绝对温度Ta及管道内的绝对压力P和绝对温度T，可分为下述四种情况：
3 计算实例
3.1 基本资料
某火电厂2€？00MW机组厂址位于印度尼西亚万丹省，循环水系统采用扩大单元制海水直流供水系统，即一台300MW汽轮发电机组配置二台循环水泵，二台机组共用一座循环水泵房，两台机组的循环水进水管上设置联络阀门。
海水通过取水间及引水暗渠自流进入循环水泵进水间，经循环水泵升压后，通过循环水进水压力玻璃钢管进入主厂房内凝汽器及辅机冷却器，凝汽器排出热水及辅机回水通过循环水排水玻璃钢管及钢筋混凝土暗沟，输送至厂区南侧的虹吸井内，最终通过循环水排水明渠进入大海。
3.2 数值模拟成果
不设置水锤防护措施的结果如图1、图2。
计算表明：这类低水头，大流量的循环水系统中，对工程安全运行构成威胁的不是正水锤，而是负压引起的水柱分离。两阶段关闭阀门用于减缓正水锤和消除小程度负压是有效的，但是对于高程度的负压效果不明显。其次，由于本工程为直流循环，凝汽器出口的负压主要与其到虹吸井的距离及高差有关。在正常运行时凝汽器出口已经是负压（-3m），所以断电停泵时，负压很大。该工程考虑设置快进慢排式空气阀，当管路负压大于阀门动作压力时，大气中的空气经过特制的注气阀被吸入管路内，从而防止真空的进一步升高，当回冲水流及升压波返回时，空腔体积开始缩小，排气小孔打开微量排气。腔中的空气受到一定的压缩并使回冲流速减小，起到了空气垫的作用。本工程设置2个DN200口径的阀门，进口流量系数0.35m2，出口流量系数0.0005m2，阀门开启压力 0.08～0.09MPa。
计算表明：采用空气阀作为水锤防护措施后。沿程最大压力为18m，小于正常工作压力。沿程有负压存在，但是均小于负5m，能保证循环冷却水系统管路和水泵等设备的安全。
4 结语
通过计算过程可以看出，对于火电厂直流循环水系统，由于管线压力较低，当出现停泵水锤时，仅靠液控蝶阀无法解决管线负压的问题，极易出现断流弥合水锤，必须采用水锤防护措施。
参考文献：
[1] 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，2000.
[2] 金锥，姜乃昌，汪兴华，等.停泵水锤极其防护[M].北京：中国建筑工业出版社，2004.