CN106838521A - 一种具有导流板的弯头 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种具有导流板的弯头，其包括弯头入口段和弯头出口段，以及连接在弯头入口段的倾斜端和弯头出口段的倾斜端之间的环状的弯头转向段，弯头转向段内设有沿着流体的流动方向延伸的若干弧形导流板；弧形导流板间的间隔距离为预设间距，各个预设间隔沿着自弯头的内侧向其外侧的方向逐渐增加。该具有弧形导流板的弯头能够有效地引流，减少流体在弯头内的压力损失，并且能减少管道转向所占用的空间。

Description

一种具有导流板的弯头

技术领域

本发明属于管道弯头生产制造领域，具体涉及一种具有导流板的弯头。

背景技术

管道作为工业企业内不可或缺的组成部分，其发挥着将各类流体介质从源头输送到使用端的功能，在管道输送流体介质时不可避免的改变输配方向时需要使用到管道弯头。在冶金、石化等行业中，低压流体输送管道多为大管径厚壁管道，采用管道压制制作弯头由于受设备和制作工艺限制难于生产出大管径弯头，所以此类大管径厚壁管道弯头多为现场焊接制作。

通常应用广泛的焊接弯头多为标准节(或非标准节)焊接虾米弯头，其转弯半径可根据安装空间自行设置，最小转弯半径等于管道直径，且弯头内壁非光滑造成流体在改变流向时冲击弯头作用力较大，导致流体在弯头内的压力损失较大。

发明内容

基于上述问题，本发明的目的是提供一种具有导流板的弯头，该弯头能够有效地引流，减少流体在弯头内的压力损失，并且能减少管道转向所占用的空间。

本发明提供一种具有导流板的弯头，其包括弯头入口段和弯头出口段，以及连接在所述弯头入口段的倾斜端和所述弯头出口段的倾斜端之间的环状的弯头转向段，所述弯头转向段内设有沿着流体的流动方向延伸的若干弧形导流板；所述弧形导流板间的间隔距离为预设间距，各个所述预设间隔沿着自所述弯头的内侧向其外侧的方向逐渐增加。

优选地，所述弯头入口段的倾斜端端面与其轴向之间的夹角和所述弯头出口段的倾斜端端面与其轴向之间的夹角皆为所述弯头的角度θ的1/2倍。

优选地，所述弧形导流板的数量按照如下方式选择：当所述弯头的管径D≤1000mm时，所述弧形导流板的数量n为6块；当所述弯头的管径1000mm＜D＜1500mm时，所述弧形导流板的数量n为8块；当所述弯头的管径D≥1500mm时，所述弧形导流板的数量n为10块。

优选地，所述弧形导流板包括沿着自所述弯头的内侧向其外侧的方向排列的1号导流板、2号导流板、3号导流板……n号导流板，所述1号导流板到所述弯头的内侧之间的间隔距离S₁＝2D/3(n+1)sin(θ/2)，所述n号导流板到所述弯头的外侧之间的间隔距离S_n+1＝2S₁。

优选地，任意两个相邻的所述预设间距之差的绝对值为一个常数。

优选地，任意两个相邻的所述间隔之差的绝对值ΔS＝S₁/n。

优选地，所述弧形导流板的弦长b＝D/nsin(θ/2)，且所述弯头转向段的宽度等于所述弧形导流板的弦长。

优选地，所述弧形导流板的弯曲半径r＝b/2cos(θ/2)。

优选地，当所述弯头的管径D≤1500mm时，所述弧形导流板的厚度δ为4mm；当所述弯头的管径D＞1500时，所述弧形导流板的厚度δ为6mm。

优选地，所述弯头的角度θ是90°～135°。

根据本发明的具有导流板的弯头，通过在弯头上设置弯头转向段，且在弯头转向段中设置弧形导流板来对流体进行有效引导，使得流体不易发生紊流流动的情况，并且将流体的冲击分级分散到整个弯头转向段并传导到弯头两端的端口及连接管道上，这不仅可有效保证弯头的结构强度，而且还可降低了流体对弯头内壁的冲击，减小流体的压力损失。并且，弯头转向段还能够有效地压缩弯头转向时的转弯半径，进而降低弯头的体积。此外，导流板间的各个预设间隔沿着自弯头的内侧向其外侧的方向逐渐增加，这样的设计能够有效减少转向流体的压降损失。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。在所有附图中，类似的元件或部分一般由类似的附图标记标识。附图中，各元件或部分并不一定按照实际的比例绘制。

