CN106439371A - 水下用防堵减阻的直管结构 - Google Patents

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Abstract

一种水下用防堵减阻的直管结构，包括流道内部具多个主螺旋槽的主管段、设置于主管段两端部中至少一个端部上的转接段，转接段内具有与主螺旋槽相连的渐变螺旋槽，渐变螺旋槽自转接段的与主管段的连处向外延伸槽深渐变渐浅，主管段与转接段外表面上分别交错分布设有多个凹坑。转接段由圆形截面逐渐过渡发展成多螺旋形截面，避免因流道截面积突变引起附加水力损失，流体逐渐过渡至旋流状态，使得含颗粒物的流体在主管段流道内旋流，颗粒物受到旋流作用力，颗粒物在旋流作用力下离开流道底部在流道中处于悬浮状态，因而解决了颗粒在弯管中发生沉降引起堵塞流道的问题，并且，通过在流道外表面上布置凹坑，减小水流边界层分离产生的阻力。

Description

水下用防堵减阻的直管结构
技术领域
本发明涉及一种水下用防堵减阻的直管结构。
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直管结构。
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直管结构，包括流道内部具多个主螺旋槽的主管段、设置于所述主管段两端部中至少一个端部上的转接段，所述转接段内具有与所述主螺旋槽相连的渐变螺旋槽，所述渐变螺旋槽自转接段的与主管段的连处向外延伸槽深渐变渐浅，所述主管段与所述转接段外表面上分别交错分布设有多个凹坑。
在某些实施方式中，所述转接段上具有用于管件安装的法兰。
在某些实施方式中，所述转接段的外端部呈圆环状。
在某些实施方式中，所述主管段的水力直径为D，所述主管段的外径为E，E的尺寸范围为1.05D～1.2D毫米。
在某些进一步实施方式中，所述转接段的水力直径、外径分别与所述主管段的水力直径D和外径E相等。
在某些进一步实施方式中，所述凹坑的凹坑间距F为外径E的0.10～0.20倍，凹坑直径G为凹坑间距F的2.5～3.5倍，凹坑深度H为凹坑直径G的0.1～0.2倍。
在某些实施方式中，在所述主管段的同一横截面上，所述主螺旋槽的数量为3～4个。
在某些实施方式中，所述主管段的水力直径为D，每米的主管段内主螺旋槽的螺旋角度为45/D～60/D度。
在某些实施方式中，所述转接段的长度为100～200毫米。
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。
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：转接段由圆形截面逐渐过渡发展成多螺旋形截面，避免因流道截面积突变引起附加水力损失，流体逐渐过渡至旋流状态，使得含颗粒物的流体在主管段流道内旋流，颗粒物受到旋流作用力，颗粒物在旋流作用力下离开流道底部在流道中处于悬浮状态，因而解决了颗粒在弯管中发生沉降引起堵塞流道的问题，并且，通过在流道外表面上布置凹坑，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为本发明主视图；
图4为本发明右视图；
图5为凹坑横向分布示意图；
图6为主管段中流道的等轴视图；
图7为主管段中流道的主视图；
图8为主管段中流道的截面图；
图9为转接段中流道的等轴视图；
图10为转接段中流道的主视图；
图11为转接段中流道的截面图；
其中：1、法兰；2、转接段；3、主管段；4、凹坑；5.主螺旋槽；6、渐变螺旋槽。
具体实施方式
如各附图所示，一种水下用防堵减阻的直管结构，包括流道内部具多个主螺旋槽5的主管段3、分别设置于主管段3两端部的两个转接段2，主管段3与转接段2外表面上分别开有多个凹坑4。多个凹坑4交错均匀分布在主管段3与转接段2的外表面上。转接段2的水力直径与主管段3的水力直径D相等，对应的，转接段2的外径与主管段3的外径E也相等。
转接段2内具有与主螺旋槽5相连的渐变螺旋槽6，渐变螺旋槽6自转接段2的与主管段3的连处向外延伸槽深渐变渐浅，直至外端部呈圆环状。转接段2上具有用于管件安装的法兰1。转接段2的长度为100～200毫米。渐变螺旋槽6自转接段2的内端部至外端部，其螺旋发展的角度为90～240度。结合图9、图10和图11，本实施例中，转接段2的长度为100毫米，转接段2的水力直径为50毫米，外径为60毫米，圆形截面直径和多螺旋形截面的水力直径相等，为50毫米，螺旋槽的数量为4个，从多螺旋形截面螺旋发展至圆形截面，螺旋发展的角度为90度。
结合图6、图7和图8，实施例主管段3中的主螺旋槽5是三维螺旋扭曲结构，在主管段3的同一横截面上，主螺旋槽5的数量为4个，实施例主管段3长400毫米，主管段3内主螺旋槽5的螺旋角度为360度。主管段3的水力直径为D，每米的主管段3内主螺旋槽5的螺旋角度为45/D～60/D度。主管段3的水力直径为D，主管段3的外径为E，E的尺寸范围为1.05D～1.2D毫米。本实施例中，主管段3的水力直径D为50毫米，主管段3的外径E为60毫米。凹坑4的凹坑间距F为外径E的0.10～0.20倍，凹坑直径G为凹坑间距F的2.5～3.5倍，凹坑深度H为凹坑直径G的0.1～0.2倍。本实施例中，如图3和图5所示，实施例凹坑4的凹坑间距为9毫米，凹坑直径为27毫米，凹坑深度为2毫米。
转接段2由圆形截面逐渐过渡发展成多螺旋形截面，避免因流道截面积突变引起附加水力损失，流体逐渐过渡至旋流状态，含颗粒物的流体在主管段3内旋流，颗粒物受到旋流作用力，颗粒物在旋流作用力下离开流道底部在流道中处于悬浮状态，因而解决了颗粒在流道中发生沉降引起堵塞流道的问题。本发明用于水下，尤其是海洋环境，由于水流的粘性作用，水流流过流道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直管表面，形成边界层分离，导致直管后面形成对称的漩涡，漩涡区越大其压力越小，而直管前面的水流压力大，因此直管前后形成压差，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。本发明在管件外表面上布置交错均匀分布的凹坑，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，管件表面附近的水分子被漩涡吸引，边界层的分离点被推后，使得管件后面形成的旋涡区比光滑管件形成的漩涡区小得多，从而使管件前后压差所形成的阻力大为减小。
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 (10)

