空气阀

一种用于防止瞬变过程减压波使管内产生负压的特殊阀门

空气阀是一种用于防止瞬变过程减压波使管内产生负压的特殊阀门。它通常装设在管道正常运行时动水压力较低，瞬变流动过程中，有可能产生液柱分离的高点位置。当管道内压力低于大气压时吸入空气，而当管道中压力上升高于大气压时排出空气。在排气过程中，当管内液体充满管道时阀门能够自动关闭，不允许液体泄入大气。

空气阀的功能

空气阀是管道的呼吸器，是管道安全的保障器，又称通气阀、排气阀，但它有吸气功能，故称空气阀较确切。空气阀分单排气功能的小口径空气阀，又称微量排气阀；兼有排气、进气功能的大口径空气阀，包括高速进排气空气阀、复合式空气阀等；单进气功能的空气阀，又称吸气阀、真空破坏阀。当向管道内充水时，管内的气体排出越快，充水的速度也就越快；若充水的水压过高，流速过快，空气阀迅速封球，容易产生水锤；当管道在排水过程中，若不及时通过空气阀或吸气阀（真空破坏阀）向管内吸进空气，一方面排水不畅，另一方面容易出现负压（形成真空现象）。对于常用的管材，这种负压不会造成危害。若一些管材的刚度不足，如大型薄壁钢管，容易引起管材几何形状的变形，造成漏水的故障，同时管外污水、污泥会抽吸至管内，危害供水安全。

水中通常溶有一定数量的气体，这种气体的溶解程度随水的温度和压力而变化。在输水过程中也随水流给管道带进了一些气体，这些气体混合在水流中又逐渐释放出来，积累在管内顶部，压缩过水断面，增加输水过程中额外的水头损失，因此必须及时通过空气阀排除。

工作原理

空气阀有单口空气阀和双口空气阀两种。下面以双口空气阀为例，介绍其构造及其工作原理。（如图1）

水泵起动过程中，阀体内未充满水时，阀体内的浮球因自重而下落，气孔均处于开敞状态。随着水泵起动工作扬程的升高，管道充水，空气阋可自动排除管中的空气，当阀体内开始充水时，浮球浮起。

管道及阀体内空气全部排除，阀体内充满水；若管中压力高于大气压，浮起的浮球在管中压力作用下阻塞排气孔，管中水不会排出阀外。

水泵在运行过程中，如溶于水中的空气离析出来，积蓄在空气阀阀体内，则浮球失去浮力而自动下落。若气量较少，则小孔的浮球下落进行排气；若气量较多，则大孔的浮球下落进行排气。浮球下落的落差达到管中水压顶托力与浮球重力相平衡时为止。排气完毕后，浮球恢复到是闭气孔的位置。

事故停泵后，管中压力降低形成负压时，尽管阀体内充满水，但由于阀内压力低于大气压，在大气压与管中压力之差的作用下，浮球下落，进行补气，补气过程中，首先大孔的浮球下落，当压力降低较大时，随即小孔的浮球下落。因两个浮球下落时间不同，缓冲了管道中的压力波动。

当水泵进入第二阶段制动耗能工况时，管中压力增加，水流开始倒流，处于下落状态的浮球使气孔打开，进行排气，直至空气阀门充满水，浮球浮起，关闭阀孔。关闭过程中，由于大小排气孔的压力作用不同，大孔的浮球先顶起关闭，然后再关闭小孔，延缓全闭过程，缓和水柱再弥合时的压力上升。

结构

图2中左图是我国早期采用的一种空气阀结构图。其下部有尺寸较大的浮筒，保证水位上升时能较好上抬，以减少密封面处的冒水。其活塞缸上带罩，即使有冒水也会被挡住。其上部有两套缓冲装置，其中一套为可调，另一套为逆止式，藉以防止密封面受到过大的撞击。另外还有一套加油装置，以保证阀杆与铜套间有良好的润滑。

