一种扩散式消能器的制作方法

1.本发明涉及管道阀门技术领域，具体涉及一种扩散式消能器。


背景技术：

2.管道消能作为保证管道自身和下游建筑物安全的重要措施，近年来受到人们的格外关注，引起了许多学者的大量研究，并在水利工程和工农业建筑工程方面如长距离输水管道系统、电站和泵站的供排水管道系统、农业灌溉管道供水系统等得到了应用。管道消能具有成本较低、对水质无污染、占地少或不占地等优点，因此具有广阔的应用前景。
3.管道消能装置是管道输水系统中的关键部件，其工作状态的好坏直接影响管道输水系统的输水效果、成本和使用寿命，因而，管道消能装置的研究开发具有现实的使用价值和实用价值，受到了研究开发人员广泛重视。
4.尤其在压力输水管道的分水口和管线末端，由于压力较高，正常出流时流速很高，极易对外界造成较大的破坏力，不能满足设备使用及安全要求。因此，需提供一种用于安装在管道末端的消能装置，以克服上述管道出口高流速所带来的冲击及气蚀危害。


技术实现要素：

5.针对现有技术中存在的不足，本发明的目的在于提供一种扩散式消能器。能够对管道出口高速水流起到消能作用，提高安全性，满足使用要求。本设备可以与阀门配套使用或单独使用。
6.为解决上述技术问题，本发明通过下述技术方案实现：
7.一种扩散式消能器，包括：
8.导流罩；
9.消能器本体，其与导流罩进口端密封连接，消能器本体上设置有连通导流罩和消能器本体的若干喷孔，消能器本体能够拦蓄水流并通过喷孔向外喷射形成高速喷射流；以及
10.消能网，其设置于导流罩内，用于承接来自至少部分喷孔的喷射流。
11.优选的，消能器本体包括沿水流方向依次密封连接的连接段、扩散消能段和封堵段；扩散消能段为锥形结构，其锥面与水流方向夹角为钝角；喷孔设置于扩散消能段的锥面上。
12.优选的，导流罩上设置有与外界相通的若干通孔。
13.进一步优选的，各通孔总面积至少为各喷孔总面积的1倍以上。
14.进一步优选的，导流罩包括沿水流方向依次密封连接的第一导流段和第二导流段，第一导流段进口端与扩散消能段密封连接并将各喷孔均罩设于导流罩内，通孔设置于第一导流段上。
15.再进一步优选的，第一导流段为锥形结构，其锥面与水流方向夹角为锐角、与扩散消能段锥面夹角为90-120
°
。
16.优选的，消能网为横截面呈锥形的筒状结构，其与水流方向夹角为钝角。
17.优选的，消能器本体进口端直径为导流罩出口端直径的140-250％。
18.优选的，喷孔喷射方向与过喷孔作垂直于喷孔所在切面的法线重合，喷孔在喷射方向上的投影面积至少有60％能够覆盖在消能网上。
19.进一步优选的，扩散消能段中心夹角为40-90
°
，消能网中心夹角为10-60
°
，且消能网中心夹角应小于扩散消能段中心夹角。
20.本发明与现有技术相比，具有以下优点及有益效果：
21.1、本发明消能器本体采用锥形扩散消能段和封堵段，锥形扩散消能段逐步减少水体的过流面积，并在封堵段的配合下能够迅速形成高压液体，有利于在喷孔处形成高速喷射流，高速喷射流能够打到消能网和导流罩上，达到消能效果。
22.2、本发明导流罩的锥形第一导流段上设置有通孔，高速喷射流会导致在第一导流段附近形成负压，将导流罩外部介质从通孔吸入导流罩内侧，与高速喷射流形成混合流，混合流向前运动，一部分打在消能网上，一部分打在导流罩上，还有一部分被消能网反弹后，经过消能网处充分混合后喷出导流罩，达到最佳消能效果。
23.3、本发明消能器可适合于较大的压力差，压差在0.05mpa至1mpa之间较为合适，同时也适用于比较恶劣的气蚀条件。
附图说明
24.图1是本发明消能器的横截面结构示意图；
25.图2是本发明消能器的消能器本体结构示意图；
26.图3是本发明消能器的各部位中心夹角标注示意图；
27.图4是本发明消能器的原理示意图。
28.附图标记：1、消能器本体；11、连接段；12、扩散消能段；13、封堵段；121、喷孔；2、导流罩；21、第一导流段；22、第二导流段；211、通孔；3、消能网；4、连接筋。
具体实施方式
29.为了使本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合具体实施例对本发明的优选实施方案进行描述，但是应当理解，附图仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制；为了更好说明本实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；对于本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。附图中描述位置关系仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制。
30.如图1所示，本发明提供一种扩散式消能器，包括：消能器本体1、导流罩2和消能网3。其中，消能器本体1与导流罩2进口端密封连接，消能器本体1上设置有连通导流罩2和消能器本体1的若干喷孔121，消能器本体1能够拦蓄水流并通过喷孔121向外喷射形成高速喷射流；消能网3设置于导流罩2内，其用于承接来自至少部分喷孔121的喷射流。
