CN106764224A - 一种提高工业阀门抗空蚀性能的通用方法及装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种提高普通工业阀门抗空蚀性能的通用方法，该方法适用于任何形式的工业阀门，可直接在原有阀门管道系统的基础上进行改造：本发明提出的在阀门与管道之间增设流体扩散增压段，兼具提高阀门空化数、保护阀后管道内壁、缩小空蚀范围的优点，能够有效提高工业阀门的抗空蚀性能，改造简单，投资小，检修维护方便。
Description
技术领域
本发明涉及一种提高阀门抗空蚀性能的方法，具体的说是一种适用于任何型式的标准化工业阀门，为提高其抗空蚀性能而对管道进行特殊改造的方法。
背景技术
当液体内部压力低于它的饱和蒸汽压时，便会形成气泡，此外有部分溶解在液体中的气体也会被析出而形成气泡。随后，当气泡随流体由低压区流动到高压区，气泡迅速溃灭，在溃灭瞬时产生极大的冲击力和高温，这种现象成为空蚀。
工程上一般用相对空化数衡量空蚀发生的强弱。空化数计算公式：
其中，P为流体内部控制点处的压强，pa；Pa为大气压，pa；Pv为流体的饱和蒸汽压，pa；γ为流体比重；v为控制点处的流速，m/s。
相对空化数定义为当前空化数σ与临界空化数σi的比值；空蚀发生与否的临界状态计算得到的空化数为临界空化数。因此当临界空化数大于1，表明未发生空蚀；临界空化数等于1，表明处于空蚀发生的临界状态；临界空化数若小于1，表明该位置已经发生空蚀。
高水头作用下，管道内流速大、压力低，工业阀门是管道流速的控制部件，有节流作用，此处过流截面积小，流速最高，形成低压漩涡区，因此在阀门及阀后管道极易发生空蚀。
阀门空蚀的危害主要体在三个方面：
1)空泡溃灭产生的高频冲击力作用在阀门和阀后管道内表面，造成材料剥落，直接威胁阀门安全运行；
2)空蚀现象发生时使阀门在垂直和水平方向产生剧烈的振动,造成紧固件松动，加速了管道和阀门的机械磨损；
3)空蚀现象由于气泡爆裂会产生一种类似于砂石流过阀门的噪声，严重影响造作环境；
4)空蚀作用伴随气泡的产生，形成阻塞流，影响阀门的过流能力。
若阀门的使用条件差、流速大，易发生空蚀，一般工程上采用抗空蚀能力强的多级降压阀代替普通工业阀门，其工作原理是：使控制阀的压降分为几级,每个较小的压降都保证不使缩流处压力低于液体的饱和蒸汽压力，从而消除气泡的产生，使空蚀不发生。但多级降压阀内部结构复杂，价格高昂，是普通阀门成本的数倍。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是：针对工业阀门在高流速条件下发生的空蚀现象，提出一种经济可靠的能提高阀门自身抗空蚀性能的技术方案。
本发明解决以上技术问题的技术方案是：
根据空蚀产生的机理，阀门处过流截面积最小，因此流速最大、压力最低，为空泡发生区，随后空泡被流体携带至高压区瞬间溃灭以致发生空蚀破坏，由此可推断空泡溃灭区主要集中在阀后管道内。
基于上述分析，本发明避开对阀门本身流道改造的困难，另辟蹊径，从阀后管道体型入手，对阀门后管道体型进行特殊设计和重点保护，提出一种提高工业阀门抗空蚀性能的通用方法，其特征在于：在所述工业阀门后、输水管道前，设置过流截面积大于输水管道截面积的突变或渐变结构的扩散增压段，以降低阀后流速，提高压力，保护管道内壁，从而提高阀门抗空蚀性能，缩小空化发生的区域。
本发明还提出一种提高工业阀门抗空蚀性能的装置，其特征在于所述装置为过流截面积大于输水管道截面积的突变或渐变的中空结构，其设置在工业阀门后、输水管道前。
