專利名稱：一種管道螺旋流發(fā)生裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于管道內(nèi)氣液兩相流體傳送裝置，尤其涉及一種用于傳輸氣液兩相流體的管道起旋裝置。
背景技術(shù)：
螺旋流是一種具有旋轉(zhuǎn)流場(chǎng)的流動(dòng)形式，它在工業(yè)方面的應(yīng)用范圍極其廣泛，在水利工程上、機(jī)械加工中都有應(yīng)用。同時(shí)，螺旋流技術(shù)也進(jìn)入了人們?nèi)粘Ｉ铑I(lǐng)域，如螺旋流節(jié)能煤氣灶等。既然螺旋流有如此廣泛的應(yīng)用，那么其產(chǎn)生條件就非常關(guān)鍵。一般來說， 螺旋流常規(guī)產(chǎn)生方法有三種切向進(jìn)流、安裝導(dǎo)流片及旋轉(zhuǎn)管道。安裝導(dǎo)流片式的螺旋流發(fā)生裝置是通過改變圓管水流邊界條件來產(chǎn)生螺旋流，即在管段內(nèi)壁設(shè)置具有一定安放角的若干個(gè)固定的導(dǎo)流葉片，當(dāng)水流通過該管段時(shí)，水流不僅沿軸向向前運(yùn)動(dòng)，而且產(chǎn)生了周向運(yùn)動(dòng)，二者的合運(yùn)動(dòng)便形成了螺旋流。但是缺點(diǎn)也比較多安裝精度要求較高，螺旋流的強(qiáng)度有待于提高，能耗較高，衰減較快，對(duì)外界依賴性較強(qiáng)，而且對(duì)氣液兩相流體來說，參混效果不理想(阿爾格弗雷·Α. H.,比哈德瓦K., 饒*YVN.管內(nèi)衰減螺旋流的湍流測(cè)量研究.應(yīng)用科學(xué)研究，1988，Vol. 45，233 250. 以及內(nèi)賈德·Α. S,阿麥德《S. Α.不同螺旋強(qiáng)度分布下軸對(duì)稱突然脹大管內(nèi)流場(chǎng)特性研究.國際熱與流體流動(dòng)，1992，Vol. 13，No. 4，314 321.)。另外，管型噴嘴的方式也可以產(chǎn)生螺旋流，即通過切向進(jìn)流的方式產(chǎn)生周向速度，和軸向速度疊加產(chǎn)生螺旋流， 但是其缺點(diǎn)在于結(jié)構(gòu)復(fù)雜、需經(jīng)常維護(hù)、需要保證噴嘴的位置參數(shù)(奇格爾· N. A,茜文斯基·Α.噴氣式飛機(jī)上螺旋渦流運(yùn)動(dòng)的實(shí)驗(yàn)研究.應(yīng)用力學(xué)學(xué)報(bào)，1967，Vol. 34，443 451.以及森派如·Ε. Μ,卡波可·Α.圓管內(nèi)螺旋流動(dòng)與熱傳遞研究.國際傳熱，1984， Vol. 106，766 773.)。因此，上述方法并不能滿足實(shí)際氣液兩相起旋的要求。此外，還有其他的螺旋流發(fā)生裝置。1990年，日本白百合女子大學(xué)的Kiyoshi Horii教授提出了一種自生成螺旋流發(fā)生裝置，發(fā)明者是利用的空氣作為流動(dòng)介質(zhì)，在雷諾數(shù)分別為1.0X105和1.6X105兩種條件下，通過軸對(duì)稱面內(nèi)小孔徑向向心射入的進(jìn)流方式用粒子顯示出螺旋流的存在，并獲得了法國專利(No. 0456931)與美國專利(No. 4721126)(浩瑞·Κ，馬斯逖姆·Υ.，陳· X. M.,泰克· Μ.，哈斯摩特· B.螺旋流研究之三螺旋流形式下纖維的開放與取向研究，日本航空航天研究，1990 32(98))，但是結(jié)構(gòu)復(fù)雜，安裝困難，不利于實(shí)驗(yàn)環(huán)境和工程上的應(yīng)用。并且產(chǎn)生的螺旋流周向速度小，螺旋流不穩(wěn)定而且衰減較快，對(duì)于氣液兩相流體來說起旋與參混效果不高。因此，上述方法也不滿足要求。申請(qǐng)?zhí)枮?00910022760. 