渦流管的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種渦流管，包括渦流管本體(1)，所述渦流管本體(1)包括設(shè)有進氣通道(2.1)的進氣管(2)、設(shè)有冷氣流通道(3.1)的冷端管(3)和設(shè)有熱氣流通道(4.1)的熱端管(4)，所述冷氣流通道(3.1)的擴張段的內(nèi)壁上設(shè)有若干個通孔(3.2)，所述渦流管本體(1)還包括回流管，所述回流管的一端與熱端管(4)的熱氣流通道(4.1)連通，另一端通過所述通孔(3.2)與冷端管(3)的冷氣流通道(3.1)連通。該渦流管能有效減少和防止冷端管凍堵、結(jié)構(gòu)簡單、節(jié)省能源。
【專利說明】渦流管

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種渦流管，具體涉及一種多孔壁、防凍堵的渦流管。

【背景技術(shù)】
[0002] 渦流管是一種能夠同時產(chǎn)生冷熱氣流的新型能量分離裝置。它主要利用氣流高速 旋轉(zhuǎn)時產(chǎn)生的渦流效應(yīng)進行工作。渦流管的工作原理是：氣體由進口切向進入渦流管膨脹 且進行高速旋轉(zhuǎn)，由于外層氣體的角速度較低，在氣體剪切力的作用下，使內(nèi)層的氣體與外 層氣體的角速度趨于一致，導致內(nèi)層氣體的動能降低從而總溫下降而外層氣體的動能升高 從而總溫上升，表現(xiàn)為外層氣體通過摩擦從內(nèi)層氣體中獲得了能量。
[0003] 現(xiàn)有技術(shù)的渦流管一般包括噴嘴、渦流室、分離孔板和冷熱兩端管。工作時壓縮氣 體在噴嘴內(nèi)膨脹，然后以很高的速度沿切線方向進入渦流室。氣流在渦流室內(nèi)高速旋轉(zhuǎn)，經(jīng) 渦流變換后分離成總溫不相等的兩部分氣流，在分離孔板作用下其中的高溫氣流從熱端管 流出、低溫氣流從冷端管流出。
[0004] 渦流管的熱端出口一般設(shè)有閥門或塞子等結(jié)構(gòu)，來調(diào)節(jié)熱端管氣體的流量和冷端 管的氣體溫度的高低，從而得到滿意的冷氣參數(shù)一輸入的壓縮空氣和產(chǎn)出的冷氣比。
[0005] 由于天然氣井口的氣體中水蒸氣含量較高?，F(xiàn)有技術(shù)從井口到下游輸運管的傳統(tǒng) 輸運中常采用渦流管技術(shù)。將井口的高壓氣體直接通入渦流管的進口，在渦流管內(nèi)形成內(nèi) 層和外層這兩股流動方向相反的氣體。其中內(nèi)層氣體的溫度較低、含濕量也相對較低，而外 層氣體的溫度較高、含濕量也相對較高。所述兩股氣體分別從渦流管的冷、熱兩端管流出。 冷端管的氣體流出后要經(jīng)過空氣換熱器，在吸收熱量升高溫度后，再在下游與熱端管流出 的氣體混合一起進入輸運管道。實現(xiàn)了對高壓天然氣井口氣體的降壓輸送的目的。
[0006] 在以上降壓輸送中，渦流管的內(nèi)層低溫區(qū)的水蒸氣的相對濕度也仍然比較大，易 形成飽和蒸汽甚至形成液滴形式的液態(tài)水。在強旋流的離心力作用下，液滴會被甩向渦流 管的外層然后與高溫的氣體混合，汽化成水蒸氣然后從熱端管流出進入下游管路。而若是 渦流管的工作條件是要求渦流管在一個較高的冷流率下工作時，從冷端流出的氣體除了內(nèi) 層的含濕量較低的氣體外還將有一部分來自外層含濕量較高的氣體，其中可能會有液滴的 存在，而這部分液態(tài)水會在冷端管的冷氣流通道的擴張段的內(nèi)壁上結(jié)冰產(chǎn)生凍堵，對渦流 管的正常工作產(chǎn)生不良影響甚至引發(fā)安全隱患。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是，提供一種能有效減少和防止冷端管凍堵、結(jié)構(gòu)簡單、 節(jié)省能源的渦流管。