图1为根据本发明一个实施例的具有导流板的弯头的结构示意图；

图2为根据图1所示的弧形导流板的结构示意图；

图3为根据图1所示的弯头转向段的侧视图；

图4为根据本发明另一个实施例的具有导流板的弯头的结构示意图；

图5为根据图4所示的弧形导流板的结构示意图；

图6为根据图4所示的弯头转向段的侧视图。

附图标记说明：1、弯头入口段；2、弯头出口段；3、弯头转向段；4、弧形导流板；5、外侧；6、内侧。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明技术方案的实施例进行详细的描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，因此只作为示例，而不能以此来限制本发明的保护范围。

图1为根据本发明一个实施例的具有导流板的弯头的结构示意图，图2为根据图1所示的弧形导流板的结构示意图，图3为根据图1所示的弯头转向段的侧视图，如图1-3所示，该具有弧形导流板4的弯头包括：弯头入口段1和弯头出口段2，以及连接在弯头入口段1的倾斜端和弯头出口段2的倾斜端之间的环状的弯头转向段3，弯头转向段3内设有沿着流体的流动方向延伸的若干弧形导流板4。弧形导流板4间的间隔距离为预设间距，各个预设间隔沿着自弯头的内侧6向其外侧5的方向逐渐增加。弯头的角度θ可以是90°～135°，因此本发明的弯头的适用范围很广，能够适用于各种工况。图1-3是当弯头的角度为90°时弯头的示意图，图4-6是本发明的另一个实施例中当弯头的角度为135°时弯头的示意图。

根据本发明的具有导流板的弯头，通过在弯头上设置弯头转向段，且在弯头转向段中设置弧形导流板来对流体进行有效引导，使得流体不易发生紊流流动的情况，并且将流体的冲击分级分散到整个弯头转向段并传导到弯头两端的端口及连接管道上，这不仅可有效保证弯头的结构强度，而且还可降低了流体对弯头内壁的冲击，减小流体的压力损失。并且，弯头转向段还能够有效地压缩弯头转向时的转弯半径，进而降低弯头的体积。此外，导流板间的各个预设间隔沿着自弯头的内侧6向其外侧5的方向逐渐增加，这样的设计能够有效减少转向流体的压降损失。

在流体流入弯头的过程中，在弯头转向段3中靠近弯头内侧6的流体的转弯半径小，而流体的转弯半径沿着自弯头的内侧6向其外侧5的方向逐渐增大。因此，在流体通过弯头转向段3时，靠近弯头内侧6流体的体积流量较小，而靠近弯头外侧5流体的体积流量较大，单位时间通过弯头的流体的体积流量将是由弯头内侧6向外侧5逐级变大。所以，根据流体通过弯头的流动性，设置各个预设间隔沿弯头内侧6向外侧5逐级变大，以保证同时通过弯头的各部分的流体体积量均衡，符合流体的流动特性。相较于等间隔设置的导流板，由于其没有根据流体的流动特性而人为的将流体进行分割，等间隔设置的导流板虽也能达到导流效果，但对于压力降的影响会很大。

在一个实施例中，弯头入口段1的倾斜端端面与其轴向之间的夹角和弯头出口段2的倾斜端端面与其轴向之间的夹角皆为弯头的角度θ的1/2倍。且弯头转向段3与弯头入口段1的倾斜端的连接面和与弯头出口段2的倾斜端的连接面的形状均为椭圆形。很明显，该椭圆形的短半径就等于弯头的管径D，而该椭圆的长半径l＝D/sin(θ/2)。