1的發(fā)明專利“用在油氣輸送管道上的軸流式流體渦流發(fā)生器”涉及一種油氣混合物流體的輸送裝置，用在油氣輸送管道上的軸流式流體渦流發(fā)生器，由進(jìn)口端、外殼、出口端連接成一體；在外殼內(nèi)有一組由進(jìn)口導(dǎo)流錐、螺旋葉片、中間體、出口導(dǎo)流錐連接而成的裝置；螺旋葉片內(nèi)端固定在中間體上，外端固定在外殼上。此發(fā)明能使混合物流體在管道內(nèi)以螺旋和分層的方式流動(dòng)，適用于管道內(nèi)的石蠟和結(jié)垢沉積量的輸送，也利于清理結(jié)蠟積垢，但是該發(fā)明應(yīng)用范圍較小，而且結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，不滿足實(shí)驗(yàn)室理論研究的要求，并且該發(fā)明不利于氣液兩相流體的起旋和參混。申請(qǐng)?zhí)枮?02106 . X的實(shí)用新型專利“液體旋流發(fā)生器”涉及一種用于石油鉆井工程固井作業(yè)的井下工具。該裝置由本體及焊接在其上的導(dǎo)向槽和與導(dǎo)向槽相嵌裝的旋流導(dǎo)向帶以及固定螺栓組成。適于在循環(huán)及注替水泥漿過程中，使流體產(chǎn)生螺旋流動(dòng)狀態(tài)，達(dá)到確保大井徑和井徑不規(guī)則井段封固質(zhì)量的目的。但是該裝置焊接難度大，安裝困難，并且體積較大，對(duì)流體流量影響較大。申請(qǐng)?zhí)枮?00620068646.4的實(shí)用新型專利“渦旋發(fā)生器”提供了一種渦旋發(fā)生器，包括圓鋼管、圓鋼和四塊螺旋葉片，四塊螺旋葉片按同一旋向使其一端均布在圓鋼的周圍、另一端設(shè)置在圓鋼管的內(nèi)壁上，螺旋葉片與圓鋼的軸向成45°。適于磨煤噴粉機(jī)中煤粉流與空氣的充分混合。但是此發(fā)明沒有解決安裝問題，螺旋效果不明顯，而且不適用于氣液兩相的螺旋流的產(chǎn)生。鑒于以上種種問題，本發(fā)明的葉輪式螺旋流發(fā)生裝置解決了以下幾大難題1.采用新型的葉輪式起旋，螺旋效果好，流態(tài)衰減慢。2.葉輪部件上面設(shè)置有過流孔以及鋸齒形后緣，有利于氣液兩相之間的螺旋與參混。3.做成特定的管段形式，使整體易于安裝。4 .將固定圓環(huán)與葉輪連接，方便具有不同參數(shù)的葉輪的安裝與更換。5.在葉輪中部安裝有錐型體，以利于不同流體之間的參混和密度較大流體的通過。6.不需要添加其他的耗能設(shè)備。7.適用于十分廣的關(guān)于螺旋流的實(shí)驗(yàn)和實(shí)際工程領(lǐng)域。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的是提供一種利用葉輪產(chǎn)生螺旋流的管道內(nèi)氣液兩相螺旋流發(fā)生裝置，該裝置螺旋效果好、流態(tài)衰減慢和適用范圍廣。本發(fā)明的技術(shù)方案一種管道螺旋流發(fā)生裝置，包括螺旋流發(fā)生器(2)和安裝管段，所述螺旋流發(fā)生器(2)由導(dǎo)流體(6)、固定圓環(huán)(8)和三支相同的葉片(14)和組成，所述葉片(14)的總體外部輪廓為螺旋槳葉型，其內(nèi)側(cè)間隔均勻的固定在導(dǎo)流體(6)上，外側(cè)固定于固定圓環(huán)(8)內(nèi)側(cè)；所述葉片(14)與導(dǎo)流體(6)橫截面存在夾角α ；所述葉片(14) 上設(shè)置有以導(dǎo)流體(6)為中心均勻分布的圓弧型導(dǎo)流板(12)；所述導(dǎo)流體(6)由錐體(7)， 圓柱體(9)和半球體(10)依次組合而成；所述安裝管段由管型形外殼(3)組成，螺旋流發(fā)生器(2)安裝在所述安裝管段的進(jìn)口端(1)位置，所述導(dǎo)流體(6)的錐體(7)朝向所述進(jìn)口端 (1) 一側(cè)。進(jìn)一步，所述導(dǎo)流板(12)高5-20mm，其與葉片(14)的夾角γ為90° -110°。