本發(fā)明涉及一種水下用防堵減阻的直管結(jié)構(gòu)。
背景技術(shù):
全球經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展和陸地資源的短缺,推動了海洋礦產(chǎn)資源的開發(fā)進(jìn)程,目前公知的海洋礦產(chǎn)資源有石油、砂礦、可燃冰、錳金屬結(jié)核等,對于這類資源的開發(fā),其重要的步驟是管件的輸送過程。公知石油、水合物、礦石等資源含有顆粒物,其流動過程中由于顆粒的重力等影響顆粒會發(fā)生沉降,普通管件在輸送這類介質(zhì)時存在以下不足:含有顆粒物的流體進(jìn)入普通管件后,由于重力的影響,密度大的顆粒物速度降低并發(fā)生沉降,流體在管件中心區(qū)運(yùn)動,而顆粒物在管件底部運(yùn)動,隨著顆粒物速度的繼續(xù)降低,管件底部的顆粒發(fā)生堆積,不僅導(dǎo)致管件堵塞而且會引起管件內(nèi)壁的過早磨損;管件用于水下,尤其是海洋環(huán)境,由于水流的粘性作用,水流流過管件外表面時產(chǎn)生邊界層,水流速度越大,邊界層越厚,邊界層厚到一定程度就脫離管件表面,形成邊界層分離,導(dǎo)致管件后面形成對稱的漩渦,漩渦區(qū)越大其壓力越小,而管件前面的水流壓力大,因此管件前后形成壓差,產(chǎn)生阻力;普通管件由于是光滑表面,這種邊界層分離的早,管件后面形成的旋渦區(qū)小,管件前后壓差就很大,導(dǎo)致普通管件在水下的水流阻力大。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素:
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種水下用防堵減阻的直管結(jié)構(gòu)。
為了解決上述技術(shù)問題,本發(fā)明采用的一種技術(shù)方案是:一種水下用防堵減阻的直管結(jié)構(gòu),包括流道內(nèi)部具多個主螺旋槽的主管段、設(shè)置于所述主管段兩端部中至少一個端部上的轉(zhuǎn)接段,所述轉(zhuǎn)接段內(nèi)具有與所述主螺旋槽相連的漸變螺旋槽,所述漸變螺旋槽自轉(zhuǎn)接段的與主管段的連處向外延伸槽深漸變漸淺,所述主管段與所述轉(zhuǎn)接段外表面上分別交錯分布設(shè)有多個凹坑。
在某些實(shí)施方式中,所述轉(zhuǎn)接段上具有用于管件安裝的法蘭。
在某些實(shí)施方式中,所述轉(zhuǎn)接段的外端部呈圓環(huán)狀。
在某些實(shí)施方式中,所述主管段的水力直徑為D,所述主管段的外徑為E,E的尺寸范圍為1.05D~1.2D毫米。
在某些進(jìn)一步實(shí)施方式中,所述轉(zhuǎn)接段的水力直徑、外徑分別與所述主管段的水力直徑D和外徑E相等。
在某些進(jìn)一步實(shí)施方式中,所述凹坑的凹坑間距F為外徑E的0.10~0.20倍,凹坑直徑G為凹坑間距F的2.5~3.5倍,凹坑深度H為凹坑直徑G的0.1~0.2倍。
在某些實(shí)施方式中,在所述主管段的同一橫截面上,所述主螺旋槽的數(shù)量為3~4個。
在某些實(shí)施方式中,所述主管段的水力直徑為D,每米的主管段內(nèi)主螺旋槽的螺旋角度為45/D~60/D度。
在某些實(shí)施方式中,所述轉(zhuǎn)接段的長度為100~200毫米。
在某些實(shí)施方式中,所述漸變螺旋槽自轉(zhuǎn)接段的內(nèi)端部至外端部,其螺旋發(fā)展的角度為90~240度。
本發(fā)明的范圍,并不限于上述技術(shù)特征的特定組合而成的技術(shù)方案,同時也應(yīng)涵蓋由上述技術(shù)特征或其等同特征進(jìn)行任意組合而形成的其它技術(shù)方案。例如上述特征與本申請中公開的(但不限于)具有類似功能的技術(shù)特征進(jìn)行互相替換而形成的技術(shù)方案等。
由于上述技術(shù)方案運(yùn)用,本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有下列優(yōu)點(diǎn):轉(zhuǎn)接段由圓形截面逐漸過渡發(fā)展成多螺旋形截面,避免因流道截面積突變引起附加水力損失,流體逐漸過渡至旋流狀態(tài),使得含顆粒物的流體在主管段流道內(nèi)旋流,顆粒物受到旋流作用力,顆粒物在旋流作用力下離開流道底部在流道中處于懸浮狀態(tài),因而解決了顆粒在彎管中發(fā)生沉降引起堵塞流道的問題,并且,通過在流道外表面上布置凹坑,減小水流邊界層分離產(chǎn)生的阻力。
