一种对锥形阀门进行复合掺气的方法和装置，属于水利工程高端设备制造行业。包括：选择合适的掺气位置；对可移动套筒的结构进行优化设计，实现稳定的掺气条件；布置掺气支孔和掺气主孔；布置环形掺气坎；布置掺气孔。一种复合自然掺气锥形阀门,包括：套筒延长环，分散式通气支孔，环形掺气道，主掺气管，本发明专利技术的优点是：（1）掺气条件好，适应上下游压力变幅的能力强，容易实现全开度自主掺气；（2）掺气区覆盖了主流外侧，能有效覆盖阀后边壁，同时掺气区也覆盖了阀芯一侧，同时达到保护阀后管壁和阀芯免遭空蚀破坏的目的；（3）布置方式简单，安装难度小，工程造价低，可以在已经安装好的阀体内部进行后期加装。（4）经济环保，节省空间，降低能耗，便于推广。便于推广。
【技术实现步骤摘要】
一种对锥形阀门进行复合掺气的方法和装置
[0001]本专利技术涉及一种对锥形阀门进行复合掺气的方法和装置，具体是一种保护锥形阀不受空蚀破坏的方法和装置，属于水利工程高端设备制造行业。
技术介绍
[0002]阀门的空化空蚀现象在高水头差作用下非常常见。根据空化数的定义，空化的发生与局部流速、压力有关，流速越大、压力越小，空化越容易发生。
[0003]阀门空化空蚀发生的原理是水流通过收缩断面时，局部流速突增，压强陡降，当压力低于流体的饱和蒸气压时，部分液体汽化、或者液体中的微小气核析出，空泡急速产生、扩张，空泡的形成过程称为空化，当气泡随主流游移至低速高压区时，周围的流体质点便会以极大的速度向气泡溃灭点冲击，在液体中形成激波或高速微射流，微射流瞬间产生很强冲击应力，可达几十到几百个大气压，并具有很高的冲击频率可达每秒几万次。这种集中在极小面积上的强大冲击作用，结构本身造成破坏，这种现象称为空蚀。
[0004]空化空蚀对阀门的危害很大，不仅会对阀门自身结构造成破坏，还会引起管路系统的振动、噪声等一系列问题，而且在空化严重时会形成“气塞”，导致水流流动困难从而降低管道流量系数；因此，阀门段空化现象一直以来都是研究和设计的焦点。
[0005]锥形阀门流量控制具有良好的线性度，过流能力较强，可以在有压管道中作为流量调节阀使用，但由于其抗空化性能较差，在使用中受到很多限制。由于水流绕过锥形阀以后流体与边壁发生脱离，造成固液边界发生空化，在压力陡增的情况下，就会发生空蚀破坏。所以锥形阀发生空蚀破坏的位置主要在锥形阀后部管道和锥形阀的阀芯背面。
[0006]现有的技术中的防空化措施包括：（1）添加扇叶圈、环形导流孔板或喷孔等消能装置来增加锥阀的消能率，阀内水流经过扇叶圈、喷孔后，会形成对冲射流，降低阀门出口射流的流速，降低阀门的初生空化数；（2）提高锥形阀结构润湿面的抗蚀性能，采用强度更高的材料，降低空蚀破坏产生的不利影响；（3）采用高压气体装置，在阀前掺入空气，提高水流含气量，改变阀门近壁空泡的溃灭过程，减小边壁的空蚀破坏。
[0007]但是以上方案存在以下不足：对于（1）增加消能率的方法，会使得出口流速降低，进而降低阀体的流量系数；对于（2）抗蚀材料的费用更高，会提高锥形阀的价格，抬高其使用门槛；对于（3）高压气体装置能耗很高，运行时经济环保性较差。
[0008]因此现有技术中缺乏一种可以广泛使用并且具有较高的经济环保性的锥阀空蚀保护方法，试图通过某种经济有效的手段使得锥阀的空蚀得到保护，一直时本领域技术人员追寻的目标。
技术实现思路
[0009]本专利技术所要解决的技术问题是：提出一种对锥形阀门进行复合掺气的方法和装置，使得锥形阀门在保持原有锥阀易于精确控制的特点，同时有效抑制现有锥形阀门套筒局部空蚀的问题。
[0010]一种对锥形阀门进行复合掺气的方法，包括以下步骤：在可移动套筒上选择合适的掺气位置；对可移动套筒的结构进行优化设计，实现稳定的掺气条件；布置掺气支孔和掺气主孔；在阀门锥形体阀芯过流面适当的位置上布置环形掺气坎；紧邻掺气坎下游均匀布置掺气孔；掺气坎尺寸根据管道直径设置。
[0011]上述的步骤1）为通过数值模拟计算套筒和阀门锥体之间的水流流场特征，获得局部负压区；专利技术人发现负压区随着阀门套筒的移动而移动，始终位于套筒下口。
[0012]上述的步骤2）为对套筒的出流边界进行延长设计，增加套筒延长环，并将套筒延长环末端倒角设计为等角螺旋线，反复计算的结果显示，套筒延长环的末端能够稳定形成负压区。
[0013]上述的步骤3）沿套筒负压区圆周方向等间距均匀布置通气小孔，并最终连接汇入主掺气管，延伸至边壁外，与大气连通；掺气设施能够随套筒移动。
[0014]上述步骤4）过流面适当的位置是指：对锥形阀门内的流场进行模拟，在阀门全开时，通过流场模拟得到收缩流所处的位置，阀芯掺气坎的起始位置位于收缩流起始处；由于整个阀体是中心对称的，因此掺气坎绕椎体阀芯纵轴线环向布置，实现锥体空化区全覆盖；上述步骤5）紧邻掺气坎下游均匀布置掺气孔是指掺气孔距离掺气坎的距离不超过1倍的掺气坎高度。
