CN106402567A - 水下用防堵减阻的弯管结构 - Google Patents

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丁剑
刘厚林
赵振江
宋向前
王临茹
郭沁涵
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    • F16L—PIPES; JOINTS OR FITTINGS FOR PIPES; SUPPORTS FOR PIPES, CABLES OR PROTECTIVE TUBING; MEANS FOR THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16L55/00—Devices or appurtenances for use in, or in connection with, pipes or pipe systems
    • F16L55/04—Devices damping pulsations or vibrations in fluids
    • F16L55/045—Devices damping pulsations or vibrations in fluids specially adapted to prevent or minimise the effects of water hammer
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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Abstract

一种水下用防堵减阻的弯管结构，包括弯管、设置于所述弯管两端部的进口法兰与出口法兰，所述弯管流道内部沿其长度方向设置有多个螺旋槽，所述主管段与所述转接段外表面上分别开有多个凹坑。用于水下环境中输送含颗粒物的流体时，通过在弯管内加工多个螺旋槽来增强弯管中流体的旋流作用，使得含颗粒物的流体在弯管流道内旋流，颗粒物受到旋流作用力，处于悬浮状态，避免因弯管二次流效应导致的固体颗粒物沉积，有效的防止颗粒物堵塞弯管；通过在弯管外表面上布置所述表面凹坑，减小水流边界层分离产生的阻力。

Description

水下用防堵减阻的弯管结构
技术领域
本发明涉及一种水下用防堵减阻的弯管结构。
背景技术
全球经济的飞速发展和陆地资源的短缺，推动了海洋矿产资源的开发进程，目前公知的海洋矿产资源有石油、砂矿、可燃冰、锰金属结核等，对于这类资源的开发，其重要的步骤是管件的输送过程。公知石油、水合物、矿石等资源含有颗粒物，其流动过程中由于颗粒的重力等影响颗粒会发生沉降，普通管件在输送这类介质时存在以下不足：含有颗粒物的流体进入普通管件后，由于重力的影响，密度大的颗粒物速度降低并发生沉降，流体在管件中心区运动，而颗粒物在管件底部运动，随着颗粒物速度的继续降低，管件底部的颗粒发生堆积，不仅导致管件堵塞而且会引起管件内壁的过早磨损；管件用于水下，尤其是海洋环境，由于水流的粘性作用，水流流过管件外表面时产生边界层，水流速度越大，边界层越厚，边界层厚到一定程度就脱离管件表面，形成边界层分离，导致管件后面形成对称的漩涡，漩涡区越大其压力越小，而管件前面的水流压力大，因此管件前后形成压差，产生阻力；普通管件由于是光滑表面，这种边界层分离的早，管件后面形成的旋涡区小，管件前后压差就很大，导致普通管件在水下的水流阻力大。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种水下用防堵减阻的弯管结构。
为了解决上述技术问题，本发明采用的一种技术方案是：一种水下用防堵减阻的弯管结构，包括弯管、设置于所述弯管两端部的进口法兰与出口法兰，所述弯管流道内部沿其长度方向设置有多个螺旋槽，所述主管段与所述转接段外表面上分别开有多个凹坑。
在某些实施方式中，多个所述凹坑交错均匀分布在所述弯管外表面上。
在某些实施方式中，所述弯管的弯曲角度为45～90度。与标准弯管角度一致，方便更换。
在某些实施方式中，所述螺旋槽由弯管的进口处螺旋发展至出口处。
在某些实施方式中，由弯管的进口处至出口处，所述螺旋槽的螺旋角度为90～180度。
在某些实施方式中，在所述主管段的同一横截面上，所述螺旋槽的数量为3～4个。
在某些实施方式中，所述螺旋槽是三维螺旋扭曲结构。
在某些实施方式中，所述表面凹坑的凹坑间距B为弯管外径的0.10～0.20倍，表面凹坑直径C为凹坑间距B的2.5～3.5倍，凹坑深度D为凹坑直径C的0.1～0.2倍。
在某些实施方式中，所述渐变螺旋槽自转接段的内端部至外端部，其螺旋发展的角度为90～240度。
在某些实施方式中，所述弯管外径为110毫米，弯管中心至端面的长度为120毫米，弯管内水力直径为80毫米，进口法兰与出口法兰外径229毫米，进口法兰与出口法兰内径102毫米。
本发明的范围，并不限于上述技术特征的特定组合而成的技术方案，同时也应涵盖由上述技术特征或其等同特征进行任意组合而形成的其它技术方案。例如上述特征与本申请中公开的（但不限于）具有类似功能的技术特征进行互相替换而形成的技术方案等。
由于上述技术方案运用，本发明与现有技术相比具有下列优点：用于水下环境中输送含颗粒物的流体时，通过在弯管内加工多个螺旋槽来增强弯管中流体的旋流作用，使得含颗粒物的流体在弯管流道内旋流，颗粒物受到旋流作用力，处于悬浮状态，避免因弯管二次流效应导致的固体颗粒物沉积，有效的防止颗粒物堵塞弯管；通过在弯管外表面上布置所述表面凹坑，减小水流边界层分离产生的阻力。
附图说明
图1为本发明等轴视图；
图2为本发明纵向剖面示意图；
图3为弯管结构主视图；
图4为弯管结构右视图；
图5为弯管结构俯视图；
图6为附图3的A-A剖面图；
图7为螺旋槽道等轴视图；
图8为螺旋槽道主视图；
图9为螺旋槽道俯视图；
图10为螺旋槽道右视图；
图11为螺旋槽道截面图；
其中：1、进口法兰；2、出口法兰；3、弯管；4、凹坑；5.螺旋槽。
具体实施方式
如各附图所示，一种水下用防堵减阻的弯管结构，包括弯管3、设置于弯管3两端部的进口法兰1与出口法兰2。
弯管3流道内部沿其长度方向设置有多个螺旋槽5，主管段3与转接段2外表面上分别开有多个凹坑4。螺旋槽5用于防止颗粒物堵塞弯管3。凹坑4用于减小水力阻力。
本实施例中，弯管3角度为90度，弯管3外径为110毫米，弯管3中心至端面的长度为120毫米，弯管3内螺旋槽5的水力直径为80毫米，进口法兰1与出口法兰2外径229毫米，法兰内径102毫米，螺栓孔中心圆直径190.5毫米；表面凹坑4交错均匀分布在弯管3外表面上。螺旋槽5由弯管3的进口处螺旋发展至出口处。
由弯管3的进口处至出口处，螺旋槽5的螺旋角度为90度。即弯管3由进口0°螺旋扭曲变化至出口90°。螺旋槽5是三维螺旋扭曲结构。在主管段3的同一横截面上，实施例螺旋槽5的横截面为3个螺旋槽口，
如附图3、6所示，实施例中，表面凹坑4的凹坑间距B为12毫米，表面凹坑直径C为32毫米，凹坑深度D为2毫米。
本发明在弯管3外表面上布置交错均匀分布的凹坑4，这些小坑在水流冲击下产生一些小漩涡，由于这些小漩涡的吸力，弯管3表面附近的水分子被漩涡吸引，边界层的分离点被推后，使得弯管3后面形成的旋涡区比光滑弯管3形成的漩涡区小得多，从而使弯管3前后压差所形成的阻力大为减小，即管件在水下的水流阻力较小。
流体进入普通弯管3后，由于离心力的原因，外侧的流体先为增压过程，而内侧的压强逐渐下降，压强差驱使内外侧的流动产生二次流现象，而流体中的颗粒物由于重力作用在弯管3外侧运动，由于外侧的流体压强提高，使得外侧流体速度下降，颗粒物受到的流体作用力减小，容易发生沉积，成而堵塞流道。本发明的弯管3中设置多个螺旋槽5，弯管3中的流体通过截面为多个螺旋槽口，螺旋槽由弯管3进口螺旋发展至弯管3出口；螺旋状流道引入旋流作用，使弯管3中的流体不仅受到一个离心力的作用，同时受到旋流作用力，颗粒物在旋流作用力下离开弯管3外侧，避免了颗粒物在弯管3外侧速度降低，因而解决了颗粒物在弯管3中发生沉降堵塞流道的问题。
如上，我们完全按照本发明的宗旨进行了说明，但本发明并非局限于上述实施例和实施方法。相关技术领域的从业者可在本发明的技术思想许可的范围内进行不同的变化及实施。

