我国总体上水资源十分短缺,水资源在时间和空间上的分布也极不均匀,但居民用水权重却逐年增大,水资源短缺的局面已经成为制约我国尤其是北方城市国民经济发展的重要因素。为解决水资源分布的地域差异和供水需求日益尖锐的矛盾,通过修建跨地区、跨流域的长距离供水工程已经成为一种必然的发展趋势,其中,绝大多数为泵站输水工程。泵站加压输水的方式中输水管线容易受地形和其他建筑物的影响,往往起伏变化较大,发生停泵水锤后,在管路中会产生正、负压交替的压力波动,造成管道破坏。空气阀由于具有良好的防护负压水锤和控制管中气体体积的功能,现已成为供水系统中一项重要的管路水力组件和主流产品,但目前没有指导空气阀设计、生产和试验的统一标准,产品质量相差较大,尤其当浮球耐压等级不够造成变形破坏时,空气阀就失去防护水锤的作用。本论文结合新石煤焦化供水工程,对空气阀防护水锤的结构特性及浮球受力进行研究,主要内容如下:(1)综述国内外对空气阀防护水锤效果和浮球强度计算的研究现状,明确研究目的与意义;(2)基于不同类型空气阀的结构及水力特性,系统阐述其工作原理、选型与布置原则以及在实际供水工程中空气阀失效的原因等;(3)根据泵站稳态计算数学模型和瞬变流基本理论及特征线法推导有压输水管道水锤计算模型,结合新石煤焦化供水工程进行空气阀防护水锤水力效果分析,确定压力管道的压力分布,在此基础上对空气阀门的结构特性进行分析;(4)根据空气阀的结构尺寸图在Workbench的DM模块中创建浮球与金属阀座的三维几何模型,自定义设置材料特性参数,建立浮球上、下半球间以及与金属阀座间的接触类型,最终划分网格,完成浮球有限元模型的创建;(5)采用有限元分析软件—Ansys Workbench对空气阀浮球进行有限元静力学计算,根据浮球的实际受力条件,对有限元模型添加相对应的边界条件,对上、下半球采用相同壁厚结构的浮球在不同壁厚、水压力载荷、材料、与阀座接触角度等参数下的受力进行计算,最终目标为空气阀浮球的设计及供水系统的安全运行提供技术支持。