CN102513047B - 基于弹性元件的流体分布器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于弹性元件的流体分布器，包括设有总进管(3)和总出管(7)的总管壳体(1)，在总管壳体(1)内设有入口挡板(4)和出口挡板(6)，入口挡板(4)和出口挡板(6)均与总管壳体(1)的内壁密封相连；总管壳体(1)内还设有至少2根的内径相同的支管(5)，支管(5)的轴心线与总管壳体(1)的轴心线相平行，支管(5)的入口端密封的贯穿入口挡板(4)后与总进管(3)相连通，支管(5)的出口端密封的贯穿出口挡板(6)后与总出管(7)相连通；在支管(5)入口端的内壁设置环形凹槽(51)，在环形凹槽(21)内设置环形弹性元件(2)。其可用于化工流程中用于列管排布的换热或传质过程等。
Description
技术领域
本发明涉及一种流体分布器，是化工流程中的重要流体分布装置。
背景技术
流体分布器是化工、炼油、海水淡化等领域的重要化工设备，比如管壳式换热器的列管，列管反应器，塔器上的气体或液体分布器，海水淡化中膜分离装置的排管分布等。良好的流体分布意味着流体从总管道进入排管的各个支管时流量相等，这样不仅使传热、传质的效率得到大幅地提升，还可以使排管的设计精确可控。目前工业中广泛应用的流体分布器多数没有特别设计，造成列管族中各个支管的流量不等，少数如中国专利101584965A对列管中支管的位置和管径进行详细的流体力学计算得到较好的流体分布效果。但是上述设计较为繁琐复杂，不利用规模化推广使用。
目前未见利用弹性元件实现流体分布器的调节功能的例子。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种结构简单、安装方便、检修容易的基于弹性元件的流体分布器，可用于化工流程中用于列管排布的换热或传质过程等。
为了解决上述技术问题，本发明提供一种基于弹性元件的流体分布器，包括设有总进管和总出管的总管壳体，在总管壳体内设有入口挡板和出口挡板，入口挡板和出口挡板均与总管壳体的内壁密封相连；总管壳体内还设有至少2根的内径相同的支管，支管的轴心线与总管壳体的轴心线相平行，支管的入口端密封的贯穿入口挡板后与总进管相连通，支管的出口端密封的贯穿出口挡板后与总出管相连通；在支管入口端的内壁设置环形凹槽，在环形凹槽内设置环形弹性元件。
作为本发明的基于弹性元件的流体分布器的改进：环形弹性元件由橡胶制成。
作为本发明的基于弹性元件的流体分布器的进一步改进：环形弹性元件的宽度w2为环形凹槽的宽度W1的1.04～1.06倍。
环形凹槽的宽度W1等于支管的壁厚的1/2～3/4，环形凹槽的深度H为1.5W1，环形弹性元件的厚度h为1.4W1。
本发明的流体分布器，各个支管的直径相同，其排列方式没有限制，支管头部加装流动控制元件——弹性元件，各个支管的弹性元件规格相同。
本发明的原理是：流体从总管壳体进入各个支管入口端的过程中，由于流道距离和方向的不同，会在各个支管入口端处形成大小不等压力。如果各个支管的直径相同，势必造成压力高的支管流量大，压力小的支管流量小。本发明由于在支管入口端设置了弹性元件，压力高的支管处的弹性元件会发生变形，一定程度地阻塞流道，增加该支管的阻力损失，根据流体力学原理，该支管的流量就会下降；而压力低的支管弹性元件基本不变形，不会增加额外的管路损失。从而实现了各个支管的流量相等，达到流体均布的效果。
附图说明
下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细说明。
图1是本发明的基于弹性元件的流体分布器的结构示意图；
图2是图1中的压力低处的支管5的通流状态示意图；
图3是图1中的压力高处的支管5的通流状态示意图；
图4是图1中的支管5入口端的放大后的局部示意图。
具体实施方式
实施例1、图1～图4结合给出了一种基于弹性元件的流体分布器，包括设有总进管3和总出管7的总管壳体1，在总管壳体1内设有入口挡板4和出口挡板6，入口挡板4和出口挡板6均与总管壳体1的内壁密封相连；入口挡板4和出口挡板6相互平行且均垂直于总管壳体1的轴心线。
