空氣閥

空氣閥是一種用於防止瞬變過程減壓波使管內產生負壓的特殊閥門。它通常裝設在管道正常運行時動水壓力較低，瞬變流動過程中，有可能產生液柱分離的高點位置。當管道內壓力低於大氣壓時吸入空氣，而當管道中壓力上升高於大氣壓時排出空氣。在排氣過程中，當管內液體充滿管道時閥門能夠自動關閉，不允許液體泄入大氣。

基本介紹

• 中文名：空氣閥
• 外文名：Air Valve
• 別稱：排氣閥、通氣閥
• 作用：防止瞬變過程管內產生負壓
• 性質：工業設備
• 類型：閥門

空氣閥的功能

空氣閥是管道的呼吸器，是管道安全的保障器，又稱通氣閥、排氣閥，但它有吸氣功能，故稱空氣閥較確切。空氣閥分單排氣功能的小口徑空氣閥，又稱微量排氣閥；兼有排氣、進氣功能的大口徑空氣閥，包括高速進排氣空氣閥、複合式空氣閥等；單進氣功能的空氣閥，又稱吸氣閥、真空破壞閥。當向管道內充水時，管內的氣體排出越快，充水的速度也就越快；若充水的水壓過高，流速過快，空氣閥迅速封球，容易產生水錘；當管道在排水過程中，若不及時通過空氣閥或吸氣閥（真空破壞閥）向管內吸進空氣，一方面排水不暢，另一方面容易出現負壓（形成真空現象）。對於常用的管材，這種負壓不會造成危害。若一些管材的剛度不足，如大型薄壁鋼管，容易引起管材幾何形狀的變形，造成漏水的故障，同時管外污水、污泥會抽吸至管內，危害供水安全。

水中通常溶有一定數量的氣體，這種氣體的溶解程度隨水的溫度和壓力而變化。在輸水過程中也隨水流給管道帶進了一些氣體，這些氣體混合在水流中又逐漸釋放出來，積累在管內頂部，壓縮過水斷面，增加輸水過程中額外的水頭損失，因此必須及時通過空氣閥排除。

工作原理

空氣閥有單口空氣閥和雙口空氣閥兩種。下面以雙口空氣閥為例，介紹其構造及其工作原理。（如右圖）

空氣閥

水泵起動過程中，閥體內未充滿水時，閥體內的浮球因自重而下落，氣孔均處於開敞狀態。隨著水泵起動工作揚程的升高，管道充水，空氣鬩可自動排除管中的空氣，當閥體內開始充水時，浮球浮起。

管道及閥體內空氣全部排除，閥體內充滿水；若管中壓力高於大氣壓，浮起的浮球在管中壓力作用下阻塞排氣孔，管中水不會排出閥外。

水泵在運行過程中，如溶於水中的空氣離析出來，積蓄在空氣閥閥體內，則浮球失去浮力而自動下落。若氣量較少，則小孔的浮球下落進行排氣；若氣量較多，則大孔的浮球下落進行排氣。浮球下落的落差達到管中水壓頂托力與浮球重力相平衡時為止。排氣完畢後，浮球恢復到是閉氣孔的位置。

事故停泵後，管中壓力降低形成負壓時，儘管閥體內充滿水，但由於閥內壓力低於大氣壓，在大氣壓與管中壓力之差的作用下，浮球下落，進行補氣，補氣過程中，首先大孔的浮球下落，當壓力降低較大時，隨即小孔的浮球下落。因兩個浮球下落時間不同，緩衝了管道中的壓力波動。

當水泵進入第二階段制動耗能工況時，管中壓力增加，水流開始倒流，處於下落狀態的浮球使氣孔打開，進行排氣，直至空氣閥門充滿水，浮球浮起，關閉閥孔。關閉過程中，由於大小排氣孔的壓力作用不同，大孔的浮球先頂起關閉，然後再關閉小孔，延緩全閉過程，緩和水柱再彌合時的壓力上升。

結構

下面左圖是我國早期採用的一種空氣閥結構圖。其下部有尺寸較大的浮筒，保證水位上升時能較好上抬，以減少密封面處的冒水。其活塞缸上帶罩，即使有冒水也會被擋住。其上部有兩套緩衝裝置，其中一套為可調，另一套為逆止式，藉以防止密封面受到過大的撞擊。另外還有一套加油裝置，以保證閥桿與銅套間有良好的潤滑。