Claims (9)

1.一种水下用防堵减阻的弯管结构，其特征在于：包括弯管（3）、设置于所述弯管（3）两端部的进口法兰（1）与出口法兰（2），所述弯管（3）流道内部沿其长度方向设置有多个螺旋槽（5），所述主管段（3）与所述转接段（2）外表面上分别开有多个凹坑（4）。
2.根据权利要求1所述的水下用防堵减阻的弯管结构，其特征在于：多个所述凹坑（4）交错均匀分布在所述弯管（3）外表面上。
3.根据权利要求1所述的水下用防堵减阻的弯管结构，其特征在于：所述弯管（3）的弯曲角度为45～90度。
4.根据权利要求1所述的水下用防堵减阻的弯管结构，其特征在于：所述螺旋槽（5）由弯管（3）的进口处螺旋发展至出口处。
5.根据权利要求1所述的水下用防堵减阻的弯管结构，其特征在于：由弯管（3）的进口处至出口处，所述螺旋槽（5）的螺旋角度为90～180度。
6.根据权利要求1所述的水下用防堵减阻的弯管结构，其特征在于：在所述主管段（3）的同一横截面上，所述螺旋槽（5）的数量为3～4个。
7.根据权利要求1所述的水下用防堵减阻的弯管结构，其特征在于：所述螺旋槽（5）是三维螺旋扭曲结构。
8.根据权利要求1所述的水下用防堵减阻的弯管结构，其特征在于：所述表面凹坑（4）的凹坑间距B为弯管（3）外径的0.10～0.20倍，表面凹坑直径C为凹坑间距B的2.5～3.5倍，凹坑深度D为凹坑直径C的0.1～0.2倍。
9.根据权利要求1所述的水下用防堵减阻的弯管结构，其特征在于：所述弯管（3）外径为110毫米，弯管（3）中心至端面的长度为120毫米，弯管（3）内水力直径为80毫米，进口法兰（1）与出口法兰（2）外径229毫米，进口法兰（1）与出口法兰（2）内径102毫米。
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