关于弧形导流板4的各项参数按照以下步骤确定：1、确定弧形导流板4的数量；2、确定弧形导流板4与弯头转向段3之间的相对位置关系和相邻两弧形导流板4之间的间隔距离；3、确定弧形导流板4的弦长和转弯半径；4、确定弧形导流板4的厚度。

首先，弧形导流板4数量根据管道外径分级确定为6～10块。对于弧形导流板4的具体数量按照如下方式选择：当弯头的管径D≤1000mm时，弧形导流板4的数量n为6块；当弯头的管径1000mm＜D＜1500mm时，弧形导流板4的数量n为8块；当弯头的管径D≥1500mm时，弧形导流板4的数量n为10块。根据弯头的管径来选择弧形导流板4的数量，弯头的管径越大，所需要的导流板的数量越多，以达到良好的导流效果。但是，如果一味地增加弧形导流板4的数量，对流过弯头的流体会形成过大的阻力，因此需要根据管径D选择合适的弧形导流板4的数量。

弧形导流板4包括沿着自弯头的内侧6向其外侧5的方向排列的1号导流板、2号导流板、3号导流板……n号导流板，其中，1号导流板到弯头的内侧6之间的间隔距离S₁＝2D/3(n+1)sin(θ/2)，n号导流板到弯头的外侧5之间的间隔距离S_n+1＝2S₁。而1号导流板与2号导流板之间的预设间隔S₂与1号导流板到弯头的内侧6之间的间隔距离S₁的差值为ΔS，其他的两相邻的弧形导流板4之间的预设间隔以此类推。其中，任意两个相邻的预设间距之差的绝对值ΔS为一个常数，ΔS＝S₁/n。在上述弧形导流板4的设计计算公式中，S₁、S_n+1、ΔS的计算公式均是根据流体力学单位时间通过弯头的流体的体积流量不同而确定的近似简化公式，是对流体转弯半径不同时通过的体积流量的有效分配。

下一步，再根据管径D、弯头的角度θ和弧形导流板4的数量n来确定弧形导流板4的弦长b和转弯半径r。其中，弧形导流板4的弦长b＝D/nsin(θ/2)，且弯头转向段3的宽度等于弧形导流板4的弦长。根据结构力学和流体力学的分析，根据此公式能够最大程度降低弯头转向段3的宽度，既能起到转向导流的功能，又能尽量减少转弯半径以节省空间，还能有效保证弯头的结构强度。弯头转向段3的宽度过小会影响导流功能，过大则起不到节省空间作用。

然后，根据弦长来确定转弯半径r，弧形导流板4的弯曲半径r＝b/2cos(θ/2)。根据此公式保证弧形导流板4能够准确地将流体按照既定方向流转而不发生紊流和湍流的现象。

最后，对于弧形导流板4的厚度按照如下方式确定：当弯头的管径D≤1500mm时，弧形导流板4的厚度δ为4mm；当弯头的管径D＞1500时，弧形导流板4的厚度δ为6mm。

此外，弧形导流板4的迎流处应该锉光倒圆，以减少阻力。并且在弧形导流板4的参数设计完成后，生产出来的弧形导流板4需牢固焊接在弯头转向段3内，并进焊后处理，对于非不锈钢管道还应进行除锈抛光处理。通过对各弧形导流板4与弯头转向段3的组合焊接，有效减少了管道转弯半径的距离，流体流动进入弯头转向段3时冲击到弧形导流板4，流体被弧形导流板4分成数股沿弧形导流板4弯曲方向流动，弧形导流板4作为流体引导载体，将流体按预定方向流动，有效降低紊流的形成，同时减少流体对弯头内壁的冲击，降低流体的压力损失。当流体整体通过弯头时，通过弧形导流板4分散流体的作用，将流体的冲击分级分散到整个弯头转向段3，有效的保证了管道弯头的结构强度。

