Аэрационная арматура

Аэрационная арматура служит для выпуска из водоводов воздуха, скапливающегося в повышенных точках трубопровода в процессе эксплуатации, и из участков водоводов при их заполнении водой. В их функции также может входить впуск воздуха в местах разрывов сплошности потока, возникающих при переходных режимах, и в тру­бопровод при плановом или аварийном опорожнении его. К аэрационной арматуре относятся вантузы и клапаны для впуска, выпуска и защемления воздуха.

Вантузы служат для автоматического удаления воздуха из наивыс­ших точек работающего трубопровода и впуска в него воздуха при образовании в нем вакуума (вследствие быстрого опорожнения тру­бопровода или по причине гидравлического удара),

Прежде чем рассмотреть конструктивные элементы и описать принцип работы вантузов, необходимо определить пути проникно­вения воздуха в трубопроводные системы и оценить последствия его влияния на систему подачи воды,

Воздух всегда присутствует в трубопроводах. Главными причи­нами его наличия являются: первоначальное наполнение трубопро­водной системы жидкостью после строительства, что провоцирует неизбежное присутствие некоторого количества остающегося в тру­бопроводе воздуха; растворение воздуха в транспортируемой жид­кости при снижении давления или повышении температуры (в воде может находиться до 10% воздуха от общего объема воды); проник­новение воздуха через оборудование и арматуру (молекула воздуха в 16 раз меньше молекулы воды).

В процессе работы трубопроводной системы содержащийся в жидкости воздух выделяется и аккумулируется в высоких точках.

Интенсивность процесса отделения воздуха от жидкости зависит от различных факторов: давления, температуры, скорости течения и т.д. Скопление большого количества воздуха приводит к образованию своеобразных воздушных мешков в высоких точках трубопровода, т.е. в наивысших геодезических отметках по профилю.

Это обстоятельство может привести к множеству негативных явле­ний: значительному сокращению пропускной способности трубо­проводов; резкому возрастанию потерь напора; увеличению потреб­ления электроэнергии (за счет необходимости компенсации потерь воды и подачи ее расчетного количества потребителю); ускорению коррозии стенок трубопровода и износу вращающихся элементов арматуры и насосов; гидравлическому удару и усилению явлений кавитации; способствующих снижению долговечности трубопровод­ной системы. В частности, работы, проведенные в ОАО «Мосводо­канал», показали, что наличие вантузов позволяет сэкономить до 10% затрат на электроэнергию.

Чрезмерное увеличение воздушных мешков может привести к двум различным результатам:

1. частичному или полному прекращению течения жидкости, т.е. образованию воздушной пробки, препятствующей продвижению жидкости по трубопроводу (за счет давления воздуха в пробке, превышающего давление, создаваемое насосом);
2. увеличению скорости течения жидкости и возможному отде­лению от стенок трубы всего мешка или его части, что приводит к движению большого воздушного пузыря по течению.

Иллюстрация скопления воздуха (а) в трубопроводе, увеличения воздушного мешка (б), отрыва и транспортировки части воздушного мешка (в) по течению

.

.

.

.

.

.

Транспортировка воздушного пузыря потоком жидкости может привести к тому, что он достигнет следующей высокой точки на тру­бопроводе, что вызовет значительное снижение скорости течения и приведет к волновому эффекту с резким повышением давления, т.е. гидравлическому удару. Результатом этого явления могут быть серьезные повреждения арматуры и даже разрывы на отдельных участках трубопроводов.

Таким образом, удаление воздуха из трубопроводной системы не­обходимо и способствует повышению эффективности ее работы, снижению себестоимости эксплуатации и предотвращению возник­новения серьезных проблем.

В то же время нельзя допускать появления вакуума в трубопро­воде. Например, при его быстром опорожнении или гидравлическом ударе (в момент амплитуды низких давлений, близких к вакууму) возникающее разряжение на участке трубопровода может способ­ствовать прогибу его стенки, особенно в случаях утонения стенки в результате сплошной или язвенной коррозии. Таким образом, задача вантуза состоит в автоматическом пропуске воздуха в трубопровод­ную сеть при нестандартной ситуации.

Используемые для удаления из трубопроводов и подачи в него воздуха вантузы состоят из цилиндрического чугунного корпуса, в котором располагаются плавучий шар (поплавок), изготовляемый из стекла (полимерных материалов) или металла, и клапан выпуска воздуха. Вантузы могут иметь один или два плавучих шара.

Выпуск воздуха из трубопроводной системы производится авто­матически в течение всего времени ее работы. Воздух, скапливаясь в верхней части корпуса вантуза над поплавком и вытесняя воду, спо­собствует опусканию поплавка вниз под действием собственного веса. Опускаясь, поплавок открывает клапан выпуска воздуха, через который воздух выбрасывается в атмосферу, а на его место тут же поступает вода из трубопровода. Вода поднимает поплавок, который снова закрывает клапан выпуска воздуха.

