CN103339431A - 去湍流环 - Google Patents
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Abstract
本主题涉及一种用于管道耦接器单元（1）的去湍流环（TFR）（10）。该TFR（10）包括形成具有预定直径的封闭回路的主体部（26）、从该主体部（26）沿轴向方向延伸的腹板部（14），从主体部（26）沿径向向外的方向延伸的配件边缘（16），以及具有大致平坦的顶部表面（20）的凸起部分（18）。该凸起部分（18）从主体部（26）沿径向向内的方向延伸。
Description
技术领域
本主题涉及管道耦接器单元（pipe-coupler unit），并尤其地，但非唯一地，涉及在管道耦接器单元中所使用的去湍流环（turbulence free ring）（TFR）。
背景技术
通常，管道系统将流体从一个点运送至另一个点。在地下应用设施（例如自流井（bore well））中，管道系统在大地表面之下延伸数米。而且，在这些地下管道系统中使用了大容量电机，以将水从源头抽取到另一个兴趣点。
通常，流体（例如水）以尽可能高效的方式从地下水源被抽取到另一个兴趣点。这在减少电机运行成本、提高管道接头的寿命、降低磨损和断裂组件数量、使用更加耐用的组件等方面均存在策略。
发明内容
本文说明了一种去湍流环（TFR）。在一个实施例中，将流体从一点运输至另一点的管道系统中的管道耦接器单元包括TFR。在一个实施例中，TFR包括：形成具有预定直径的封闭回路的主体部、从该主体部沿轴向方向延伸的腹板部（webbed portion）、从该主体部沿径向向外的方向延伸的配件边缘，以及具有大致平坦的顶部表面的凸起部分。该凸起部分从主体部沿径向向内的方向延伸。
参考以下说明和随附的权利要求书，本主题的这些以及其它的特征、方面，和优点将被更好地理解。所提供的本发明内容以简化的形式介绍了概念的选择。本发明内容既不旨在确定提出权利要求的本主题的关键特征或要素，也不意图用于限制提出权利要求的本主题的范围。
附图说明
具体实施方式是参考附图进行说明的，在这些附图中，参考编号中最左边的数字标识了该参考编号第一次出现的附图。贯穿这些附图，使用了相同的编号来指示相同的特征和组件。
图1示出了依据本主题的实施例处于组装处理过程中的管道耦接器单元的横截面图；
图2示出了依据本主题的实施例的处于已组装状态下的具有去湍流环（TFR）的图1中的管道耦接器单元；
图3示出了依据本主题的实施例的TFR的横截面图。
具体实施方式
管道系统通常将流体从一个兴趣点运输至另一个兴趣点。在一个示例中，管道系统可被安装在地下，以便将地下水从源头运输至另一个兴趣点（例如地平面以上的水处理工厂）。进一步地，在非常长的地下管道系统中，利用了大容量电机以从源头抽取地下水。通常，在这些非常长的地下管道系统中，期望具有高水平流动效率和低运行成本。流动效率可用从源头汲取的水的体积与兴趣点处（例如，水处理工厂）输出水的体积之比来测量。而且，为了使管道系统的水量输出最大化，要获得大致成层流的流体。在非常长的地下管道系统中，所运输的流体（例如水）需要被运送极长的距离。而且，该运输要以沿流体路径产生最小损失的方式执行。此外，由于管道系统非常长，即使是轻微的损失也将会被大比例放大。因此，为了在流体流动的过程中提供均匀的流动表面，按照惯例是使用诸如提供平滑的管道及耦接器内表面，以及减少不均匀弯曲数量和管道直径大小变化的技术。
进一步地，在已知的管道系统中，在接头处（例如管道耦接器接头）合并了密封件（例如垫圈），以减少流体泄漏的机会。为了将管道系统长度缩短成更短的多个管道耦接器部分，可提供管道耦接器单元。这在简化管道系统的安装和便于管道系统维护的方面是有益的。一般地，管道耦接器单元包括与耦接器耦接的管道，并且多个这样的管道耦接器单元可通过诸如螺纹的紧固件彼此耦接，以便形成管道系统。