进一步，还需要将弯头入口段1和弯头出口段2与弯头转向段3进行焊接，当弯头的壁厚δ’≤6mm，管径D≤700mm时，弯头入口段1与弯头转向段3之间以及弯头出口段2与弯头转向段3之间均采用开单面坡口且全熔透焊接的方式进行焊接；当弯头的壁厚δ’＞6mm，管径D＞700mm时，弯头入口段1与弯头转向段3之间以及弯头出口段2与弯头转向段3之间均采用开双面坡口且双面焊接的方式进行焊接，要求焊接牢固，并进焊后处理，非不锈钢管道还应进行除锈抛光处理。

此外，弧形导流板4和弯头的内壁还应该根据流体性质喷涂抗氧化耐磨涂层，可有效延长弯头的使用寿命和功能。而在本发明的具有导流板的弯头的设计与组装工作全部完成后，还需进行泄漏实验以保证焊接质量和管道防泄漏要求。

虽然已经参考优选实施例对本发明进行了描述，但在不脱离本发明的范围的情况下，可以对其进行各种改进并且可以用等效物替换其中的部件。尤其是，只要不存在结构冲突，各个实施例中所提到的各项技术特征均可以任意方式组合起来。本发明并不局限于文中公开的特定实施例，而是包括落入权利要求的范围内的所有技术方案。

Claims (10)

1.一种具有导流板的弯头，其特征在于，包括弯头入口段和弯头出口段，以及连接在所述弯头入口段的倾斜端和所述弯头出口段的倾斜端之间的环状的弯头转向段，所述弯头转向段内设有沿着流体的流动方向延伸的若干弧形导流板；所述弧形导流板间的间隔距离为预设间距，各个所述预设间隔沿着自所述弯头的内侧向其外侧的方向逐渐增加。

2.根据权利要求1所述的弯头，其特征在于，所述弯头入口段的倾斜端端面与其轴向之间的夹角和所述弯头出口段的倾斜端端面与其轴向之间的夹角皆为所述弯头的角度θ的1/2倍。

3.根据权利要求2所述的弯头，其特征在于，所述弧形导流板的数量按照如下方式选择：当所述弯头的管径D≤1000mm时，所述弧形导流板的数量n为6块；当所述弯头的管径1000mm＜D＜1500mm时，所述弧形导流板的数量n为8块；当所述弯头的管径D≥1500mm时，所述弧形导流板的数量n为10块。

4.根据权利要求3所述的弯头，其特征在于，所述弧形导流板包括沿着自所述弯头的内侧向其外侧的方向排列的1号导流板、2号导流板、3号导流板……n号导流板，所述1号导流板到所述弯头的内侧之间的间隔距离S₁＝2D/3(n+1)sin(θ/2)，所述n号导流板到所述弯头的外侧之间的间隔距离S_n+1＝2S₁。

5.根据权利要求4所述的弯头，其特征在于，任意两个相邻的所述预设间距之差的绝对值为一个常数。

6.根据权利要求5所述的弯头，其特征在于，任意两个相邻的所述间隔之差的绝对值ΔS＝S₁/n。

7.根据权利要求6所述的弯头，其特征在于，所述弧形导流板的弦长b＝D/nsin(θ/2)，且所述弯头转向段的宽度等于所述弧形导流板的弦长。

8.根据权利要求7所述的弯头，其特征在于，所述弧形导流板的弯曲半径r＝b/2cos(θ/2)。

9.根据权利要求3到8中任一项所述的弯头，其特征在于，当所述弯头的管径D≤1500mm时，所述弧形导流板的厚度δ为4mm；当所述弯头的管径D＞1500时，所述弧形导流板的厚度δ为6mm。

10.根据权利要求3到8中任一项所述的弯头，其特征在于，所述弯头的角度θ是90°～135°。