本發明專利技術一種針對錐形閥門的摻氣減蝕方法，其特征在于：包括以下步驟：1）在可移動套筒上選擇合適的摻氣位置；2）對可移動套筒的結構進行優化設計，實現穩定的摻氣條件；3）提出摻氣設施的總體布置方案；得到的自然摻氣錐形閥門,包括：套筒延長環，分散式通氣支孔，環形摻氣道，主摻氣管；套筒延長環截面為近似梯形，其貼水一面順著原套筒貼水斜面面延長，其與套筒的銜接面與套筒緊密扣接在一起；本發明專利技術的有益效果在于：（1）摻氣條件好，適應上下游壓力變幅的能力強，實現全開度自主摻氣；（2）摻氣區位于主流外側，能有效覆蓋閥后邊壁，達到保護閥后管壁免遭空蝕破壞的目的；（3）布置方式簡單，安裝難度小，可以對現有閥體進行改造性安裝，工程造價低；（4）不需要采取強迫通氣空壓機、集氣罐等設備，節省空間，降低能耗。降低能耗。
【技術實現步驟摘要】
一種有壓管道錐形閥門套筒自然摻氣的方法和裝置
[0001]本專利技術涉及一種適用于有壓管道錐形閥門的自然摻氣方法，具體是一種保護錐形閥門套筒及閥后管道邊壁不受空蝕破壞的方法和裝置。
技術介紹
[0002]閥門的空化空蝕現象在高水頭差作用下非常常見。根據空化數的定義，空化的發生與局部流速、壓力有關，流速越大、壓力越小，空化越容易發生。
[0003]閥門空化空蝕發生的原理是水流通過收縮斷面時，局部流速突增，壓強陡降，當壓力低于流體的飽和蒸氣壓時，部分液體汽化、或者液體中的微小氣核析出，空泡急速產生、擴張，空泡的形成過程稱為空化，當氣泡隨主流游移至低速高壓區時，周圍的流體質點便會以極大的速度向氣泡潰滅點沖擊，在液體中形成激波或高速微射流，微射流瞬間產生很強沖擊應力，可達幾十到幾百個大氣壓，并具有很高的沖擊頻率可達每秒幾萬次。這種集中在極小面積上的強大沖擊作用，結構本身造成破壞，這種現象稱為空蝕。
[0004]空化空蝕對閥門的危害很大，不僅會對閥門自身結構造成破壞，還會引起管路系統的振動、噪聲等一系列問題，而且在空化嚴重時會形成“氣塞”，導致水流流動困難從而降低管道流量系數；因此，閥門段空化現象一直以來都是研究和設計的焦點。
[0005]根據已有研究成果，在空化發生部位摻入空氣是常用的減蝕措施，摻氣水流中的空氣囊相當于氣墊，吸收了空泡潰滅時釋放的能量，減小振動和噪聲，保護設備免受空化剝蝕破壞。
[0006]錐形閥門流量控制具有良好的線性度，過流能力較強，可以在有壓管道中作為流量調節閥使用，但由于其抗空化性能較差，在使用中受到很多限制。
[0007]當錐形閥門在管道末端作為放空閥使用時，一般在閥門導流罩外增設一個摻氣管，見圖2，由于此時閥后壓力為大氣壓，在高速出流處可形成負壓，產生自然吸氣條件，保護閥門免受空蝕破壞。
[0008]當錐形閥門在有壓管道作為流量調節閥使用時，閥門前、后均受水壓，閥門導流罩外的摻氣管無法實現自然摻氣。對于這種用于有壓管道的錐形閥門的空化空蝕破壞還沒有特別有效的工程措施，所以錐形閥門在作為流量調節閥使用時一般僅用于水頭差較低的工程。同時為了減免有壓管道錐形閥門內部高速水流引起的空化空蝕破壞，采取了一些工程措施包括：
[0009](1)添加扇葉圈、環形導流孔板或噴孔等消能裝置來增加錐閥的消能率，閥內水流經過扇葉圈、噴孔后，會形成對沖射流，降低閥門出口射流的流速，降低閥門的初生空化數；
[0010](2)提高錐形閥結構潤濕面的抗蝕性能，采用強度更高的材料，降低空蝕破壞產生的不利影響；
[0011](3)采用高壓氣體裝置，在閥前摻入空氣，提高水流含氣量，改變閥門近壁空泡的潰滅過程，減小邊壁的空蝕破壞。
[0012](1)、(2)兩項措施對空化狀態有一定的改善效果，但是不能從根本上抑制空蝕破
壞。措施(3)在已有專利技術專利(專利號:ZL201710645306.6)提出，是一種適用于管道閥門的通用摻氣方法，即在閥前管道設置環向通氣管道，摻氣水流經過流道覆蓋空化區域，該方法雖然有較好的減蝕效果，但缺點是摻氣的位置在閥前高壓區，強迫摻氣時空壓機需要的功率非常大，如景洪水力式升船機輸水閥門就是采用改摻氣減蝕方案，由于閥前最大壓力水頭為70m水柱，因此匹配的額定充氣壓力高達0.75MPa，每次運行閥門時，匹配的空壓機都會產生巨大的能耗。
技術實現思路
[0013]本專利技術所要解決的技術問題是：提出一種針對錐形閥門的摻氣減蝕方法和裝置，使得錐形閥門在保持原有錐閥易于精確控制的特點的基礎上，同時有效抑制現有錐形閥門套筒局部及閥后管道空蝕的問題。
