CN109373091B - 管道分流装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及流体管道输送领域，公开了一种管道分流装置，包括过渡连接管、双流程管和导流件；双流程管包括外管和内管，内管固定设置于外管内，过渡连接管与外管相连接；导流件固定连接于过渡连接管，导流件的外表面与过渡连接管的内侧管壁形成有流道；导流件包括导流前部和导流后部，沿管道内流体流动方向导流前部的径向截面面积逐渐增大，导流后部的径向截面面积逐渐减小，导流前部与导流后部的连接面为导流件的最大径向截面，导流后部位于内管管口处。本发明提供的管道分流装置，结构简单、可靠性高，通过固定设置在固定连接管内的导流件，实现下游的内管和外管流量分配比例随总流量的增大而减小。

Description

管道分流装置

技术领域

本发明涉及流体管道输送领域，特别是涉及一种管道分流装置。

背景技术

在石油、化工、能源等领域中，利用各种管道进行流体输送非常普遍。某些情况下，流体需要从单流程通过内外管道分流变为双流程，且内外管道之间的流量分配比例在不同工况下要求不同。例如某管壳式集中换热器，管侧为冷却流体工质，壳侧有两种不同的工质分别在内管道和外管道区域与管侧进行热交换，在不同工况下内外管道区域的换热量比例需求不同，要求冷却流体工质在内、外管道中的流量分配比例随总流量的增大而减小。如果集中换热器管侧入口采用传统固定设置内外管的方式，无法满足不同工况下的变流量分配比例的需求；如果采用在内管壁上安装活动式挡板等主动式分流装置，其运动部件难以保证分流装置的长期可靠运行。

发明内容

(一)要解决的技术问题

本发明的目的是提供一种结构简单、可靠性高的管道分流装置，且能够自动调节不同工况时下游内外管之间的流量分配比例。

(二)技术方案

为了解决上述技术问题，本发明提供一种管道分流装置，包括过渡连接管、双流程管和导流件；所述双流程管包括外管和内管，所述内管固定设置于所述外管内，所述过渡连接管与所述外管相连接；所述导流件固定连接于所述过渡连接管，所述导流件的外表面与所述过渡连接管的内侧管壁形成有流道；所述导流件包括导流前部和导流后部，沿管道内流体流动方向所述导流前部的径向截面面积逐渐增大，所述导流后部的径向截面面积逐渐减小，所述导流前部与所述导流后部的连接面为所述导流件的最大径向截面，所述导流后部位于所述内管管口处。

其中，所述过渡连接管为圆台形，所述过渡连接管的大径端与所述外管连接。

其中，所述导流后部形状为圆锥形或半椭圆形或钝体。

其中，所述导流前部与所述导流后部均为旋转体，所述导流前部的轴线和所述导流后部的轴线重合。

其中，所述最大径向截面的直径与所述内管的内径比为0.6-1。

其中，所述内管与所述导流后部同轴设置。

其中，所述内管与所述外管同轴设置。

其中，还包括翼片板，所述翼片板的一边连接所述过渡连接管内壁，另一边连接所述导流件的外表面。

其中，所述翼片板有多个，多个所述翼片板沿所述导流件周向均匀分布。

其中，所述翼片板沿所述过渡连接管的径向设置。

(三)有益效果

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

本发明提供的管道分流装置，包括过渡连接管、双流程管和导流件，双流程管包括外管和内管，内管固定设置于外管内，过渡连接管与外管相连接，导流件固定连接于过渡连接管，结构简单、可靠性高，可以有效连接上游单流程管道与下游由内外管组成的双流程管道，通过固定设置在固定连接管内、包括导流前部和导流后部的导流件，沿管道内流体流动方向导流前部的径向截面面积逐渐增大，导流后部的径向截面面积逐渐减小，使流体在导流后部的管道内形成流速分布，且不同流量工况下，流体经过导流件后在导流后部的管道内沿管道径向的流体轴向流速分布不同，使进入下游内管和外管的流体流量分配比例发生变化，并实现下游内管和外管流量分配比例随总流量的增大而减小。