下面右圖則是我國20世紀60年代設計的空氣閥，結構簡單，但有冒水較大的缺點。

下圖則是最新設計，它既有結構簡單的優點，又有防冒水的功能。

空氣閥設計中要注意以下幾點：①有足夠大的浮筒，其產生的浮力應大於運動部分的重量；②閥桿應採用不鏽鋼製作，以防生鏽卡住而影響動作靈活性；③閥門在自重作用下的開度應保證必須的補氣面積；④密封面應認真研磨，關閉後不得有任何滲漏水現象。

發動機中的空氣閥

空氣閥是發動機啟動暖機時，用來克服發動迴轉之摩擦力的裝置，它可以給發動機提供暖機時必要的空氣量。發動機溫度低時，為了使發動機暖車更加順利，將空氣閥打開，讓額外的空氣由節氣門的旁通道供給發動機。由於此時通過空氣閥的空氣，是從空氣流量計的後方進入進氣歧管的，也受到了空氣流量計的檢測，故這些多加入的空氣量與節氣門稍微打開的效果是相同的，也會使發動機轉速增加，進而縮短了暖車時間。

空氣閥有與節流閥體裝在一起的，也有單獨裝在發動機上的。當發動機再啟動時，為了不使怠速太高而浪費汽油，採用熱容量進行控制。當空氣閥熱容量比發動機小時，由於空氣閥比發動機冷卻早，空氣閥的開口面積大，通過空氣閥的空氣量多，發動機怠速將提高。為了防止這種現象的發生，必須使空氣閥的雙金屬片或石蠟和發動機冷卻水保持相同的溫度，故而空氣閥的溫度檢測部位是裝在發動機上的。

工作原理

空氣閥有兩種：一種是雙金屬型；另一種是蠟柱型。雙金屬型是利用熱線圈加熱使雙金屬產生位移來驅動空氣閥的。蠟柱型是利用發動機水溫使蠟柱膨脹和收縮來驅動空氣閥的。

構造

1.雙金屬型空氣閥

雙金屬型空氣閥和構造圖

上圖給出雙金屬型空氣閥的構造。它由雙金屬元件和加熱線圈組成，發動機開始運行時，溫度低，空氣閥處於開啟狀態，空氣經節氣門的旁通道和空氣閥進入進氣總管。此時，雖然節氣門是全閉的，但進氣量較大，怠速轉速高，電流流入加熱線圈，使雙金屬元件溫度升高，產生變形並慢慢地關閉閥門，從而降低發動機的轉速。發動機暖機後，雙金屬元件不僅被線圈加熱，而且還被發動機的熱量加熱，使閥門保持關閉，發動機處於正常怠速狀態。當熱機再啟動時，閥門保持關閉，以免發動機怠速轉速過高。

2.蠟柱型空氣閥

蠟柱型空氣閥裝在節流閥體內，其構造（如下圖）和工作原理如下：

蠟柱型空氣閥依靠發動機冷卻水溫度的變化來控制空氣閥的通路面積。控制的驅動力來源是發動機冷卻水溫度的變化，這種變化使蠟柱膨脹驅動閥門。蠟柱型空氣閥由溫度調節閥、閥門彈簧A和B組成（如下圖），溫度調節閥內充滿了石蠟。

蠟柱型空氣閥與節氣門一起時的構造

溫度低時，溫度調節閥收縮，閥門被彈簧A打開，使空氣經空氣閥進氣總管。冷卻水溫度升高時，溫度調節閥膨脹，彈簧B伸長，使閥門關閥。由於彈簧B比彈簧A硬，所以閥門是逐漸關閉的，使發動機的轉速緩慢降低到正常怠速狀態。冷卻水達到80℃後，閥門總是處在關閉狀態，發動機在正常怠速下運行。若發動機冷卻水溫高於80℃時，溫度調節閥繼續伸長，壓縮彈簧B，使彈簧力增大，閥門將緊緊地關閉。

怠速空氣閥

怠速空氣閥的功用是實現發動機的冷車快怠速。在發動機冷起動的暖機過程中，怠速空氣閥開啟，使部分空氣經怠速空氣閥和旁通氣道繞過節氣門，直接進入節氣門後的進氣管內，保證冷車快怠速運轉穩定。在發動機達到正常溫度的過程中，這部分附加空氣量隨著怠速空氣閥的逐漸關閉而不斷減少，直至怠速空氣閥完全關閉。