一種提高工業閥門抗空蝕性能的通用方法及裝置與流程
本發明涉及一種提高閥門抗空蝕性能的方法，具體的說是一種適用于任何型式的標準化工業閥門，為提高其抗空蝕性能而對管道進行特殊改造的方法。
背景技術：
當液體內部壓力低于它的飽和蒸汽壓時，便會形成氣泡，此外有部分溶解在液體中的氣體也會被析出而形成氣泡。隨后，當氣泡隨流體由低壓區流動到高壓區，氣泡迅速潰滅，在潰滅瞬時產生極大的沖擊力和高溫，這種現象成為空蝕。
工程上一般用相對空化數衡量空蝕發生的強弱。空化數計算公式：
其中，P為流體內部控制點處的壓強，pa；Pa為大氣壓，pa；Pv為流體的飽和蒸汽壓，pa；γ為流體比重；v為控制點處的流速，m/s。
相對空化數定義為當前空化數σ與臨界空化數σi的比值；空蝕發生與否的臨界狀態計算得到的空化數為臨界空化數。因此當臨界空化數大于1，表明未發生空蝕；臨界空化數等于1，表明處于空蝕發生的臨界狀態；臨界空化數若小于1，表明該位置已經發生空蝕。
高水頭作用下，管道內流速大、壓力低，工業閥門是管道流速的控制部件，有節流作用，此處過流截面積小，流速最高，形成低壓漩渦區，因此在閥門及閥后管道極易發生空蝕。
閥門空蝕的危害主要體在三個方面：
1)空泡潰滅產生的高頻沖擊力作用在閥門和閥后管道內表面，造成材料剝落，直接威脅閥門安全運行；
2)空蝕現象發生時使閥門在垂直和水平方向產生劇烈的振動,造成緊固件松動，加速了管道和閥門的機械磨損；
3)空蝕現象由于氣泡爆裂會產生一種類似于砂石流過閥門的噪聲，嚴重影響造作環境；
4)空蝕作用伴隨氣泡的產生，形成阻塞流，影響閥門的過流能力。
若閥門的使用條件差、流速大，易發生空蝕，一般工程上采用抗空蝕能力強的多級降壓閥代替普通工業閥門，其工作原理是：使控制閥的壓降分為幾級,每個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，從而消除氣泡的產生，使空蝕不發生。但多級降壓閥內部結構復雜，價格高昂，是普通閥門成本的數倍。
技術實現要素：
本發明所要解決的技術問題是：針對工業閥門在高流速條件下發生的空蝕現象，提出一種經濟可靠的能提高閥門自身抗空蝕性能的技術方案。
本發明解決以上技術問題的技術方案是：
根據空蝕產生的機理，閥門處過流截面積最小，因此流速最大、壓力最低，為空泡發生區，隨后空泡被流體攜帶至高壓區瞬間潰滅以致發生空蝕破壞，由此可推斷空泡潰滅區主要集中在閥后管道內。
基于上述分析，本發明避開對閥門本身流道改造的困難，另辟蹊徑，從閥后管道體型入手，對閥門后管道體型進行特殊設計和重點保護，提出一種提高工業閥門抗空蝕性能的通用方法，其特征在于：在所述工業閥門后、輸水管道前，設置過流截面積大于輸水管道截面積的突變或漸變結構的擴散增壓段，以降低閥后流速，提高壓力，保護管道內壁，從而提高閥門抗空蝕性能，縮小空化發生的區域。
本發明還提出一種提高工業閥門抗空蝕性能的裝置，其特征在于所述裝置為過流截面積大于輸水管道截面積的突變或漸變的中空結構，其設置在工業閥門后、輸水管道前。
優選地，
所述裝置可以是突變結構，其進水端到出水端的過流截面積保持不變。
或者，所述裝置為漸變結構，其進水端到出水端的過流截面積先逐漸擴大，再逐漸縮小。
本發明的優點是：
1)閥后出流面積的增加有利于流體充分擴散，沒有原管道對流向的限制，在一定程度上降低流速的同時提高閥門后的壓力，根據空化數計算公式，在同種工況下，流速降低且壓力提高，空化數的值相應增加而臨界空化數不變，因此相對空化的值也變大，表明閥門抗空蝕能力的提高。
2)普通管道內壁位于空泡潰滅區，見圖2，擴散增壓段的截面積大于原閥后管道截面積，其內壁面遠離空泡潰滅區，使空蝕作用在流體內部，起到保護內壁不被破壞的作用。
在高流速管道設計中，工業閥門的空蝕問題直接影響到系統的安全運行，本發明結構簡單，適用于任何形式的工業閥門，大大降低了造價，提高了工程安全性，具有很好的應用前景。
附圖說明
圖1是實施例一的擴散增壓段布置型式與傳統管道布置對比。
圖2是普通工業蝶閥空泡潰滅區示意圖。
圖3是本發明實施例二的布置示意圖。
具體實施方式
實施例一
閥門后流體擴散增壓段布置型式與傳統輸水管體型對比見圖1。
一種提高工業閥門抗空蝕性能的擴散增壓段布置方法，在工業閥門1后、輸水管道2前增設擴散增壓段3；通過這種特殊結構降低流速提高壓力，從而提高工業閥門的抗空蝕性能。
擴散增加段3采用漸變結構，其進水端與出水端可采用焊接的方式與上、下游管道對接。進水端到出水端的過流截面積先逐漸擴大至管道截面積的三倍左右，再逐漸縮小，擴散增壓段長度約為五倍管徑。
實施例二
如圖3，本實施例的提高工業閥門抗空蝕性能的擴散增壓段3采用突變結構，其進水端到出水端的過流截面積保持不變，約為輸水管道截面積的三倍左右。擴散增壓段長度約為五倍管徑。閥后過流截面積增大后，主流能夠較快地沿程擴散，降低了主流流速，同時增大工作門后壓力，對提高工業閥門的抗空蝕性能有利。
根據工程實際情況的不同，本發明還可以有其它實施方案，只要在工業閥門后、輸水管道前增設斜面(或曲面)漸變或直角突變，過流截面積變大的擴散增壓段來起到提高工業閥門的抗空蝕性能的布置形式均在本發明要求的保護范圍內。
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