总管壳体1内还设有3根内径相同、且长度也相等的支管5(即支管A、支管B、支管C)，3根支管5的轴心线均与总管壳体1的轴心线相平行；具体为：位于中间的那根支管5(即支管A)的轴心线与总管壳体1的轴心线相重合，另2根支管5(即支管B、和支管C)的轴对称的位于总管壳体1的轴心线的两侧。
每根支管5的结构均具体如下：
支管5的入口端密封的贯穿入口挡板4后与总进管3相连通，支管5的出口端密封的贯穿出口挡板6后与总出管7相连通；在支管5入口端的内壁设置环形凹槽51，环形凹槽51的宽度W1等于支管5的壁厚的1/2～3/4；环形凹槽51的深度H为1.5W1。在环形凹槽51内设置环形弹性元件2，该环形弹性元件2的宽度w2为1.05W1，该环形弹性元件2的厚度h＝1.4W1。环形弹性元件2与环形凹槽51形成过盈配合。环形弹性元件2可选用橡胶材料制备而成。
上述流体分布器实际工作时：
海水从总进管3进入各个支管5(即支管A、支管B、支管C)，最终从总出管7被排出。支管A的进口处压力最高，在高压趋势下，支管A上的环形弹性元件2会发生径向变形，如图3所示，变形后使得支管A的流道变得狭窄，流体流量降低；而在支管B、支管C进口处流体压力较低，因此支管B和支管C上的环形弹性元件2的变形较小，支管B和支管C流道相对支管A的宽阔，通流能力强，流量增大。
因此，本发明通过环形弹性元件2在不同压力下的变形不同来控制各个支管5的通流能力，使其具备支管本身对来流压力的自反馈的能力，达到各个支管5流量相等的目的。
为了证明本发明的性能，发明人作了如下实验1：
设置总管壳体1的内径为500mm，每根支管5的内径均为10mm，相邻的支管5的轴心线之间距离均为100mm。
在支管A、支管B和支管C的出口端均设置电磁流量计，流量计的数据传出线密封的穿过总管壳体1而外露。
设置环形凹槽51的宽度W1为3mm，环形凹槽51的深度H为4.5mm，环形弹性元件2的宽度w2为3.15mm，环形弹性元件2的深度h为4.2mm。
总进管3内水的流速为2m/s。
经检测，支管A、支管B和支管C的流量分别为4.715m3/h、4.712m3/h、4.710m3/h。
对比实验1、
取消在支管5入口端的内壁设置环形凹槽51，以及相应的取消环形弹性元件2的设置；其余完全同实施例1。按照实验1设置尺寸及方法进行检测，支管A、支管B和支管C的流量分别为5.13m3/h、4.51m3/h、4.49m3/h。
实验2、将实验1中的总进管3内水的流速改成5m/s。
经检测，支管A、支管B和支管C的流量分别为11.82m3/h、11.77m3/h、11.75m3/h。
对比实验2、将对比实验1中的总进管3内水的流速改成同实验2的流速(即为5m/s)；
经检测，支管A、支管B和支管C的流量分别为14.02m3/h、10.71m3/h、10.60m3/h。
最后，还需要注意的是，以上列举的仅是本发明的若干个具体实施例。显然，本发明不限于以上实施例，还可以有许多变形。本领域的普通技术人员能从本发明公开的内容直接导出或联想到的所有变形，均应认为是本发明的保护范围。
Claims (2)
1.基于弹性元件的流体分布器，包括设有总进管（3）和总出管（7）的总管壳体（1），其特征是：在总管壳体（1）内设有入口挡板（4）和出口挡板（6），所述入口挡板（4）和出口挡板（6）均与总管壳体（1）的内壁密封相连；所述总管壳体（1）内还设有至少2根内径相同的支管（5），所述支管（5）的轴心线与总管壳体（1）的轴心线相平行，所述支管（5）的入口端密封的贯穿入口挡板（4）后与总进管（3）相连通，支管（5）的出口端密封的贯穿出口挡板（6）后与总出管（7）相连通；在支管（5）入口端的内壁设置环形凹槽（51），在环形凹槽（51）内设置环形弹性元件（2）；
所述环形弹性元件（2）的宽度w2为环形凹槽（51）的宽度W1的1.04~1.06倍。
2.根据权利要求1所述的基于弹性元件的流体分布器，其特征是：所述环形弹性元件（2）由橡胶制成。
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