附圖說明
圖1為本發(fā)明等軸視圖;
圖2為本發(fā)明縱向剖面示意圖;
圖3為本發(fā)明主視圖;
圖4為本發(fā)明右視圖;
圖5為凹坑橫向分布示意圖;
圖6為主管段中流道的等軸視圖;
圖7為主管段中流道的主視圖;
圖8為主管段中流道的截面圖;
圖9為轉(zhuǎn)接段中流道的等軸視圖;
圖10為轉(zhuǎn)接段中流道的主視圖;
圖11為轉(zhuǎn)接段中流道的截面圖;
其中:1、法蘭;2、轉(zhuǎn)接段;3、主管段;4、凹坑;5.主螺旋槽;6、漸變螺旋槽。
具體實(shí)施方式
如各附圖所示,一種水下用防堵減阻的直管結(jié)構(gòu),包括流道內(nèi)部具多個主螺旋槽5的主管段3、分別設(shè)置于主管段3兩端部的兩個轉(zhuǎn)接段2,主管段3與轉(zhuǎn)接段2外表面上分別開有多個凹坑4。多個凹坑4交錯均勻分布在主管段3與轉(zhuǎn)接段2的外表面上。轉(zhuǎn)接段2的水力直徑與主管段3的水力直徑D相等,對應(yīng)的,轉(zhuǎn)接段2的外徑與主管段3的外徑E也相等。
轉(zhuǎn)接段2內(nèi)具有與主螺旋槽5相連的漸變螺旋槽6,漸變螺旋槽6自轉(zhuǎn)接段2的與主管段3的連處向外延伸槽深漸變漸淺,直至外端部呈圓環(huán)狀。轉(zhuǎn)接段2上具有用于管件安裝的法蘭1。轉(zhuǎn)接段2的長度為100~200毫米。漸變螺旋槽6自轉(zhuǎn)接段2的內(nèi)端部至外端部,其螺旋發(fā)展的角度為90~240度。結(jié)合圖9、圖10和圖11,本實(shí)施例中,轉(zhuǎn)接段2的長度為100毫米,轉(zhuǎn)接段2的水力直徑為50毫米,外徑為60毫米,圓形截面直徑和多螺旋形截面的水力直徑相等,為50毫米,螺旋槽的數(shù)量為4個,從多螺旋形截面螺旋發(fā)展至圓形截面,螺旋發(fā)展的角度為90度。
結(jié)合圖6、圖7和圖8,實(shí)施例主管段3中的主螺旋槽5是三維螺旋扭曲結(jié)構(gòu),在主管段3的同一橫截面上,主螺旋槽5的數(shù)量為4個,實(shí)施例主管段3長400毫米,主管段3內(nèi)主螺旋槽5的螺旋角度為360度。主管段3的水力直徑為D,每米的主管段3內(nèi)主螺旋槽5的螺旋角度為45/D~60/D度。主管段3的水力直徑為D,主管段3的外徑為E,E的尺寸范圍為1.05D~1.2D毫米。本實(shí)施例中,主管段3的水力直徑D為50毫米,主管段3的外徑E為60毫米。凹坑4的凹坑間距F為外徑E的0.10~0.20倍,凹坑直徑G為凹坑間距F的2.5~3.5倍,凹坑深度H為凹坑直徑G的0.1~0.2倍。本實(shí)施例中,如圖3和圖5所示,實(shí)施例凹坑4的凹坑間距為9毫米,凹坑直徑為27毫米,凹坑深度為2毫米。
轉(zhuǎn)接段2由圓形截面逐漸過渡發(fā)展成多螺旋形截面,避免因流道截面積突變引起附加水力損失,流體逐漸過渡至旋流狀態(tài),含顆粒物的流體在主管段3內(nèi)旋流,顆粒物受到旋流作用力,顆粒物在旋流作用力下離開流道底部在流道中處于懸浮狀態(tài),因而解決了顆粒在流道中發(fā)生沉降引起堵塞流道的問題。本發(fā)明用于水下,尤其是海洋環(huán)境,由于水流的粘性作用,水流流過流道外表面時產(chǎn)生邊界層,水流速度越大,邊界層越厚,邊界層厚到一定程度就脫離直管表面,形成邊界層分離,導(dǎo)致直管后面形成對稱的漩渦,漩渦區(qū)越大其壓力越小,而直管前面的水流壓力大,因此直管前后形成壓差,產(chǎn)生阻力;普通管件由于是光滑表面,這種邊界層分離的早,管件后面形成的旋渦區(qū)小,管件前后壓差就很大,導(dǎo)致普通管件在水下的水流阻力大。本發(fā)明在管件外表面上布置交錯均勻分布的凹坑,這些小坑在水流沖擊下產(chǎn)生一些小漩渦,由于這些小漩渦的吸力,管件表面附近的水分子被漩渦吸引,邊界層的分離點(diǎn)被推后,使得管件后面形成的旋渦區(qū)比光滑管件形成的漩渦區(qū)小得多,從而使管件前后壓差所形成的阻力大為減小。
如上,我們完全按照本發(fā)明的宗旨進(jìn)行了說明,但本發(fā)明并非局限于上述實(shí)施例和實(shí)施方法。相關(guān)技術(shù)領(lǐng)域的從業(yè)者可在本發(fā)明的技術(shù)思想許可的范圍內(nèi)進(jìn)行不同的變化及實(shí)施。