附图说明

图1为本发明实施例管道分流装置结构及流场示意图；

图2为图1所示管道分流装置沿A-A截面的剖视图；

图中：1、过渡连接管；2、导流件；3、外管；4、内管；5、翼片板；6、最大径向截面；7、单流程管。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，还可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以视具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

此外，在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”、“多根”、“多组”的含义是两个或两个以上。

如图1、图2所示，本发明实施例的管道分流装置，包括过渡连接管1、双流程管和导流件2。双流程管包括外管3和内管4，内管4固定设置于外管3内，过渡连接管1与外管3相连接；导流件2固定连接于过渡连接管1，导流件2的外表面与过渡连接管1的内侧管壁形成有流道；导流件2包括导流前部和导流后部，沿管道内流体流动方向导流前部的径向截面面积逐渐增大，导流后部的径向截面面积逐渐减小，导流前部与导流后部的连接面为导流件2的最大径向截面6，导流后部位于内管4管口处。

本发明实施例的管道分流装置在使用时，流体从上游单流程管7通过过渡连接管1的入口流入本装置，在导流件2的外表面与过渡连接管1的内侧表面形成的流道内，导流件2导流前部用于分流引导流体流动，经导流前部的分流后，根据流体力学相关理论，流体在径向截面面积逐渐减小的导流后部的管道内形成流速分布，且不同流量工况即不同来流速度下，流体经过导流件2后在导流后部的管道内沿管道径向的流体轴向流速分布不同。双流程管的内管4管口位于导流后部，流量工况发生变化时，导流后部沿管道径向不同的流体轴向流速分布可以使进入下游内管4和外管3的流体流量分配比例发生变化。具体来说，小流量时，由于来流速度小，流体经导流件2径向截面面积逐渐减小的导流后部时，不产生流动分离，沿径向的流动相对较强，流体能够较容易进入内管4中，使内管4流量有较大的分配比例；随着流量的增大，来流速度变大，流体经过导流件2径向截面面积逐渐减小的导流后部时产生的流动分离增大，流体会更多地进入外管3，使外管3的流量分配比例升高。理论及试验均表明，经过本发明实施例的导流件2后，双流程管的内管4和外管3流量分配比例随总流量的增大而减小。因此，本发明实施例的管道分流装置，结构简单、性能可靠，可以有效的连接上游单流程管7与下游由内管4和外管3组成的双流程管，同时可以在不同流量下被动式改变内外管入口处的流体速度分布，并实现下游的内管4和外管3流道流量分配比例随总流量的增大而减小。

在实际的应用中，下游的双流程管外管3的管径通常大于上游的单流程管7，所以管道分流装置的过渡连接管1可以为圆台形，其小直径端连接上游的单流程管7，大直径端连接下游的双流程管外管3，形成自然、平滑的过渡连接。

本发明实施例中，导流件2导流前部的作用是分流引导进入过渡连接管1的流体，导流前部表面可以设置为流线形，以平滑导流。导流件2的导流后部用以使流体在其表面附近发生流动分离，并在不同工况下形成不同的流速分布，其外形可以设置为圆锥形、半椭圆形或者钝体等不同形状。对于特定尺寸的管路，流体经过导流件2后速度分布形式仅与来流速度和导流件2形状，特别是导流后部形状有关，可通过匹配优化选择适宜的导流件2形状，满足多流量工况条件下的内外管道流量分配需求。

可以将导流前部和导流后部均设为旋转体，导流前部的轴线与导流后部的轴线重合，即将导流件2设置为旋转体，使流体在导流件2表面沿周向流动均匀。为了使导流件2能够对管道内流体流动能够产生合适的扰动和影响，防止因自身过小而不足以产生能够影响流速分布的扰动，或者因自身过大，产生过大的扰动而使流体难以流入内管4，可限定导流件2的最大径向截面6的直径与内管4的内径比为0.6-1。

进一步地，为了优化管道分流装置内流体流动，可以进一步使内管4与导流后部同轴设置，以使进入内管4的流体流动更加均匀。还可以使内管4与外管3为同轴设置，使进入外管3流道的流体流动也更为均匀。