[0015]上述的步骤6）掺气坎的设计尺寸：掺气坎长度为阀门直径的1/4~1/6，掺气坎高度为掺气坎长度的1/10，使坎后保持稳定的空腔和满意的流态，减小掺气坎对阀门过流能力的影响，经试验验证，该布置条件下掺气坎对阀门过流能力的影响小于10%。
[0016]本专利技术的优点是：（1）掺气条件好，适应上下游压力变幅的能力强，容易实现全开度自主掺气；（2）掺气区覆盖了主流外侧，能有效覆盖阀后边壁，同时掺气区也覆盖了阀芯一侧，同时达到保护阀后管壁和阀芯免遭空蚀破坏的目的；（3）布置方式简单，安装难度小，工程造价低，可以在已经安装好的阀体内部进行后期加装。（4）经济环保，节省空间，降低能耗，便于推广。
[0017]通过本专利技术得到的装置为：一种复合自然掺气锥形阀门,包括：套筒延长环，分散式通气支孔，环形掺气道，主掺气管，并且在锥形阀门的阀芯上设置掺气坎；上述的套筒延长环截面为近似梯形，其贴水一面顺着原套筒贴水斜面面延长，其与套筒的衔接面与套筒紧密扣接在一起；专利技术人发现，通过套筒延长环的设置，使得套筒延长环的临水面产生显著负压，进而使得套筒延长环处可以获得自然吸气。
[0018]套筒延长环沿水流方向的长度为锥形阀沿水流方向长度的1.13倍；套筒延长环末端的倒角为等角螺旋线的一部分；在原套筒临水面设置分散式通气支孔，所述的分散式通气支孔不少于32个，通气
支孔的直径范围为1mm到管道直径的1/10；所述的分散式通气支孔一端开放在环形掺气道中；所述的环形掺气道布置在套筒和套筒延长环之间并绕套筒一周；所述的主掺气管分为4个分管，4个分管的一端连接在环形掺气道上，另一端合并为一个主掺气管，主掺气管连接一个单向止回阀然后连通大气；所述的环形掺气道截面为圆角矩形。
[0019]在进行掺气运行时，空气从主掺气管进入，通过单向止回阀进入4个分管，然后进入环形掺气道，从环形掺气道分散道分散式通气支孔，再从分散式通气支孔进入锥形阀套筒延长环和锥体之间的空间,对水体进行掺气。
[0020]上述的掺气坎长度为阀门标称直径的1/5；上述的掺气坎高度为掺气坎长度的1/10；上述的掺气坎在纵剖面上是楔形；在紧邻掺气坎下游均匀布置掺气孔，掺气孔直径范围为：大于等于阀门标称直径的1/200小于5mm。
[0021]掺气孔在阀芯内部连同，并通过一根主掺气管延伸至阀门外与大气连通。
[0022]（1）掺气条件好，适应上下游压力变幅的能力强，容易实现全开度自主掺气；（2）掺气区位于主流外侧，能有效覆盖阀后边壁，达到保护阀后管壁免遭空蚀破坏的目的；（3）布置方式简单，安装难度小，工程造价低；（4）不需要采取强迫通气空压机、集气罐等设备，节省空间，降低能耗。
[0023]锥形阀门的防空化设计一直是一项难题，它直接关系到工程的安全运行，本专利技术结构简单，运行可靠，大大节约了了本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种对锥形阀门进行复合掺气的方法，包括以下步骤：在可移动套筒上选择合适的掺气位置；对可移动套筒的结构进行优化设计，实现稳定的掺气条件；布置掺气支孔和掺气主孔；在阀门锥形体阀芯过流面适当的位置上布置环形掺气坎；紧邻掺气坎下游均匀布置掺气孔；掺气坎尺寸根据管道直径设置；上述的步骤1）为通过数值模拟计算套筒和阀门锥体之间的水流流场特征，获得局部负压区；上述的步骤2）为对套筒的出流边界进行延长设计，增加套筒延长环，并将套筒延长环末端倒角设计为等角螺旋线；上述的步骤3）沿套筒负压区圆周方向等间距均匀布置通气小孔，并最终连接汇入主掺气管，延伸至边壁外，与大气连通；上述步骤4）过流面适当的位置是指：对锥形阀门内的流场进行模拟，在阀门全开时，通过流场模拟得到收缩流所处的位置，阀芯掺气坎的起始位置位于收缩流起始处；上述步骤5）紧邻掺气坎下游均匀布置掺气孔是指掺气孔距离掺气坎的距离不超过1倍的掺气坎高度；上述的步骤6）掺气坎的设计尺寸：掺气坎长度为阀门直径的1/4~1/6，掺气坎高度为掺气坎长度的1/10。2.一种复合自然掺气锥形阀门,其特征...
【专利技术属性】
技术研发人员：李中华，薛淑，胡亚安，招滨，潘赞文，李桂生，安建峰，王新，李军，李广德，
申请(专利权)人：中国能源建设集团广西电力设计研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：
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