而且，在管道系统的组装过程中，在耦接器内耦接的管道之间可能形成间隙。这种间隙使流动横截面产生突变，并且扰乱了流动流体的运动。由于在管道耦接器单元内所有固定的和可移除的管道接口处都可能存在间隙，流体流动阻力被加剧。由于引起了湍流流体流，影响了该管道系统的其它组件（诸如泵电机、叶轮和轴承）的寿命和性能。因此，在长期运行中，系统输出减少，导致了财政损失。
本主题说明了一种去湍流环（TFR），在一个实施例中，该TFR包括形成具有预定直径的封闭回路的主体部。而且，该TFR具有从该主体部沿轴向方向延伸的腹板部、从该主体部沿径向向外的方向延伸的配件边缘，以及，具有大致平坦的顶部表面的凸起部分。该凸起部分从主体部沿径向向内的方向延伸。在所述实施例中，TFR的轴垂直于环的平面延伸穿过环的中心。
管道系统是由多个管道耦接器单元构成的，管道耦接器单元包括被耦接至耦接器上的固定管道。该固定管道的自由端与后续管道耦接器单元的耦接器耦接，由此继续。在此后，后续管道耦接器单元的固定管道被称为可移除管道。
为进行解释的目的，在此后讨论了单个管道耦接器单元，即，单个固定管道、可移除管道和耦接器。本领域技术人员将体会到的是，在整个该系统中，这些管道耦接器单元被重复多次使用。
在一个实施例中，管道耦接器单元包括以不可移除的方式被紧固在耦接器上的固定管道。这种永久的连接借助了锁定器件，诸如钢丝锁机构。然后，在管道系统的组装过程中，将可移除管道以可移除的方式紧固到耦接器上。固定管道和耦接器的接口处以及还有可移除管道和耦接器接口处的间隙使用垫圈和密封环来密封。
在一个实施例中，TFR被装配在耦接器中的固定管道和可移除管道之间形成的间隙中。在所述实施例中，TFR可配备有与间隙形状相对应的外形轮廓。通过这种方式，可便于将TFR压合到所述间隙中。
在管道系统的组装过程中，可移除管道被紧固到耦接器的可移除管道耦接器端部。随着可移除管道被插入耦接器中，可移除管道在被装配到间隙中的TFR上施加力。因此，由于可移除管道在TFR上施加的压缩力，以及，由固定管道施加的相应的反作用力，TFR的凸起部分在向上的方向上延伸。最后，当可移除管道被牢固地紧固到耦接器上时，TFR被压缩成该TFR的顶部表面使其本身与管道部分（即，固定管道和可移除管道）的内表面对齐这样的程度。这样，流体流保持为层叠状或流线型，因此增加了管道系统的输出量。而且，降低了辅助组件（诸如泵电机、叶片和轴承）上的额外负载。
本主题的这些的和其它的优点结合附图更加详细地进行了说明。
图1示出了依据本主题的实施例，在组装处理过程中的管道耦接单元1的横截面图。管道耦接器单元1包括耦接器8和固定管道4。该固定管道4可经由耦接件（诸如螺纹和钢丝锁机构）被耦接至耦接器8。可移除管道6被示出为，沿附图中箭头所示的方向，进入耦接器8的可移除管道耦接器端部。在一个实施例中，可移除管道6可以是后续管道耦接单元1的固定管道。进一步地，在图1中示出了间隙区域2，其是在固定管道4和可移除管道6之间后来形成的。此外，沿耦接器8的内侧排列有内部凹槽22。
在一个实施例中，耦接件在耦接器8的内侧和固定管道4的外侧具有螺纹的形式。耦接器8的内螺纹与固定管道4的外螺纹相接合，以将固定管道4与耦接器8紧固在一起。
在一个实施例中，耦接器8和固定管道4具有数量相等的对应螺纹。以这种方式，管道系统和管道耦接器单元1上的负载可以均衡分布。进而，由于负载的均衡分布，可改善管道系统的稳定性和寿命。
在另一个实施例中，耦接器8和固定管道4具有个数不等的对应螺纹。在所述实施例中，螺纹的数量可以不等，用以在管道耦接器单元1中容纳额外的密封或锁定机构。在一个示例中，在管道耦接器单元1中可提供钢丝锁定机构，其处于与管道耦接器的任一端部或所有两个端部（即固定管道耦接器端部和可移除管道耦接器端部）处的螺纹相邻的凹槽中。
在另一个实施例中，固定管道4和耦接器8配备有锥体以有利于锥形装配。在所述实施例中，该锥体是通过减少固定管道4的外直径和耦接器8的内直径来提供的。在一个示例中，固定管道4的外直径向固定管道4的外周边缘缩小。