优选地，
所述装置可以是突变结构，其进水端到出水端的过流截面积保持不变。
或者，所述装置为渐变结构，其进水端到出水端的过流截面积先逐渐扩大，再逐渐缩小。
本发明的优点是：
1)阀后出流面积的增加有利于流体充分扩散，没有原管道对流向的限制，在一定程度上降低流速的同时提高阀门后的压力，根据空化数计算公式，在同种工况下，流速降低且压力提高，空化数的值相应增加而临界空化数不变，因此相对空化的值也变大，表明阀门抗空蚀能力的提高。
2)普通管道内壁位于空泡溃灭区，见图2，扩散增压段的截面积大于原阀后管道截面积，其内壁面远离空泡溃灭区，使空蚀作用在流体内部，起到保护内壁不被破坏的作用。
在高流速管道设计中，工业阀门的空蚀问题直接影响到系统的安全运行，本发明结构简单，适用于任何形式的工业阀门，大大降低了造价，提高了工程安全性，具有很好的应用前景。
附图说明
图1是实施例一的扩散增压段布置型式与传统管道布置对比。
图2是普通工业蝶阀空泡溃灭区示意图。
图3是本发明实施例二的布置示意图。
具体实施方式
实施例一
阀门后流体扩散增压段布置型式与传统输水管体型对比见图1。
一种提高工业阀门抗空蚀性能的扩散增压段布置方法，在工业阀门1后、输水管道2前增设扩散增压段3；通过这种特殊结构降低流速提高压力，从而提高工业阀门的抗空蚀性能。
扩散增加段3采用渐变结构，其进水端与出水端可采用焊接的方式与上、下游管道对接。进水端到出水端的过流截面积先逐渐扩大至管道截面积的三倍左右，再逐渐缩小，扩散增压段长度约为五倍管径。
实施例二
如图3，本实施例的提高工业阀门抗空蚀性能的扩散增压段3采用突变结构，其进水端到出水端的过流截面积保持不变，约为输水管道截面积的三倍左右。扩散增压段长度约为五倍管径。阀后过流截面积增大后，主流能够较快地沿程扩散，降低了主流流速，同时增大工作门后压力，对提高工业阀门的抗空蚀性能有利。
根据工程实际情况的不同，本发明还可以有其它实施方案，只要在工业阀门后、输水管道前增设斜面(或曲面)渐变或直角突变，过流截面积变大的扩散增压段来起到提高工业阀门的抗空蚀性能的布置形式均在本发明要求的保护范围内。
Claims (6)
1.一种提高工业阀门抗空蚀性能的通用方法，其特征在于：在所述工业阀门（1）后、输水管道（2）前，设置过流截面积大于输水管道（2）截面积的突变或渐变结构的扩散增压段（3），以降低阀后流速，提高压力，保护管道内壁，从而提高阀门抗空蚀性能，缩小空化发生的区域。
2.如权利要求1所述提高工业阀门抗空蚀性能的通用方法，其特征在于：所述扩散增压段（3）为突变结构，其进水端到出水端的过流截面积保持不变。
3.如权利要求1所述提高工业阀门抗空蚀性能的通用方法，其特征在于：所述扩散增压段（3）为渐变结构，其进水端到出水端的过流截面积先逐渐扩大，再逐渐缩小。
4.一种提高工业阀门抗空蚀性能的装置，其特征在于所述装置为过流截面积大于输水管道（2）截面积的突变或渐变的中空结构，其设置在工业阀门（1）后、输水管道（2）前。
5.如权利要求4所述提高工业阀门抗空蚀性能的装置，其特征在于：所述装置为突变结构，其进水端到出水端的过流截面积保持不变。
6.如权利要求4所述提高工业阀门抗空蚀性能的装置，其特征在于：所述装置为渐变结构，其进水端到出水端的过流截面积先逐渐扩大，再逐渐缩小。
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