При последующем скоп­лении воздуха цикл повторяется. Впуск воздуха при вакууме произ­водится обратным путем.

На сегодняшний день на сетях Московского водопровода уста­новлено значительное количество вантузов отечественного произ­водства ОАО «Завод Водоприбор», например вантузы ВМТ диаметром условного прохода 50 и 100 мм и вантузы ВП 6 диаметром 50 и 100 мм. На рисунке нижде представлен чертеж вантуза ВП 6 100 с основ­ными размерами.

В таблице ниже приведены основные технические данные вантуза ВМТ 100, изготовленного из чугуна марки СЧ18.

Технические данные вантуза ВМТ100

Параметр	Тип ВТМ 100
Условный проход патрубка, мм	100
Диаметр впускного отверстия, мм	5
Количество выпускных отверстий, шт.	2
Наибольшее рабочее давление, МПа	1
Габаритные размеры, мм:
длина	460
ширина	250
высота	320
Масса, кг	65,5

Весомым преимуществом вантузов является то, что для осуще­ствления технического обслуживания перечисленных выше устройств достаточно участие только одного рабочего.Технические характеристики чугунных вантузов ВП 6 (100 мм) и ВП 6 (50 мм) с элементами из полиэтилена представлены в таблице ниже.

Корпус вантуза изготовлен из чугуна, а элементы из алюминия, нержавеющей стали и антикоррозионных пластиковых материалов. Диапазон рабочих давлений вантуза составляет 0,1-1,6 МПа, для установки на трубопроводы используются резьбовые соединения (при диаметре 50 мм) и фланцевые (при диаметре 80 и 100 мм). Ван­тузы выпускаются в виде различных модификаций длины установки: от 500 до 2440 мм при максимальной массе 16,3 кг. Автоматический сброс воздуха происходит со скоростью до 160 м³/ч.

Технические данные вантузов ВП б (100 мм) и ВП б (50 мм)

Параметр	Тип вантуза
	ВП6(100 мм)	ВП6(50 мм)
Рабочее положение	Вертикальное	Вертикальное
Условное давление, МПа	1	1
Рабочее давление, МПа	1	1
Пробное давление, МПа	1,5	1,6
Температура окружающего воздуха, °С	Or плюс 5 до плюс 50	от минус 15 до плюс 50
Температура транспортируемой среды, °С	От плюс 5 до плюс 50	от плюс 5 до плюс 50
Масса, кг	37	28
Срок службы, лет, не менее	12	12

Клапан для впуска и защемления воздуха (КВЗВ) предназначен для автоматического впуска воздуха в водовод при образовании в нем вакуума. Он применяется для предотвращения гидравлических уда­ров, начинающихся с волны понижения давления, для защиты тон­костенных труб от деформации в момент возникновения вакуума при переходных режимах, для впуска воздуха при опорожнении водово­дов. КВЗВ выпускаются D_y = 50 и 150 мм на максимальную подачу воздуха 0,04-0,045 м³/с. КВВВ и КВЗВ рассчитаны на давление 1,6 МПа. Материал клапанов — сталь, чугун. Места их установки определяют расчетами переходных процессов в трубопроводах.

С целью опорожнения трубопроводов в пониженных точках каж­дого ремонтного участка, а также в местах, принятых для промывки трубопроводов перед сдачей в эксплуатацию по окончанию строи­тельства или после ремонта, устанавливают выпуски. Выпуск пред­ставляет собой короткую трубу с задвижкой, примыкающую к ниж­ней части сечения водовода. На чугунных водоводах применяют стандартные выпуски; на стальных — выпуск приваривают к трубе.

Через выпуск вода удаляется в водосток, овраг или канаву, а если это невозможно, то в месте расположения выпусков предусматри­вают колодцы, из которых воду откачивают насосом. Диаметр вы­пусков назначают из условия опорожнения обслуживаемых ими участков водоводов или сетей в течение не более двух часов.

В качестве резюме следует отметить, что в настоящее время на сетях одного из ведущих предприятий — ОАО «Мосводоканал» уста­новлены свыше 120 тыс. единиц различных видов запорнорегулирующей, предохранительной и другой арматуры на трубопроводах диаметром от 50 до 1400 мм. В качестве производителей арматуры можно выделить отечественные (ОАО «Завод “Водоприбор»» и ОАО «Гидрозатвор»), а также зарубежные фирмы (австрийская HAWLE, датская A VK и французская PONT-A-MOUSSON).