1.一种水下用防堵减阻的直管结构，其特征在于：包括流道内部具多个主螺旋槽（5）的主管段（3）、设置于所述主管段（3）两端部中至少一个端部上的转接段（2），所述转接段（2）内具有与所述主螺旋槽（5）相连的渐变螺旋槽（6），所述渐变螺旋槽（6）自转接段（2）的与主管段（3）的连处向外延伸槽深渐变渐浅，所述主管段（3）与所述转接段（2）外表面上分别交错分布设有多个凹坑（4）。
2.根据权利要求1所述的水下用防堵减阻的直管结构，其特征在于：所述转接段（2）上具有用于管件安装的法兰（1）。
3.根据权利要求1所述的水下用防堵减阻的直管结构，其特征在于：所述转接段（2）的外端部呈圆环状。
4.根据权利要求1所述的水下用防堵减阻的直管结构，其特征在于：所述主管段（3）的水力直径为D，所述主管段（3）的外径为E，E的尺寸范围为1.05D～1.2D毫米。
5.根据权利要求4所述的水下用防堵减阻的直管结构，其特征在于：所述转接段（2）的水力直径、外径分别与所述主管段（3）的水力直径D和外径E相等。
6.根据权利要求4所述的水下用防堵减阻的直管结构，其特征在于：所述凹坑（4）的凹坑间距F为外径E的0.10～0.20倍，凹坑直径G为凹坑间距F的2.5～3.5倍，凹坑深度H为凹坑直径G的0.1～0.2倍。
7.根据权利要求1所述的水下用防堵减阻的直管结构，其特征在于：在所述主管段（3）的同一横截面上，所述主螺旋槽（5）的数量为3～4个。
8.根据权利要求1所述的水下用防堵减阻的直管结构，其特征在于：所述主管段（3）的水力直径为D，每米的主管段（3）内主螺旋槽（5）的螺旋角度为45/D～60/D度。
9.根据权利要求1所述的水下用防堵减阻的直管结构，其特征在于：所述转接段（2）的长度为100～200毫米。
10.根据权利要求1所述的水下用防堵减阻的直管结构，其特征在于：所述渐变螺旋槽（6）自转接段（2）的内端部至外端部，其螺旋发展的角度为90～240度。
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