[0014]一種有壓管道錐形閥門套筒自然摻氣的方法包括以下步驟：
[0015]1)在可移動套筒上選擇合適的摻氣位置；
[0016]2)對可移動套筒的結構進行優化設計，實現穩定的摻氣條件；
[0017]3)提出摻氣設施的總體布置方案。
[0018]上述的步驟1)為通過數值模擬計算套筒和閥門錐體之間的水流流場特征，獲得局部負壓區；專利技術人發現負壓區隨著閥門套筒的移動而移動，始終位于套筒下口。
[0019]上述的步驟2)為對套筒的出流邊界進行延長設計，增加套筒延長環，并將套筒延長環末端倒角設計為等角螺旋線，反復計算的結果顯示，套筒延長環的末端能夠穩定形成負壓區。
[0020]上述的步驟3)沿套筒負壓區圓周方向等間距均勻布置通氣小孔，并最終連接匯入主摻氣管，延伸至邊壁外，與大氣連通；摻氣設施能夠隨套筒移動。
[0021]本專利技術的優點是：(1)摻氣條件好，適應上下游壓力變幅的能力強，容易實現全開度自主摻氣；(2)摻氣區位于主流外側，能有效覆蓋閥門套筒及閥后管道邊壁，達到保護閥后管壁免遭空蝕破壞的目的；(3)布置方式簡單，安裝難度小，工程造價低；(4)不需要采取強迫通氣空壓機、集氣罐等設備，節省空間，降低能耗。
[0022]通過本專利技術得到的裝置為：一種在有壓管道中使用的自然摻氣錐形閥門,包括：套筒延長環，分散式通氣支孔，環形摻氣道，主摻氣管。
[0023]所述的套筒延長環截面為近似梯形，其貼水一面順著原套筒貼水斜面延長，其與套筒的銜接面與套筒緊密扣接在一起；專利技術人發現，通過套筒延長環的設置，使得套筒延長環的臨水面產生顯著負壓，進而使得套筒延長環處可以獲得自然吸氣。
[0024]套筒延長環沿水流方向的長度不小于套筒全開時行程的一半；
[0025]套筒延長環末端的倒角為等角螺旋線的一部分；
[0026]在原套筒臨水面設置分散式通氣支孔，所述的分散式通氣支孔間距不少于10cm，通氣支孔的直徑范圍為1mm～3mm；
[0027]所述的分散式通氣支孔一端開放在環形摻氣道中；
[0028]所述的環形摻氣道布置在套筒和套筒延長環之間并繞套筒一周；
[0029]所述的主摻氣管分為4個分管，4個分管的一端連接在環形摻氣道上，另一端合并為一個主摻氣管，主摻氣管連接一個單向止回閥然后連通大氣；
[0030]所述的環形摻氣道截面為半圓形。
[0031]在進行摻氣運行時，空氣從主摻氣管進入，通過單向止回閥進入沿環形摻氣道均勻分布的4個分管，然后進入環形摻氣道，從環形摻氣道分散到分散式通氣支孔，再從分散式通氣支孔進入錐形閥套筒延長環和錐體之間的空間,對水體進行摻氣。
[0032]本專利技術的有益效果在于：
[0033](1)摻氣條件好，適應上下游壓力變幅的能力強，實現全開度自主摻氣；(2)摻氣區位于環形主流外側，能有效覆蓋閥后邊壁，達到保護閥后管壁免遭空蝕破壞的目的；(3)布置方式簡單，安裝難度小，可以對現有閥體進行改造性安裝，工程造價低；(4)不需要采取強迫通氣空壓機、集氣罐等設備，節省空間，降低能耗。
[0034]有壓管道錐形閥門的防空化一直是一項難題，它直接關系到工程的安全運行，本專利技術結構簡單，運行可靠，大大節約了了工程投資，提高了工程安全性，具有很好的應用前景。
[0035]除了能本文檔來自技高網...
【技術保護點】
【技術特征摘要】
1.一種針對錐形閥門的摻氣減蝕方法，其特征在于：包括以下步驟：在可移動套筒上選擇合適的摻氣位置；對可移動套筒的結構進行優化設計，實現穩定的摻氣條件；提出摻氣設施的總體布置方案；所述的步驟1）為通過數值模擬計算套筒和閥門錐體之間的水流流場特征，獲得局部負壓區；所述的步驟2）為對套筒的出流邊界進行延長設計，增加套筒延長環，并將套筒延長環末端倒角設計為等角螺旋線，反復模擬結果顯示，套筒延長環的末端能夠穩定形成負壓區；所述的步驟3）沿套筒負壓區圓周方向等間距均勻布置通氣小孔，并最終連接匯入主摻氣管，...
【專利技術屬性】
技術研發人員：李中華，薛淑，胡亞安，王新，向茂銘，嚴秀俊，李海健，許鐸，金英，
申請(專利權)人：中國能源建設集團廣西電力設計研究院有限公司，
類型：發明
國別省市：
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