CN106949120A - 一种仿生抗冲蚀管道 - Google Patents

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陈文娜
陈思琪
朱斌
韩志武
牛士超
陈道兵
刘林鹏
张卡
王慧远
穆正知
李博
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    • F16L9/00—Rigid pipes
    • F16L9/006—Rigid pipes specially profiled

Abstract

本发明公开了一种仿生抗冲蚀管道，本发明是基于沙漠红柳的体表特征，在管道内表面设计具有V型槽结构，可提高管道的抗冲蚀性能。V型槽结构均匀分布在管道内表面，V型槽结构截面为等边三角形。V型槽结构可以改变管道内表面的边界层流场的流动状态，减小固/液体颗粒撞击管道内表面的次数，并且固/液体颗粒在V型槽内部的空气垫的作用下撞击管道表面的速度大大降低，进而使得具有V型槽结构的管道在固/液体冲蚀过程中冲蚀率变小，抗冲蚀性能提高。

Description

一种仿生抗冲蚀管道
技术领域
本发明涉及一种管道，特别涉及一种仿生抗冲蚀管道。
背景技术
冲蚀是由于机械表面和以一定速度运动的固/液体颗粒之间的相互作用而造成材料损耗现象。该现象广泛存在，管道在使用中常承受液/固两相流严重的冲蚀磨损，导致管壁局部变薄而失效，造成巨大的经济损失。根据相关报道，管道过流部件的损毁约1/2为冲蚀磨损所致。在某些情况下，被冲蚀磨损损坏的管道还会引起泄漏，由于其突发性和高风险性，往往会酿成严重的生产事故，对人身安全乃至生态环境都会造成无法估量的损害。因此，提高管道的抗冲蚀性能一直是研究者关注的热点。提高管道抗冲蚀性常用方法如采用抗冲蚀的材料、喷涂耐冲蚀涂层等可在一定程度上提高管道抗冲蚀性能，但由于某些物流管道经常受固/液体颗粒的直接冲击，仍然难以取得理想的效果。
随着仿生学研究的不断深入，许多科学与技术难题都可以从生物界获得灵感。沙漠红柳生活在恶劣的沙漠地区,常常受到风沙的冲蚀。它们为了适应生存在自然选择的条件下体表上进化出特殊的V型槽结构。V型槽结构可以改变其表面的边界层流场的流动状态，减小固/液体颗粒撞击管道表面的次数，并且固/液体颗粒在V型槽内部的空气垫的作用下撞击管道表面的速度大大降低，进而使得具有V型槽结构的管道在固/液体颗粒冲蚀过程中冲蚀率变小。沙漠红柳体表V型槽结构为设计仿生抗冲蚀管道提供了天然的生物蓝本。
发明内容
本发明的目的在于克服传统方法的不足，提供一种仿生抗冲蚀管道。
本发明是基于沙漠红柳优异抗冲蚀体表结构，设计出V型槽结构，V型槽结构在不同粒径的固/液体颗粒的高速冲击下，能够改变管道内表面的固/液两相流的流动状态及减小固/液体颗粒的冲击速度，从而可以降低管道内表面的冲蚀率，提高其抗冲蚀性能。
本发明的设计思想是来自沙漠红柳体表的V型槽结构。
本发明是在管道内表面设置有V型槽结构。
所述的V型槽结构的截面为等边三角形，边长为2mm，V型槽结构在圆周上均匀分布。V型槽结构的列数为15。
本发明的有益效果：
本发明不用刻意寻找抗冲蚀的材料并且也不用在材料表面进行涂层，只是在材料表面设置仿生V型槽结构就可以改善管道内部的抗冲蚀性能，具有制造工艺简单，技术难度小，耗时少，成本低的优点。
附图说明
图1是本发明的截面图。
图2是本发明的立体示意图。
图3是本发明所用模具截面图。
图4是本发明所用模具立体示意图。
具体实施方式
请参阅图1和图2所示，本发明是在管道内表面1设置有V型槽结构2。
所述的V型槽结构2的截面为等边三角形，边长为2mm，V型槽结构2在圆周上均匀分布。V型槽结构2的列数为15。
如图3和图4所示，本发明是利用设定的穿孔机模具3在管坯料上穿孔使得管道内表面1上有均匀分布的V型槽结构2。V型槽结构2的边长为2mm，V型槽结构2的列数为15。
V型槽结构2的存在能够改变管道内表面的固/液两相流的流动状态，减小固/液体颗粒撞击管道内表面的次数，并且由于V型槽结构2内部的空气垫的作用，减小固/液体颗粒碰撞速度进而降低固/液体颗粒撞击管道内部表面的动能从而使管道表面冲蚀率降低，抗冲蚀性能提高。
具体实例：
如图1、图2、图3和图4所示，以泥浆泵管道为例，选择合适的坯料如低碳钢20#→将坯料送往加热炉加热，蒸汽压约为0.3MPa，从室温加热到Ac3相变点以上进行淬火，然后回到Ac1相变点以下→利用已经设定的外径d0＇为98mm，外径表面上均匀分布边长K＇为2mm的V型凸起，列数设定为15的模具3对管坯料斜扎穿孔，管坯旋转前进，将轧制线调整的比中心线低5mm使管坯贴紧下轧板→对毛管进行毛刺处理，调整毛管中心以定位定心辊→对荒管进行微整，拉坯速度控制在0.6m/min左右，结晶器的振动频率为200opm，振幅为3mm，偏移量调整为10％→调整管材圆形，对半成品进行定径使得外径d为108mm，壁厚e为5mm→对钢管冷却使用高压喷管接头，冷却速度为10℃/s，强制冷却到100℃以下→对钢管进行机械矫直，得到无缝钢管D108*5。这样无缝钢管的内部d0为98mm的表面上就具有均匀分布的V型槽结构2，边长k为2mm，圆周均匀分布15列。

Claims (3)

1.一种仿生抗冲蚀管道，其特征在于：是在管道内表面(1)设置有V型槽结构(2)。
2.根据权利要求1所述的一种仿生抗冲蚀管道，其特征在于：所述的V型槽结构(2)的截面为等边三角形，边长为2mm，V型槽结构(2)在圆周上均匀分布。
3.根据权利要求1或2所述的一种仿生抗冲蚀管道，其特征在于：所述V型槽结构(2)的列数为15。
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