[0008] 本發(fā)明的技術(shù)解決方案是，提供一種具有以下結(jié)構(gòu)的渦流管，包括渦流管本體，所 述渦流管本體包括設(shè)有進氣通道的進氣管、設(shè)有冷氣流通道的冷端管和設(shè)有熱氣流通道的 熱端管，所述冷氣流通道的擴張段的內(nèi)壁上設(shè)有若干個通孔，所述渦流管本體還包括回流 管，所述回流管的一端與熱端管的熱氣流通道連通，另一端通過所述通孔與冷端管的冷氣 流通道連通。
[0009] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的渦流管具有以下優(yōu)點。本發(fā)明的渦流管通過回流管將 熱端管的部分熱流引向冷端管，經(jīng)冷端管的上的若干個通孔進入冷氣流通道的擴張段，在 引入的部分熱流的作用下，冷端管的擴張段處的冷流與熱流混合后溫度升高，不容易在冷 端管的擴張段內(nèi)結(jié)冰，從而有效減少和防止了冷端管的凍堵。而且與通過加熱器等對冷端 管進行加熱等方式相比，本發(fā)明通過熱流回引的方式結(jié)構(gòu)簡單、也節(jié)省了能源。
[0010] 作為本發(fā)明的一種改進，所述熱端管的進氣端穿過進氣管的內(nèi)腔與冷端管連接， 所述進氣管上設(shè)有與進氣管的內(nèi)腔連通的進氣口，所述進氣口、進氣管的內(nèi)腔和熱端管的 外壁三者形成進氣通道。高壓氣體從進氣口經(jīng)進氣管的內(nèi)腔與熱端管的外壁之間的通道進 入渦流管的渦流室。
[0011] 作為本發(fā)明的另一種改進，所述熱端管的內(nèi)腔形成為所述的熱氣流通道，所述熱 氣流通道的內(nèi)壁面上設(shè)有隔熱材料。減少熱氣流通道內(nèi)的熱量損失，可使渦流管的各項技 術(shù)參數(shù)更準確。
[0012] 作為本發(fā)明的還有一種改進，形成進氣通道的熱端管的外壁面上設(shè)有隔熱材料。 更好地減少熱氣流通道內(nèi)的氣體與進氣通道內(nèi)的氣體之間的熱交換。
[0013] 作為本發(fā)明的一種優(yōu)選，所述熱端管的進氣端的端面上設(shè)有若干個沿周向均勻布 置的斜槽狀的噴嘴，所述熱端管的進氣端與冷端管的連接處設(shè)有渦流室，所述噴嘴與渦流 室連通，所述渦流室與冷氣流通道、渦流室與熱氣流通道均連通。。高壓氣體從斜槽狀的噴 嘴進入渦流室過程中就已經(jīng)形成漩渦，減少了能量的損失。
[0014] 作為本發(fā)明的還有一種改進，所述冷端管還包括連接管體、多孔壁管和冷端出口 管，所述擴張段設(shè)在多孔壁管內(nèi)，所述通孔設(shè)在多孔壁管的擴張段上，所述多孔壁管設(shè)于連 接管體內(nèi)，所述多孔壁管的內(nèi)腔的進口與渦流室連通，所述多孔壁管的內(nèi)腔的出口與所述 冷端出口管連通，所述多孔壁管的內(nèi)腔與冷端出口管的內(nèi)腔形成所述的冷氣流通道。方便 加工和安裝。
[0015] 作為本發(fā)明的還有一種改進，所述連接管體兩端分別設(shè)有第一連接塊和第二連接 塊，所述冷端出口管連接有第一法蘭，所述冷端出口管經(jīng)第一法蘭與第二連接塊連接。方便 各部件之間的連接，連接更牢固；方便冷端管整體的安裝。
[0016] 作為本發(fā)明的另一種優(yōu)選，所述進氣管連接有第二法蘭，所述第二法蘭與第一連 接塊連接。方便進氣管及熱端管的連接和安裝。
[0017] 作為本發(fā)明的一種優(yōu)選，所述通孔的直徑為0. 5?3mm。方便熱流進入冷氣流通 道，減少和防止凍堵。同時由于通孔的直徑較小，能起到對冷氣流通道均勻加熱的作用。
[0018] 作為本發(fā)明的還有一種改進，所述回流管包括與熱端管一體連接的熱端回流管和 與冷端管一體連接的冷端回流管，所述熱端回流管與冷端回流管之間連接有軟管和控制 閥。將回流管分為熱端回流管與冷端回流管，可降低回流管的加工難度。通過控制閥可以 控制流入冷端管內(nèi)的熱流的流量和壓力等參數(shù)，從而使本發(fā)明的渦流管的各項技術(shù)參數(shù)更 準確。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0019] 圖1所示是本發(fā)明的渦流管一種具體實施例。