在管道耦接器单元1中，由于间隙2，流动直径发生突变，即，流动直径增大和缩小，这导致流体的层流被扰乱，引起突然的漩涡和/或流体的翻滚运动。这种湍流可在管道系统中引起有害效果，诸如流动速率降低以及在泵电机（未示出）上增加额外的负载。如图1所示，在间隙区域2中，固定管道内直径D突然增大至耦接器内直径D’。随着流体进入管道耦接器单元1，固定管道内直径D充当了流体有效流动直径。而且，随着流体经过间隙2，有效流动直径变成耦接器内直径D’。由于所述流动直径突然增大，间隙2起到了湍流点的作用。
图2示出了依据本主题实施例的在图1中所示出的处于已组装状态下的管道耦接器单元1，其在间隙2中提供有TFR10。在所述实施例中，在固定管道4和可移除管道6之间提供了TFR10。为清楚起见，与图1中示出的具有相同参考编号的部件在图2中未标注。TFR10有效地连接间隙2，为流体流动提供了水平的表面。该水平表面使流体以流线型的方式流过。在一个实施例中，TFR10包括：腹板部14、配件边缘16，和具有顶部表面20的凸起部分18，在后续阶段将对此详细介绍。水平且均匀的表面有效降低了流体流动的阻力，其进而降低了管道系统组件（诸如泵电机、叶片，和轴承）上的负载，因此增加了这些辅助组件的寿命。在一个实施例中，TFR10被设计成具有与间隙2的横截面形状大致相对应的横截面形状，以提供水平且均匀的表面。
在管道系统的组装过程中，可移除管道6与耦接器8的可移除管道耦接器端部耦接。随着可移除管道6被插入耦接器8中，可移除管道6在间隙2中的TFR10上施加压缩力，因此，由于可移除管道6在TFR10上施加的压缩力和固定管道4施加的相应的反作用力，TFR10的凸起部分18沿向上方向朝向管道耦接器单元1的中心进一步延伸。最终，在一个实施例中，当可移除管道6被牢固地紧固到耦接器8上时，TFR10被压缩成TFR10凸起部分18的顶部表面（20）使其本身与管道耦接器单元1的内表面对齐这样的程度。在一个实施例中，管道耦接器单元1的内表面可以是固定管道4和可移除管道6的内表面，流体沿该内表面流动。以这种方式，TFR10的顶部表面20与管道耦接器单元1的内表面大致对齐。
图3示出了依据本主题的实施例的TFR10的横截面。如早前所提及的，TFR10的横截面形状或轮廓被提供成与固定管道4、可移除管道6和耦接器8之间的间隙2的形状大致相似。
如图3所示，在所述实施例中，TFR10被配置成关于其垂直轴12对称。在所述实施例中，垂直轴12通过TFR10的配件边缘16和凸起部分18的中心。
在一个实施例中，TFR10包括主体部26。该主体部26在封闭回路中延伸形成TFR10的环状结构。该环状结构的直径可根据固定管道内直径D和耦接器内直径D’选定。TFR10可进一步包括腹板部14，其参考通过TFR10中心与TFR10的平面垂直的TFR10的轴，从主体部26沿轴向方向延伸。而且，通过在间隙2中提供大致封闭的装配，腹板部14有利于将TFR10稳定地装配在管道耦接器单元1中。
此外，TFR10可包括配件边缘16，其从主体部26沿径向向外的方向延伸。该配件边缘16以紧密装配的方式装配在耦接件8内侧所提供的内部凹槽22中（图1所示出的）。在一个实施例中，配件边缘16的宽度比内部凹槽22的宽度更大，以便促进对TFR10进行压配合。进一步地，TFR10可包括凸起部分18。在一个实施例中，凸起部分18可以是主体部26的延伸部，在所述实施例中，凸起部分18在与配件边缘16相反的方向上从主体部26沿径向向内的方向延伸。而且，该凸起部分18的顶部表面20可以是大致平坦的，以向流体流提供水平且均匀的表面。