31.如图2所示，消能器本体1包括沿水流方向依次密封连接的连接段11、扩散消能段12和封堵段13。其中，连接段11上具有法兰，用于与管道末端连接；扩散消能段12为锥形结构，其锥面与水流方向夹角为钝角，这样使得过流面积从左向右依次减小，在封堵段13的配合下可以迅速在腔体内形成高压水流，这样既可以使水流在腔体内混合消能又有利于在喷
孔121处形成高速喷射流；喷孔121中心对称布置于扩散消能段12的锥面上，将水流喷射到后方，形成扩散消能状态。扩散消能段12优选采用不锈钢材质。封堵段13为工艺段，可以采用封头或平板型式。
32.导流罩2包括沿水流方向依次密封连接的锥形第一导流段21和圆柱形第二导流段22，第一导流段21与第二导流段22、连接段11和扩散消能段12之间分别通过连接筋4进行加固，第一导流段21进口端与扩散消能段12密封连接并将各喷孔121均罩设于导流罩2内，通孔211设置于第一导流段21上。高速喷射流会导致在第一导流段21附近形成负压，将导流罩2外部介质从通孔211吸入导流罩2内侧，与高速喷射流形成混合流，混合流向前运动，一部分打在消能网3上，一部分打在导流罩2上，还有一部分被消能网3反弹后，经过消能网3处充分混合后喷出导流罩2，达到最佳消能效果。
33.第一导流段21为锥形结构，其锥面与水流方向夹角为锐角、与扩散消能段12锥面夹角为90-120
°
。锥面与水流方向夹角的大小会影响锥面上布置的小孔形成的喷射流形状，该喷射流与轴线的夹角(应与锥面与水流方向夹角互余)越大，则扩散速度越快，也即经过小孔后的消能效果越好。因此锥面与水流方向夹角越小，则消能效果越好，夹角越大，消能效果越差。
34.各通孔211总面积至少为各喷孔121总面积的1倍以上。因为通孔与喷孔所处的面为垂直关系，因此喷孔处喷射出的高速水流，会在通孔内侧形成负压效应。负压会从通孔吸入空气(或水流)，与喷射流混合，辅助消能。而吸入空气(或水流)的流量，则取决于喷射流的速度和通孔的面积共同作用。因此，要求通孔总面积应至少为喷孔总面积的1倍以上，以确保辅助消能的有效性。
35.消能网3采用不锈钢材质，其过流面积在25％至50％之间；消能网3通过连接筋4固定在导流罩2内，其为锥形结构，其锥面与水流方向夹角为钝角，这样可使得高速喷射流能够打到消能网上，达到消能效果。
36.如图3所示，φa为消能器进口端的公称直径，φb为导流罩出口端直径，φb尺寸应为φa尺寸的140％至250％之间。高压高速的水流经a进入设备后，经喷孔加速后扩散消能、消能网消能后到达设备出口。最终流向后方，其携带的主要能量形式为动能。因此，控制出口直径，能够控制最终的出流流速。控制b处出口流速一般不高于3m/s，φb尺寸应一般为φa尺寸的140％至250％之间。
37.喷孔121喷射方向与过喷孔作垂直于喷孔所在切面的法线重合，喷孔121在喷射方向上的投影面积至少有60％能够覆盖在消能网3上。消能网3布置在喷孔121后方，喷孔喷射的高速水流沿法向向后运动，应使大部分高速水流喷射在消能网上，利用消能网对高速水流的阻碍和阻挡作用，强制高速水流减速和转向，达到进一步消能的效果。因此，要求喷孔在喷射方向上的投影(即喷射水流的方向)面积应至少有60％能够覆盖在消能网上。
38.扩散消能段12的中心夹角为∠c，∠c应在40-90
°
，消能网中心夹角为∠f，∠f应小于∠c，应在10-60
°
。c即两倍的锥面与水流方向夹角，该角度的大小会影响锥面上布置的小孔形成的喷射流形状，该喷射流与轴线的夹角(应与锥面与水流方向夹角互余)越大，则扩散速度越快，也即经过小孔后的消能效果越好。因此c越小，则消能效果越好，夹角越大，消能效果越差。因此c应在40-90
°
之间。锥面喷出的高速水流，一大部分会喷射在消能网上，而这部分喷射在消能网上的水流，有一小部分会穿过消能网，从后方流出；大部分会在消能网
处反射，继续向前流动。因此，当f小于c，有利于高速水流反射后向后流动，f一般位于10-60
°
之间。
39.本发明消能器可以对空布置，亦可以淹没布置。具体的，对空布置：消能罩设置在管道末端，露置空气之中；淹没布置：消能罩设置在管道末端，放置于水池之中，四周由水流环绕。
40.本发明消能器可以水平布置，亦可以垂直布置，但垂直布置时，进水侧应为底部，出水侧应朝上。水平布置时：进水方向垂直于重力方向；垂直布置时：进水方向平行于重力方向。
41.如图4所示，本发明的消能原理如下：
42.管道末端较高压力的水流从左侧进入消能器，由于其压力较高，会在本体扩散消能段的喷孔处形成高速喷射流；高速喷射流会导致在导流罩的第一导流段附近形成负压，将导流罩外部介质从通孔吸入导流罩内侧，形成混合流(当消能罩对空布置时，吸入的是空气；当消能罩淹没布置时，吸入的是水)；混合流向前运动，一部分打在消能网上，一部分打在导流罩上，还有一部分被消能网反弹后，经过消能网处充分混合后喷出导流罩，达到最佳消能效果。
43.以上所述仅仅是本发明的优选实施方案，但是本发明并不局限于上述的具体实施方案。在本领域的普通技术人员在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干修改、补充或改用类似的方法替代，这些也应视作本发明的保护范围。