[0020] 圖2所示是圖1中的多孔壁管的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0021] 圖3所示是圖1中的熱端管端部的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0022] 圖4所示是本發(fā)明的渦流管的立體結(jié)構(gòu)示意圖。
[0023] 圖中所示：1、渦流管本體，2、進氣管，2. 1、進氣通道，2. 2、進氣口，2. 3、內(nèi)腔，3、冷 端管，3. 1、冷氣流通道，3. 2、通孔，3. 3、連接管體，3. 4、多孔壁管，3. 5、第一連接塊，3. 6、第 二連接塊，3. 7、第一法蘭，3. 8、冷端出口管，4、熱端管，4. 1、熱氣流通道，4. 2、噴嘴，4. 3、渦 流室，5、冷端回流管，6、熱端回流管，7、第二法蘭。

【具體實施方式】
[0024] 下面結(jié)合附圖和具體實施例對本發(fā)明作進一步說明。
[0025] 如圖1和圖4所示為本發(fā)明的渦流管的一種具體實施例。在該實施例中，本發(fā)明 的渦流管包括渦流管本體1，所述渦流管本體1包括設(shè)有進氣通道2. 1的進氣管2、設(shè)有冷 氣流通道3. 1的冷端管3和設(shè)有熱氣流通道4. 1的熱端管4,所述冷氣流通道3. 1的擴張段 的內(nèi)壁上設(shè)有若干個通孔3. 2,所述渦流管本體1還包括回流管，所述回流管的一端與熱端 管4的熱氣流通道4. 1連通，另一端通過所述通孔3. 2與冷端管3的冷氣流通道3. 1連通。 所述進氣口 2. 2可以圓孔或橢圓孔。
[0026] 在本實施例中，所述進氣口 2. 2為與進氣管2的軸向方向垂直的圓孔，所述圓孔的 直徑為5?15mm，優(yōu)選為10mm。
[0027] 在本實施例中，所述回流管包括與熱端管4 一體連接的熱端回流管6和與冷端管 3 -體連接的冷端回流管5。
[0028] 在一個未示出的實施例中，所述熱端回流管6與冷端回流管5之間連接有軟管和 控制閥。
[0029] 在本實施例中，所述熱端管4的進氣端穿過進氣管2的內(nèi)腔2. 3與冷端管3連接， 所述進氣管2上設(shè)有與進氣管2的內(nèi)腔2. 3連通的進氣口 2. 2,所述進氣口 2. 2、進氣管2 的內(nèi)腔2. 3和熱端管4的外壁三者形成進氣通道2. 1。
[0030] 在另一個未示出的實施例中，所述熱端管4的內(nèi)腔形成為所述的熱氣流通道4. 1， 所述熱氣流通道4. 1的內(nèi)壁面上設(shè)有隔熱材料。
[0031] 在還有一個未示出的實施例中，形成進氣通道2. 1的熱端管4的外壁面上設(shè)有隔 熱材料。
[0032] 所述的隔熱材料為隔熱漆。隔熱漆通過噴焊、涂刷等方式設(shè)在熱端管4的內(nèi)壁面 和外壁面。所述隔熱漆的厚度為0. 1?1. 5mm。
[0033] 如圖3所示，所述熱端管4的進氣端的端面上設(shè)有若干個沿周向均勻布置的斜槽 狀的噴嘴4. 2,所述熱端管4的進氣端與冷端管3的連接處設(shè)有渦流室4. 3,所述噴嘴4. 2 與渦流室4. 3連通，所述渦流室4. 3與冷氣流通道3. 1、渦流室4. 3與熱氣流通道4. 1均連 通。
[0034] 如圖1所示，所述冷端管3還包括連接管體3. 3、多孔壁管3. 4和冷端出口管3. 8， 所述擴張段設(shè)在多孔壁管3. 4內(nèi)，所述通孔3. 2設(shè)在多孔壁管3. 4的擴張段上，所述多孔壁 管3. 4設(shè)于連接管體3. 3內(nèi)，所述多孔壁管3. 4的內(nèi)腔的進口與渦流室4. 3連通，所述多孔 壁管3. 4的內(nèi)腔的出口與所述冷端出口管3. 8連通，所述多孔壁管3. 4的內(nèi)腔與冷端出口 管3. 8的內(nèi)腔形成所述的冷氣流通道3. 1。