在一个示例中，凸起部分18的顶部表面20可以是大致平坦的。在所述示例中，在组装管道耦接器单元1之前，可将TFR10的高度提供成比间隙2的深度小。在所述示例中，在完成组装之前，凸起部分18的顶部表面20位于管道耦接器单元1的内表面以下。在一个实施例中，组装前，凸起部分18的顶部表面20位于管道耦接器单元1的内表面以下0.2mm处。TFR10的高度可用配件边缘16的底部到顶部表面20的距离进行测量，并且可从内部凹槽22底部到管道耦接器单元1内表面来测量间隙2的深度。TFR10被配置成顶部表面10在管道耦接器单元1内表面以下，以便补偿管道系统的管道中尺寸公差的任意误差。
如早前所说明的，在管道耦接器单元1的组装处理过程中，可移除管道6在TFR10上施加压缩力。而且，固定管道4在TFR10上施加相应的反作用力，这导致凸起部分18上升，使得在管道耦接器单元1的组装状态下，凸起部分18的顶部表面20与管道耦接器单元1的内表面大致对齐。在一个示例中，在已组装状态下，凸起部分18的顶部表面20位于管道耦接器单元1的内表面以下0.1mm处。正如早前所说明的，为了补偿尺寸公差中的任意误差，TFR10被配置成，在组装后，凸起部分18的顶部表面20位于管道耦接器单元1的内表面以下。在这样的情况下与在凸起部分18的顶部表面20位于管道耦接器单元1内表面以上的情况下相比，在液体流入的压力头（pressure head）上的任意损失将相对更少。
在一个示例中，凸起部分18的顶部表面20可以是凹陷的。在所述示例中，顶部表面20朝向管道耦接器单元1的内表面凹陷。在所述示例中，凸起部分18可被提供成与管道耦接单元1的内表面大致对齐。在如早前所说明的组装过程中，随着可移除管道6被插入管道耦接单元1，该可移除管道6在TFR10上施加压缩力。而且，固定管道4在TFR10上提供反作用力，并且结果，具有凹陷形状的凸起部分18的顶部表面20升起成大致平坦的，并与管道耦接器单元1的内表面对齐。因此，在所述示例中，在管道耦接单元1的已组装状态下，提供了大致平坦的TFR10的顶部表面20。
在一个实施例中，取决于所使用的管道系统的直径，顶部表面20的宽度W在4mm和15mm之间。在一个实施例中，固定管道4和可移除管道6的直径可在约1英寸和6英寸之间的范围内。取决于这些值，以上所提及的TFR10的大小是可变化的。
在一个实施例中，TFR10的宽度在10mm和20mm之间。而且，TFR10是由提供密封特性以抵抗各种流体的材料（例如橡胶）制成的。
在一个实施例中，凸起部分18经由弯曲部分24变换成腹板部14。该弯曲部分24促使凸起部分18高度延伸，同时基本上保持顶部表面20大致平坦。在一个实施例中，弯曲部分24的半径被配置成在约0.75mm至约2mm范围内。
依据本主题，TFR10提供了水平流动表面，因此，减少了管道系统中湍流流体流。因此，在相当大的程度上降低了管道系统中各个辅助组件（诸如电机、轴承，和叶片）上的负载，从而，增加了管道系统中这些辅助组件的使用寿命。TFR10可由弹性材料（例如天然或合成橡胶）制成，这也是成本效益高的。在一个实施例中，TFR10可由EPDM（三元乙丙EthylenePropylene Diene Monomer）橡胶制成，因为其提供了抗水性以及密封剂的性能。
而且，依据本主题，TFR10提供了额外的密封性，以抵抗流体流入和流体从管道系统泄漏。
依据本主题，TFR10通过降低流体系统中的湍流提高了管道系统的寿命。由于这一点，消除了由于在负载支承点处流动的湍流造成的负载不平衡，使产出率最大化，并使抽水系统的运行成本最小化。
虽然本主题已经参考其特定实施例进行了相当详细的说明，但是其它实施例也是可能的。应该理解的是，所附的权利要求书不必限制于本文所说明的特征。而是，这些特征是作为去湍流环和具有去湍流环的管道耦接器单元的实施例而被揭示的。
权利要求书(按照条约第19条的修改)
1.一种用于管道耦接器单元（1）的去湍流环（10），所述去湍流环（10）包括：
主体部（26），其形成具有预定直径的封闭回路；
腹板部（14），其从所述主体部（26）沿轴向方向延伸；
配件边缘（16），其从所述主体部（26）沿径向向外的方向延伸；以及
