本發(fā)明涉及一種提高閥門抗空蝕性能的方法，具體的說(shuō)是一種適用于任何型式的標(biāo)準(zhǔn)化工業(yè)閥門，為提高其抗空蝕性能而對(duì)管道進(jìn)行特殊改造的方法。

背景技術(shù)：

當(dāng)液體內(nèi)部壓力低于它的飽和蒸汽壓時(shí)，便會(huì)形成氣泡，此外有部分溶解在液體中的氣體也會(huì)被析出而形成氣泡。隨后，當(dāng)氣泡隨流體由低壓區(qū)流動(dòng)到高壓區(qū)，氣泡迅速潰滅，在潰滅瞬時(shí)產(chǎn)生極大的沖擊力和高溫，這種現(xiàn)象成為空蝕。

工程上一般用相對(duì)空化數(shù)衡量空蝕發(fā)生的強(qiáng)弱?？栈瘮?shù)計(jì)算公式：

其中，P為流體內(nèi)部控制點(diǎn)處的壓強(qiáng)，pa；P_a為大氣壓，pa；P_v為流體的飽和蒸汽壓，pa；γ為流體比重；v為控制點(diǎn)處的流速，m/s。

相對(duì)空化數(shù)定義為當(dāng)前空化數(shù)σ與臨界空化數(shù)σ_i的比值；空蝕發(fā)生與否的臨界狀態(tài)計(jì)算得到的空化數(shù)為臨界空化數(shù)。因此當(dāng)臨界空化數(shù)大于1，表明未發(fā)生空蝕；臨界空化數(shù)等于1，表明處于空蝕發(fā)生的臨界狀態(tài)；臨界空化數(shù)若小于1，表明該位置已經(jīng)發(fā)生空蝕。

高水頭作用下，管道內(nèi)流速大、壓力低，工業(yè)閥門是管道流速的控制部件，有節(jié)流作用，此處過(guò)流截面積小，流速最高，形成低壓漩渦區(qū)，因此在閥門及閥后管道極易發(fā)生空蝕。

閥門空蝕的危害主要體在三個(gè)方面：

1)空泡潰滅產(chǎn)生的高頻沖擊力作用在閥門和閥后管道內(nèi)表面，造成材料剝落，直接威脅閥門安全運(yùn)行；

2)空蝕現(xiàn)象發(fā)生時(shí)使閥門在垂直和水平方向產(chǎn)生劇烈的振動(dòng),造成緊固件松動(dòng)，加速了管道和閥門的機(jī)械磨損；

3)空蝕現(xiàn)象由于氣泡爆裂會(huì)產(chǎn)生一種類似于砂石流過(guò)閥門的噪聲，嚴(yán)重影響造作環(huán)境；

4)空蝕作用伴隨氣泡的產(chǎn)生，形成阻塞流，影響閥門的過(guò)流能力。

若閥門的使用條件差、流速大，易發(fā)生空蝕，一般工程上采用抗空蝕能力強(qiáng)的多級(jí)降壓閥代替普通工業(yè)閥門，其工作原理是：使控制閥的壓降分為幾級(jí),每個(gè)較小的壓降都保證不使縮流處壓力低于液體的飽和蒸汽壓力，從而消除氣泡的產(chǎn)生，使空蝕不發(fā)生。但多級(jí)降壓閥內(nèi)部結(jié)構(gòu)復(fù)雜，價(jià)格高昂，是普通閥門成本的數(shù)倍。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是：針對(duì)工業(yè)閥門在高流速條件下發(fā)生的空蝕現(xiàn)象，提出一種經(jīng)濟(jì)可靠的能提高閥門自身抗空蝕性能的技術(shù)方案。

本發(fā)明解決以上技術(shù)問(wèn)題的技術(shù)方案是：

根據(jù)空蝕產(chǎn)生的機(jī)理，閥門處過(guò)流截面積最小，因此流速最大、壓力最低，為空泡發(fā)生區(qū)，隨后空泡被流體攜帶至高壓區(qū)瞬間潰滅以致發(fā)生空蝕破壞，由此可推斷空泡潰滅區(qū)主要集中在閥后管道內(nèi)。