[0035] 所述連接管體3. 3兩端分別設(shè)有第一連接塊3. 5和第二連接塊3. 6,所述冷端出口 管3. 8連接有第一法蘭3. 7,所述冷端出口管3. 8經(jīng)第一法蘭3. 7與第二連接塊3. 6連接。
[0036] 所述進氣管2連接有第二法蘭7,所述第二法蘭7與第一連接塊3. 5連接。
[0037] 如圖2所示，所述通孔3. 2的直徑為0· 5?3mm，優(yōu)選為1mm。所述若干個通孔3. 2 沿擴張段內(nèi)壁即沿多孔壁管3. 4周面均勻分布，所述連接管體3. 3與多孔壁管3. 4的外壁 面之間留有與冷端回流管5連通的環(huán)形腔，熱流從冷端回流管5進入環(huán)形腔后從若干個通 孔3. 2進入冷氣流通道3. 1，起到對冷氣流通道3. 1的擴張段的冷氣均勻加熱從而減少凍堵 和防止再次凍堵的作用，減少凍堵的時間更迅速，效果更好。
[0038] 根據(jù)本發(fā)明的實施例制作了一個渦流管。該渦流管的連接管體3. 3、多孔壁管 3. 4、第一連接塊3. 5、第二連接塊3. 6均采用無色透明的有機玻璃作為材料，以方便觀察渦 流室和多孔壁管3. 4內(nèi)的凍堵情況。所述熱端回流管6與冷端回流管5之間通過軟管與閥 門連接。
[0039] 進氣口 2. 2、冷端出口管3. 8的出口和熱端管4的出口這三個端口均與測量儀器連 通。通過測量儀器對這三個端口的氣體的溫度、壓力、流量進行即時的測量和記錄。
[0040] 在本次測量中，測得進氣口 2. 2處的氣源溫度為12. 5°C，進氣壓力為0.3? 0.6MPa。關(guān)閉熱端回流管6與冷端回流管5之間的閥門，阻斷熱氣流的回流。通過調(diào)節(jié)熱 端管4上的熱端出口上的閥門，對冷、熱兩端管的流量分配進行調(diào)節(jié)。觀測發(fā)現(xiàn)，當冷流率 在40%?60%范圍內(nèi)時，多孔壁管3. 4內(nèi)均出現(xiàn)結(jié)霜現(xiàn)象。固態(tài)水在多孔壁管3. 4出現(xiàn)， 逐漸增多加厚以至堵塞冷氣流通道3. 1，影響冷端出口管3. 8的出口和熱端管4的出口的 流量。穩(wěn)定后測得冷端出口管3. 8的出口處的溫度為-9. 0°C、熱端管4的出口處的溫度為 22. rc。
[0041] 然后，打開熱端回流管6與冷端回流管5之間的閥門。熱端管4內(nèi)的熱氣流經(jīng)多 孔壁管3. 4上的多個1mm的通孔3. 2進入多孔壁管3. 4的擴張段內(nèi)腔。此時觀測到多孔 壁管3. 4內(nèi)的結(jié)霜迅速減少，至15s之后完全消失。連續(xù)觀察10分鐘，多孔壁管3. 4內(nèi)的 結(jié)霜消除后并沒有再出現(xiàn)結(jié)霜凍堵的現(xiàn)象。穩(wěn)定后測得冷端出口管3. 8的出口處的溫度 為-3. 8°C、熱端管4的出口處的溫度為22. 7°C，滿足氣體安全輸運的要求。也就是說本發(fā) 明的渦流管在使用時不僅能減少冷端擴張段的凍堵而且能防止冷端擴張段再次結(jié)霜。
[0042] 雖然已經(jīng)結(jié)合具體實施例對本發(fā)明進行了描述，然而可以理解，在不脫離本發(fā)明 的范圍的情況下，可以對其進行各種改進或替換。尤其是，只要不存在結(jié)構(gòu)上的沖突，各實 施例中的特征均可相互結(jié)合起來，所形成的組合式特征仍屬于本發(fā)明的范圍內(nèi)。本發(fā)明并 不局限于文中公開的特定實施例，而是包括落入權(quán)利要求的范圍內(nèi)的所有技術(shù)方案。
【權(quán)利要求】
