[发明专利]一种能有效抑制管道阀门空蚀的通气方法

说明书

本发明涉及一种抑制管道阀门空蚀的方法，属于水利工程防空化领域。针对水力式升船机中输水阀门的空化空蚀问题，提出一种能有效抑制管道阀门空蚀的通气方法：包括基本通气体型设计；通过减压模型试验获得减蚀需要的通气量；根据试验结果在阀门上游水管段设置通气孔；利用水听器验证空化发生的主频消失。本发明的优点是：1)采用环形通气措施，掺气范围广；2)阀前掺气，掺气水流通过阀门流道，被充分掺混，气泡分散得更小，掺气量均匀，可以更好地包裹在空泡周围，吸收空泡溃灭的能量。

技术领域

本发明涉及一种抑制管道阀门空蚀的方法，具体而言是一种应用于管道阀门，可解决其在高流速下发生空化空蚀而采取的环向通气方法。属于水利工程防空化领域。

背景技术

液体在常压高温(达到沸点)条件下会发生沸腾现象，析出气泡。在常温低压条件下，一旦流体内部压力低于它的饱和蒸汽压，也会析出气泡，气泡运动至高压区，在外压作用下迅速溃灭，气泡凝结破裂的同时，液体质点以很高的速度填充空穴，瞬间产生很强烈的水击作用，并以很高的冲击频率打击金属表面，冲击应力可达几百至几千个大气压，冲击频率可达每秒几万次，严重时会将流体接触面击穿，这种现象称为空化空蚀。

工程上通常用空化数σ来描述液体的空化状态，空化数是一个无量纲参数，表达式如下：

式中，P_c为液体内部的相对压力，Pa；γ为液体的比重；P_a为液体外部的大气压力，Pa；P_v为液体在环境温度下的饱和蒸气压，Pa；v为液体流速，m/s。

我们将空化即将发生还未发生时得到的空化数称为临界空化数，记作σ_i，将工作空化数与临界空化数的比值σ/σ_i称为相对空化数，相对空化数小于1时表明空化已经发生，相对空化数大于1时表明空化还未发生，相对空化数越小代表空化越剧烈。根据空化数的定义可知，输水阀门上、下游水位差越大，流速越快，空化越强烈。水力式升船机输水系统通过阀门控制流量，向竖井充泄水，驱动竖井中的浮筒式平衡重升降，从而带动船厢运行。输水阀门作为流量调节部件，相当于输水系统的咽喉，对升船机的运行速度起到控制作用，地位非常重要。对于提升高度为100m的水力式升船机，阀门的工作水头达50m以上，在阀门处会引起剧烈的空化空蚀。为了保证工作阀门不发生空化，工程上采用减小阀门开度、间歇开启的方法。但是这样的方法降低了升船机的运行效率，对于100m高的升船机，船厢上行一次，耗时近50min，不能实现升船机快速过坝的目的。提高水力式升船机运行效率的关键技术之一，就是解决阀门在输水过程的空化空蚀，这是水力式升船机设计的关键技术难点，也是目前亟待解决的问题。

防止管道工业阀门闪蒸或气蚀的发生一般有以下几种措施：

1)尽量将控制阀安装在系统的低位置处，相对提高阀后压力值。

2)提高控制阀的材质硬度、抗冲蚀性和耐磨性，可以在一定的条件下允许气蚀存在，并且不容易损坏控制阀的内件。

3)在调节阀的上游或下游安装限流孔板来改变调节阀原有的压降特性。

4)阀后通气，吸收空蚀能量。

1)和2)两种方法只能用于空蚀强度较弱的情况，且抗空蚀效果有限，此外方法2)造价比较高；方法3)增加了输水系统的阻力系数，大大降低了输水系统的过流能力；方法4)能够保护阀门下游管道，但不能保护阀门内部的空蚀破坏。

强迫掺气是工程中常用的消除空化空蚀的手段之一。但是如何将气体掺入到流体中是一个复杂的问题。因为不合适的通气方法虽然气体被通入流体，但是气体在流体中迅速合并成大气泡包团，不能发挥减蚀作用。因此现有技术的通气方法对水力式升船机中输水阀门的空化空蚀问题都无法有效解决。

发明内容