图2中右图则是我国20世纪60年代设计的空气阀，结构简单，但有冒水较大的缺点。

图3则是最新设计，它既有结构简单的优点，又有防冒水的功能。

空气阀设计中要注意以下几点：①有足够大的浮筒，其产生的浮力应大于运动部分的重量；②阀杆应采用不锈钢制作，以防生锈卡住而影响动作灵活性；③阀门在自重作用下的开度应保证必须的补气面积；④密封面应认真研磨，关闭后不得有任何渗漏水现象。

发动机中的空气阀

空气阀是发动机启动暖机时，用来克服发动回转之摩擦力的装置，它可以给发动机提供暖机时必要的空气量。发动机温度低时，为了使发动机暖车更加顺利，将空气阀打开，让额外的空气由节气门的旁通道供给发动机。由于此时通过空气阀的空气，是从空气流量计的后方进入进气歧管的，也受到了空气流量计的检测，故这些多加入的空气量与节气门稍微打开的效果是相同的，也会使发动机转速增加，进而缩短了暖车时间。

空气阀有与节流阀体装在一起的，也有单独装在发动机上的。当发动机再启动时，为了不使怠速太高而浪费汽油，采用热容量进行控制。当空气阀热容量比发动机小时，由于空气阀比发动机冷却早，空气阀的开口面积大，通过空气阀的空气量多，发动机怠速将提高。为了防止这种现象的发生，必须使空气阀的双金属片或石蜡和发动机冷却水保持相同的温度，故而空气阀的温度检测部位是装在发动机上的。

工作原理

空气阀有两种：一种是双金属型；另一种是蜡柱型。双金属型是利用热线圈加热使双金属产生位移来驱动空气阀的。蜡柱型是利用发动机水温使蜡柱膨胀和收缩来驱动空气阀的。

构造

1.双金属型空气阀

图4给出双金属型空气阀的构造。它由双金属元件和加热线圈组成，发动机开始运行时，温度低，空气阀处于开启状态，空气经节气门的旁通道和空气阀进入进气总管。此时，虽然节气门是全闭的，但进气量较大，怠速转速高，电流流入加热线圈，使双金属元件温度升高，产生变形并慢慢地关闭阀门，从而降低发动机的转速。发动机暖机后，双金属元件不仅被线圈加热，而且还被发动机的热量加热，使阀门保持关闭，发动机处于正常怠速状态。当热机再启动时，阀门保持关闭，以免发动机怠速转速过高。

2.蜡柱型空气阀

蜡柱型空气阀装在节流阀体内，其构造（如图5）和工作原理如下：

蜡柱型空气阀依靠发动机冷却水温度的变化来控制空气阀的通路面积。控制的驱动力来源是发动机冷却水温度的变化，这种变化使蜡柱膨胀驱动阀门。蜡柱型空气阀由温度调节阀、阀门弹簧A和B组成（如图6），温度调节阀内充满了石蜡。

温度低时，温度调节阀收缩，阀门被弹簧A打开，使空气经空气阀进气总管。冷却水温度升高时，温度调节阀膨胀，弹簧B伸长，使阀门关阀。由于弹簧B比弹簧A硬，所以阀门是逐渐关闭的，使发动机的转速缓慢降低到正常怠速状态。冷却水达到80℃后，阀门总是处在关闭状态，发动机在正常怠速下运行。若发动机冷却水温高于80℃时，温度调节阀继续伸长，压缩弹簧B，使弹簧力增大，阀门将紧紧地关闭。

怠速空气阀

怠速空气阀的功用是实现发动机的冷车快怠速。在发动机冷起动的暖机过程中，怠速空气阀开启，使部分空气经怠速空气阀和旁通气道绕过节气门，直接进入节气门后的进气管内，保证冷车快怠速运转稳定。在发动机达到正常温度的过程中，这部分附加空气量随着怠速空气阀的逐渐关闭而不断减少，直至怠速空气阀完全关闭。

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