1. 一種渦流管，包括渦流管本體（1)，所述渦流管本體（1)包括設(shè)有進氣通道（2. 1)的 進氣管（2)、設(shè)有冷氣流通道（3. 1)的冷端管（3)和設(shè)有熱氣流通道（4. 1)的熱端管（4)， 其特征在于，所述冷氣流通道（3. 1)的擴張段的內(nèi)壁上設(shè)有若干個通孔（3. 2)，所述渦流管 本體⑴還包括回流管，所述回流管的一端與熱端管⑷的熱氣流通道（4. 1)連通，另一端 通過所述通孔（3. 2)與冷端管（3)的冷氣流通道（3. 1)連通。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的渦流管，其特征在于，所述熱端管（4)的進氣端穿過進氣管 (2)的內(nèi)腔（2. 3)與冷端管（3)連接，所述進氣管（2)上設(shè)有與進氣管（2)的內(nèi)腔（2. 3)連 通的進氣口（2. 2)，所述進氣口（2. 2)、進氣管（2)的內(nèi)腔（2. 3)和熱端管（4)的外壁三者 形成進氣通道（2. 1)。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的渦流管，其特征在于，所述熱端管（4)的內(nèi)腔形成為所述的熱 氣流通道（4. 1)，所述熱氣流通道（4. 1)的內(nèi)壁面上設(shè)有隔熱材料。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的渦流管，其特征在于，形成進氣通道（2. 1)的熱端管（4)的外 壁面上設(shè)有隔熱材料。
5. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的渦流管，其特征在于，所述熱端管（4)的進氣端的端面上設(shè)有 若干個沿周向均勻布置的斜槽狀的噴嘴（4. 2)，所述熱端管（4)的進氣端與冷端管（3)的連 接處設(shè)有渦流室（4. 3)，所述噴嘴（4. 2)與渦流室（4. 3)連通，所述渦流室（4. 3)與冷氣流 通道（3. 1)、渦流室（4. 3)與熱氣流通道（4. 1)均連通。
6. 根據(jù)權(quán)利要求5中任一項所述的渦流管，其特征在于，所述冷端管（3)還包括連接管 體（3. 3)、多孔壁管（3. 4)和冷端出口管（3. 8)，所述擴張段設(shè)在多孔壁管（3. 4)內(nèi)，所述通 孔（3. 2)設(shè)在多孔壁管（3. 4)的擴張段上，所述多孔壁管（3. 4)設(shè)于連接管體（3. 3)內(nèi)，所 述多孔壁管（3.4)的內(nèi)腔的進口與渦流室（4.3)連通，所述多孔壁管（3.4)的內(nèi)腔的出口 與所述冷端出口管（3.8)連通，所述多孔壁管（3.4)的內(nèi)腔與冷端出口管（3.8)的內(nèi)腔形 成所述的冷氣流通道（3.1)。
7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的渦流管，其特征在于，所述連接管體（3. 3)兩端分別設(shè)有第一 連接塊（3. 5)和第二連接塊（3. 6)，所述冷端出口管（3. 8)連接有第一法蘭（3. 7)，所述冷 端出口管（3. 8)經(jīng)第一法蘭（3. 7)與第二連接塊（3. 6)連接。
8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的渦流管，其特征在于，所述進氣管（2)連接有第二法蘭（7)， 所述第二法蘭（7)與第一連接塊（3. 5)連接。
9. 根據(jù)權(quán)利要求1?8中任一項所述的渦流管，其特征在于，所述通孔（3. 2)的直徑為 0· 5 ?3mm〇
10. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的渦流管，其特征在于，所述回流管包括與熱端管（4) 一體連 接的熱端回流管（6)和與冷端管（3) -體連接的冷端回流管（5)，所述熱端回流管（6)與冷 端回流管（5)之間連接有軟管和控制閥。
【文檔編號】F25B9/04GK104121716SQ201310151679
【公開日】2014年10月29日 申請日期:2013年4月27日 優(yōu)先權(quán)日:2013年4月27日
【發(fā)明者】李偉, 額日其太, 黃輝, 粟科華, 段然, 李克新, 孫潔 申請人:中國石油化工股份有限公司, 中國石油化工股份有限公司石油勘探開發(fā)研究院