凸起部分（18），其具有大致平坦的顶部表面（20），所述凸起部分（18）从所述主体部（26）沿径向向内的方向延伸，其中，所述腹板部（14）中的每一个都经由弯曲部分（24）被连接至所述凸起部分（18）。
2.如权利要求1所述的去湍流环（10），其中，所述去湍流环（10）通过所述配件边缘（16）被装配在所述管道耦接器单元（1）的耦接器（8）的内凹槽（22）中。
3.如权利要求1所述的去湍流环（10），其中，在所述管道耦接器单元（1）的已装配状态下，所述凸起部分（18）的所述顶部表面（20）大致与所述管道耦接器单元（1）的固定管道（4）和可移除管道（6）的内表面对齐。
4.如权利要求3所述的去湍流环（10），其中，在所述已装配状态下，所述凸起部分（18）的所述顶部表面（20）位于所述固定管道（4）和所述可移除管道（6）的内表面以下。
5.如权利要求4所述的去湍流环（10），其中，所述凸起部分（18）的所述顶部表面（20）位于所述固定管道（4）和所述可移除管道（6）的内表面以下0.1毫米处。
6.如权利要求1所述的去湍流环（10），其中，所述去湍流环（10）具有关于轴（12）对称的横截面，所述轴（12）通过所述配件边缘（16）和所述凸起部分（18）的中心。
7.如权利要求1所述的去湍流环（10），其中，所述去湍流环（10）由弹性材料制成。
8.如权利要求1所述的去湍流环（10），其中，所述去湍流环（10）由EPDM（三元乙丙）橡胶制成。
9.一种管道耦接器单元（1），包括：
耦接器（8），其具有固定管道耦接器端部和可移除管道耦接器端部；以及
固定管道（4），其被耦接至所述固定管道耦接器端部；
其特征在于：
所述耦接器（8）包括设置在所述耦接器（8）的内部凹槽（22）中的去湍流环（10），所述去湍流环（10）包括：
主体部（26），其形成具有预定直径的封闭回路；
腹板部（14），其从所述主体部（26）沿轴向方向延伸；
配件边缘（16），其从所述主体部（26）沿径向向外的方向延伸；以及
凸起部分（18），其具有大致平坦的顶部表面（20），所述凸起部分（18）从所述主体部（26）沿径向向内的方向延伸，其中，所述腹板部（14）中的每一个都经由弯曲部分（24）被连接至所述凸起部分（18）。
10.如权利要求9所述的管道耦接器单元（1），其中，所述去湍流环（10）通过所述配件边缘（16）被装配在所述耦接器（8）的所述内部凹槽（22）中。
11.如权利要求9所述的管道耦接器单元（1），其中，所述耦接器（8）包括：
在所述固定管道耦接器端部的固定管道耦接器端部螺纹，以耦接所述固定管道（4）；以及
在所述可移除管道耦接器端部的可移除管道耦接器端部螺纹，以耦接可移除管道（6）。
12.如权利要求11所述的管道耦接器单元（1），其中，所述固定管道耦接器端部螺纹和所述可移除管道耦接器端部螺纹的数量相等。
13.如权利要求9所述的管道耦接器单元（1），其中，所述去湍流环（10）设置在所述固定管道（4）和所述可移除管道（6）之间的区域中。
14.如权利要求9所述的去湍流环（10），其中，在所述已装配状态下，所述去湍流环（10）的所述凸起部分（18）的所述顶部表面（20）位于所述固定管道（4）的内表面以下。
15.如权利要求14所述的去湍流环（10），其中，所述凸起部分（18）的所述顶部表面（20）位于所述固定管道（4）的内表面以下0.1毫米处。
说明或声明(按照条约第19条的修改)
根据19条(1)的声明
为答复国际检索报告(ISR)所提出的缺陷，本申请已修改原独立权利要求1和8，并加入了四项新的权利要求。
原独立权利要求1和8分别被修改并重新编号成独立权利要求1和9。所修改的独立权利要求的修改基础如下：
1.对于所修改的权利要求1和8：