進(jìn)一步，所述葉片(14)上設(shè)有圓形過流孔(13)，其分布在半徑為R2的圓周上，且滿足R1:R2:R3=1:2:3，其中Rl為導(dǎo)流體(6)最大截面半徑，R3為固定圓環(huán)(8)內(nèi)徑。進(jìn)一步，所述葉片(14)上設(shè)有鋸齒狀后緣(15)。進(jìn)一步，所述夾角α為10° -30°。進(jìn)一步，所述錐體(7)、圓柱體(9)和半球體(10)的軸向長度之比為2:3:1。本發(fā)明的有益效果采用葉片與固定圓環(huán)相結(jié)合的方式，使流體的螺旋效果好，流態(tài)衰減慢，節(jié)省能耗；葉輪部件上面設(shè)置有過流孔以及鋸齒形后緣，有利于氣液兩相之間的螺旋與參混；采用進(jìn)口端為錐體的導(dǎo)流體，便于不同流體之間的參混和密度較大流體的通過；采用管型安裝設(shè)備便于與其他設(shè)備的連接，其結(jié)構(gòu)簡單，適用范圍廣。
圖1葉輪式氣液兩相螺旋流發(fā)生裝置安裝截面圖；圖2螺旋流發(fā)生器主視示意圖；圖3圖2中鋸齒狀后緣的局部放大圖；圖4圖2中A-A局部放大圖；圖5圖2中B-B局部放大圖；其中1 一進(jìn)口端；2 —螺旋流發(fā)生器；3 —外殼；4 一螺栓孔；5 —出口端；6 —導(dǎo)流體；7 —錐體；8 —固定圓環(huán)；9 一圓柱體；10 —半球體；11 一葉輪；12 —導(dǎo)流板；13 —過流孔；14 一葉片；15 —鋸齒狀后緣。
具體實(shí)施方式
如圖1、2所示，本發(fā)明由螺旋流發(fā)生器2和安裝管段組成。螺旋流發(fā)生器包括固定圓環(huán)8、葉輪11和導(dǎo)流體6 ；葉輪11由三支相同的葉片14組成，固定圓環(huán)8和葉片14通過焊接進(jìn)行連接，葉片14的總體外部輪廓為螺旋槳葉型，三支葉片以120°的間隔均勻焊接在導(dǎo)流體上，如圖4所示，葉片14平面與導(dǎo)流體6橫截面夾角α為20°。葉片上面設(shè)置有導(dǎo)流板12、過流孔13和鋸齒狀后緣15 ；導(dǎo)流板12為圓弧型，以導(dǎo)流體6為中心均勻分布在葉片14上，各導(dǎo)流板12之間的距離h均相等，導(dǎo)流板12高度是5mm，每片葉片14上分布數(shù)量為2個(gè)，如圖5所示，導(dǎo)流板12與葉片14夾角γ為90° ；過流孔13是圓形，其分布在半徑為R2的圓周上，并且R1、R2和R3的長度之比為1:2:3 (其中Rl為導(dǎo)流體6最大截面半徑，R3為固定圓環(huán)8內(nèi)徑)，每個(gè)葉片14上的分布數(shù)量為2個(gè)，過流孔直徑為IOmm ；如圖3 所示，鋸齒狀后緣15是鋸齒為等邊三角形，其邊的長度范圍是5mm，鋸齒的夾角β為60°。 導(dǎo)流體6由錐體7、圓柱體9和半球體10依次連接而成，三者軸向長度之比為2:3:1，半球體10半徑與固定圓環(huán)8高度相同，錐體7底面半徑、圓柱體9底面半徑以及半球體10半徑均相同，半球體10半徑范圍是10cm，錐體7高度與錐體7底面直徑相同。在導(dǎo)流體6中圓柱體9中點(diǎn)處與葉片之間進(jìn)行連接，連接方式為焊接，強(qiáng)度高，利于多相流甚至水合物漿體的輸送。安裝設(shè)備由進(jìn)口端1、外殼3和出口端5組成。外殼3為管型，其進(jìn)口端1和出口端3設(shè)有螺栓孔4，便于進(jìn)行安裝；在外殼3的進(jìn)口端1的一側(cè)管型內(nèi)徑稍大，螺旋流發(fā)生器2安裝于該位置，其導(dǎo)流體6的錐體7朝向進(jìn)口端1 一側(cè)。在安裝時(shí)，首先將螺旋流發(fā)生器2安裝在進(jìn)口端1處。然后將裝置整體安裝在實(shí)驗(yàn)管段上或者實(shí)際工程管段中。當(dāng)流體通過該裝置時(shí)，流體在螺旋槳葉的作用下產(chǎn)生周向速度，該速度與軸向速度合成之后，螺旋流即出現(xiàn)。而葉片上導(dǎo)流板12、過流孔13和鋸齒狀后緣15都將會(huì)增強(qiáng)對(duì)氣液兩相流體的擾動(dòng)，提高螺旋的強(qiáng)度以及氣液兩相之間的參混度。另外，當(dāng)對(duì)含有固液兩相的流體起旋以及運(yùn)輸時(shí)，導(dǎo)流體6中錐體7的作用是對(duì)固體流體撞擊而進(jìn)行粉碎，而導(dǎo)流板12則起到加強(qiáng)固體流動(dòng)的作用，鋸齒狀后緣15可進(jìn)一步粉碎固體， 而較小的固體則可通過過流孔13流入，減輕流體對(duì)裝置的沖擊。此螺旋流發(fā)生裝置安裝簡單方便，螺旋效果明顯，適用于管道內(nèi)氣液兩相流體的輸送等。