基于上述分析，本發(fā)明避開對(duì)閥門本身流道改造的困難，另辟蹊徑，從閥后管道體型入手，對(duì)閥門后管道體型進(jìn)行特殊設(shè)計(jì)和重點(diǎn)保護(hù)，提出一種提高工業(yè)閥門抗空蝕性能的通用方法，其特征在于：在所述工業(yè)閥門后、輸水管道前，設(shè)置過(guò)流截面積大于輸水管道截面積的突變或漸變結(jié)構(gòu)的擴(kuò)散增壓段，以降低閥后流速，提高壓力，保護(hù)管道內(nèi)壁，從而提高閥門抗空蝕性能，縮小空化發(fā)生的區(qū)域。

本發(fā)明還提出一種提高工業(yè)閥門抗空蝕性能的裝置，其特征在于所述裝置為過(guò)流截面積大于輸水管道截面積的突變或漸變的中空結(jié)構(gòu)，其設(shè)置在工業(yè)閥門后、輸水管道前。

優(yōu)選地，

所述裝置可以是突變結(jié)構(gòu)，其進(jìn)水端到出水端的過(guò)流截面積保持不變。

或者，所述裝置為漸變結(jié)構(gòu)，其進(jìn)水端到出水端的過(guò)流截面積先逐漸擴(kuò)大，再逐漸縮小。

本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是：

1)閥后出流面積的增加有利于流體充分?jǐn)U散，沒有原管道對(duì)流向的限制，在一定程度上降低流速的同時(shí)提高閥門后的壓力，根據(jù)空化數(shù)計(jì)算公式，在同種工況下，流速降低且壓力提高，空化數(shù)的值相應(yīng)增加而臨界空化數(shù)不變，因此相對(duì)空化的值也變大，表明閥門抗空蝕能力的提高。

2)普通管道內(nèi)壁位于空泡潰滅區(qū)，見圖2，擴(kuò)散增壓段的截面積大于原閥后管道截面積，其內(nèi)壁面遠(yuǎn)離空泡潰滅區(qū)，使空蝕作用在流體內(nèi)部，起到保護(hù)內(nèi)壁不被破壞的作用。

在高流速管道設(shè)計(jì)中，工業(yè)閥門的空蝕問(wèn)題直接影響到系統(tǒng)的安全運(yùn)行，本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，適用于任何形式的工業(yè)閥門，大大降低了造價(jià)，提高了工程安全性，具有很好的應(yīng)用前景。

附圖說(shuō)明

圖1是實(shí)施例一的擴(kuò)散增壓段布置型式與傳統(tǒng)管道布置對(duì)比。

圖2是普通工業(yè)蝶閥空泡潰滅區(qū)示意圖。

圖3是本發(fā)明實(shí)施例二的布置示意圖。

具體實(shí)施方式

實(shí)施例一

閥門后流體擴(kuò)散增壓段布置型式與傳統(tǒng)輸水管體型對(duì)比見圖1。

一種提高工業(yè)閥門抗空蝕性能的擴(kuò)散增壓段布置方法，在工業(yè)閥門1后、輸水管道2前增設(shè)擴(kuò)散增壓段3；通過(guò)這種特殊結(jié)構(gòu)降低流速提高壓力，從而提高工業(yè)閥門的抗空蝕性能。

擴(kuò)散增加段3采用漸變結(jié)構(gòu)，其進(jìn)水端與出水端可采用焊接的方式與上、下游管道對(duì)接。進(jìn)水端到出水端的過(guò)流截面積先逐漸擴(kuò)大至管道截面積的三倍左右，再逐漸縮小，擴(kuò)散增壓段長(zhǎng)度約為五倍管徑。

實(shí)施例二

如圖3，本實(shí)施例的提高工業(yè)閥門抗空蝕性能的擴(kuò)散增壓段3采用突變結(jié)構(gòu)，其進(jìn)水端到出水端的過(guò)流截面積保持不變，約為輸水管道截面積的三倍左右。擴(kuò)散增壓段長(zhǎng)度約為五倍管徑。閥后過(guò)流截面積增大后，主流能夠較快地沿程擴(kuò)散，降低了主流流速，同時(shí)增大工作門后壓力，對(duì)提高工業(yè)閥門的抗空蝕性能有利。

根據(jù)工程實(shí)際情況的不同，本發(fā)明還可以有其它實(shí)施方案，只要在工業(yè)閥門后、輸水管道前增設(shè)斜面(或曲面)漸變或直角突變，過(guò)流截面積變大的擴(kuò)散增壓段來(lái)起到提高工業(yè)閥門的抗空蝕性能的布置形式均在本發(fā)明要求的保護(hù)范圍內(nèi)。