在修改后的权利要求1和8中，将特征“凸起部分(18)，其具有大致平坦的顶部表面(20)，其中，所述凸起部分(18)从所述主体部(26)沿径向向内的方向延伸”修改成“凸起部分(18)，其具有大致平坦的顶部表面(20)，所述凸起部分(18)从所述主体部(26)沿径向向内的方向延伸，其中，所述腹板部(14)中的每一个都经由弯曲部分(24)被连接至所述凸起部分(18)”。对权利要求1和8的修改是通过加入权利要求4的限定部分，并基于所提交的说明书的第[0037]段做出的。
3.对于新加入的权利要求4、5、14和15：
新权利要求4、5、14和15以及24已被加入。加入这些权利要求的基础可从所提交的说明书的第[0033]段找到。其可推断出，在管道耦接器单元中的去湍流环已组装的状态下，凸起部分可位于该管道耦接器单元的固定管道和可移除管道的内表面以下。该凸起部分可位于固定和可移除管道的内表面以下0.1毫米处。
申请人认为修改后的权利要求书的范围在原始提交的主题范围内，并未加入新的主题。申请人同时认为修改后的权利要求书相对于ISR中所引用的现有技术文献D1-D4具有新颖性并具备创造性。
Claims (12)
1.一种用于管道耦接器单元（1）的去湍流环（10），所述去湍流环（10）包括：
主体部（26），其形成具有预定直径的封闭回路；
腹板部（14），其从所述主体部（26）沿轴向方向延伸；
配件边缘（16），其从所述主体部（26）沿径向向外的方向延伸；以及
凸起部分（18），其具有大致平坦的顶部表面（20），其中，所述凸起部分（18）从所述主体部（26）沿径向向内的方向延伸。
2.如权利要求1所述的去湍流环（10），其中，所述去湍流环（10）通过所述配件边缘（16）被装配在所述管道耦接器单元（1）的耦接器（8）的内凹槽（22）中。
3.如权利要求1所述的去湍流环（10），其中，在所述管道耦接器单元（1）的已装配状态下，所述凸起部分（18）的所述顶部表面（20）大致与所述管道耦接器单元（1）的固定管道（4）和可移除管道（6）的内表面对齐。
4.如权利要求1所述的去湍流环（10），其中，所述腹板部（14）中的每一个都经由弯曲部分（24）被连接至所述凸起部分（18）。
5.如权利要求1所述的去湍流环（10），其中，所述去湍流环（10）具有关于轴（12）对称的横截面，所述轴（12）通过所述配件边缘（16）和所述凸起部分（18）的中心。
6.如权利要求1所述的去湍流环（10），其中，所述去湍流环（10）由弹性材料制成。
7.如权利要求1所述的去湍流环（10），其中，所述去湍流环（10）由EPDM（三元乙丙）橡胶制成。
8.一种管道耦接器单元（1），包括：
耦接器（8），其具有固定管道耦接器端部和可移除管道耦接器端部；以及
固定管道（4），其被耦接至所述固定管道耦接器端部；
其特征在于：
所述耦接器（8）包括设置在所述耦接器（8）的内部凹槽（22）中的去湍流环（10），所述去湍流环（10）包括：
主体部（26），其形成具有预定直径的封闭回路；
腹板部（14），其从所述主体部（26）沿轴向方向延伸；
配件边缘（16），其从所述主体部（26）沿径向向外的方向延伸；以及
凸起部分（18），其具有大致平坦的顶部表面（20），其中，所述凸起部分（18）从所述主体部（26）沿径向向内的方向延伸。
9.如权利要求8所述的管道耦接器单元（1），其中，所述去湍流环（10）通过所述配件边缘（16）被装配在所述耦接器（8）的所述内部凹槽（22）中。
10.如权利要求8所述的管道耦接器单元（1），其中，所述耦接器（8）包括：
在所述固定管道耦接器端部的固定管道耦接器端部螺纹，以耦接所述固定管道（4）；以及
在所述可移除管道耦接器端部的可移除管道耦接器端部螺纹，以耦接可移除管道（6）。
11.如权利要求10所述的管道耦接器单元（1），其中，所述固定管道耦接器端部螺纹和所述可移除管道耦接器端部螺纹的数量相等。
12.如权利要求8所述的管道耦接器单元（1），其中，所述去湍流环（10）设置在所述固定管道（4）和所述可移除管道（6）之间的区域中。
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