權(quán)利要求1.一種管道螺旋流發(fā)生裝置，包括螺旋流發(fā)生器(2)和安裝管段，所述螺旋流發(fā)生器 (2)由導(dǎo)流體(6)、固定圓環(huán)(8)和三支相同的葉片(14)和組成，所述葉片(14)的總體外部輪廓為螺旋槳葉型，其內(nèi)側(cè)間隔均勻的固定在導(dǎo)流體(6)上，外側(cè)固定于固定圓環(huán)(8)內(nèi)側(cè)；所述葉片(14)與導(dǎo)流體(6)橫截面存在夾角α ；所述葉片(14)上設(shè)置有以導(dǎo)流體(6) 為中心均勻分布的圓弧型導(dǎo)流板(12)；所述導(dǎo)流體(6)由錐體(7)，圓柱體(9)和半球體 (10)依次組合而成；所述安裝管段由管型外殼(3)組成，螺旋流發(fā)生器(2)安裝在所述安裝管段的進(jìn)口端(1)位置，所述導(dǎo)流體(6 )的錐體(7 )朝向所述進(jìn)口端(1) 一側(cè)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種管道螺旋流發(fā)生裝置，所述導(dǎo)流板(12)高5-20mm，其與葉片(14)的夾角Y為90° -110°。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種管道螺旋流發(fā)生裝置，所述葉片(14)上設(shè)有圓形過流孔(13)，其分布在半徑為R2的圓周上，且滿足R1:R2:R3=1:2:3，其中Rl為導(dǎo)流體(6)最大截面半徑，R3為固定圓環(huán)(8)內(nèi)徑。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種管道螺旋流發(fā)生裝置，所述葉片(14)上設(shè)有鋸齒狀后緣(15)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種管道螺旋流發(fā)生裝置，所述夾角α為10°-30°。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種管道螺旋流發(fā)生裝置，所述錐體(7)、圓柱體(9)和半球體(10)的軸向長度之比為2:3:1。
專利摘要本實(shí)用新型公開一種管道螺旋流發(fā)生裝置，該裝置包括螺旋流發(fā)生器(2)和安裝管段，所述螺旋流發(fā)生器(2)由導(dǎo)流體(6)、固定圓環(huán)(8)和三支相同的葉片(14)和組成，所述葉片(14)的總體外部輪廓為螺旋槳葉型，其內(nèi)側(cè)間隔均勻的固定在導(dǎo)流體(6)上，外側(cè)固定于固定圓環(huán)(8)內(nèi)側(cè)；所述葉片(14)與導(dǎo)流體(6)橫截面存在夾角α；所述葉片(14)上設(shè)置有以導(dǎo)流體(6)為中心均勻分布的圓弧型導(dǎo)流板(12)；所述安裝管段由管型外殼(3)組成，螺旋流發(fā)生器(2)安裝在所述安裝管段的進(jìn)口端(1)位置。該裝置螺旋效果好、流態(tài)衰減慢和適用范圍廣。
文檔編號(hào)F15D1/04GK202301296SQ20112037841
公開日2012年7月4日 申請(qǐng)日期2011年10月9日 優(yōu)先權(quán)日2011年10月9日
發(fā)明者周詩崠, 李恩田, 王樹立, 金海鷗, 饒永超 申請(qǐng)人:常州大學(xué), 常州市能源設(shè)備總廠有限公司