本发明实施例管道分流装置还可以包括翼片板5，翼片板5一边连接过渡连接管1内壁，另一边连接导流件2的外表面，通过翼片板5将导流件2固定在过渡连接管1内壁。翼片板5需承受流体对导流件2和自身的作用力，翼片板5可以有多个，并使多个翼片板5沿导流件2的周向均匀分布，比如说设置四个翼片板5并沿导流件2周向间隔90°均匀设置，或者设置三个翼片板5并沿导流件2周向间隔120°均匀设置。为了减少翼片板5对流道内流体流动的扰动，可以使翼片板5沿过渡连接管1径向设置，这样，在流动方向上翼片板5沿过渡连接管1的轴向方向，减少了对流道内流体流动的影响。对应翼片板5，还可以进一步采用将其迎流的前端设置为薄片状渐厚板、其尾端设置为渐薄板等低流阻结构。

由以上实施例可以看出，针对流体从单流程变为双流程，且双流程内管4和外管3的流量分配比例随流体总流量的增大而减少的需求，本发明提供的管道分流装置，可以有效连接上游单流程管7与下游由内管4和外管3组成的双流程管，通过固定设置在过渡连接管1内的导流件2，使流体在导流件2后部的管道内形成流速分布，且不同流量工况下，流体经过导流件2后在导流后部的管道内沿管道径向的流体轴向流速分布不同，使进入下游内管4和外管3的流体流量分配比例发生变化，并实现下游内管4和外管3流量分配比例随总流量的增大而减小，结构简单、可靠性高。对于特定尺寸的管路，流体经过导流件2后速度分布形式仅与来流速度和导流件2形状，特别是导流后部形状有关，可通过匹配优化选择适宜的导流件2形状，满足多流量工况条件下的内外管道流量分配需求。通过将导流件2设置为旋转体、使导流件2与内管4同轴、内管4与外管3同轴，优化流道内流体流动，使流体流动更加均匀平稳。通过翼片板5等低流阻结构实现导流件2与过渡连接管1的固定，通过多个翼片板5沿导流件2的周向均匀分布、沿过渡连接管1径向设置等措施，减少翼片板5对流道内流体流动的影响。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种管道分流装置，其特征在于，包括过渡连接管、双流程管和导流件；所述双流程管包括外管和内管，所述内管固定设置于所述外管内，所述过渡连接管与所述外管相连接；所述导流件固定连接于所述过渡连接管，所述导流件的外表面与所述过渡连接管的内侧管壁形成有流道；所述导流件包括导流前部和导流后部，沿管道内流体流动方向所述导流前部的径向截面面积逐渐增大，所述导流后部的径向截面面积逐渐减小，所述导流前部与所述导流后部的连接面为所述导流件的最大径向截面，所述导流后部位于所述内管管口处，所述导流前部与所述导流后部均为旋转体，所述导流前部的轴线和所述导流后部的轴线重合；所述过渡连接管为圆台形，所述过渡连接管的大径端与所述外管连接。

2.根据权利要求1所述的管道分流装置，其特征在于，所述导流后部形状为圆锥形或半椭圆形或钝体。

3.根据权利要求1所述的管道分流装置，其特征在于，所述最大径向截面的直径与所述内管的内径比为0.6-1。

4.根据权利要求1所述的管道分流装置，其特征在于，所述内管与所述导流后部同轴设置。

5.根据权利要求4所述的管道分流装置，其特征在于，所述内管与所述外管同轴设置。

6.根据权利要求1所述的管道分流装置，其特征在于，还包括翼片板，所述翼片板的一边连接所述过渡连接管内壁，另一边连接所述导流件的外表面。

7.根据权利要求6所述的管道分流装置，其特征在于，所述翼片板有多个，多个所述翼片板沿所述导流件周向均匀分布。

8.根据权利要求6所述的管道分流装置，其特征在于，所述翼片板沿所述过渡连接管的径向设置。