CN110375123A - 一种超稳定自加热输流管 - Google Patents

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Abstract

本发明一种超稳定自加热输流管，属于输流管领域，包括内层管、中间夹层和外层管；所述中间夹层位于所述内层管和外层管之间，其内注满液体，所述内层管和外层管之间通过若干弹性部件固定支撑。采用内、外层管道中间设置液体夹层的结构，当管道由于输送流体而产生振动的情况发生时，内管运动会导致中间夹层中填充的高粘滞系数液体运动，会减弱内层管道的振动效果并通过夹层内液体的摩擦作用将这部分动能转化为内能。当管道受到外部的载荷作用而产生运动或变形的时候，外部管道运动同样会导致夹层中的高粘滞系数液体运动，不仅能大大减小内层管道的所受的外力作用，而且其中的一部分机械能也转化成为了内能可用于加热输送的流体。

Description

一种超稳定自加热输流管
技术领域
本发明属于输流管领域，具体涉及一种超稳定自加热输流管，使用管道输流或外部环境导致管道振动所产生的机械能转化为内能的方式，来提高输流管道的稳定性及加热管内燃料的一种新型输流管道。
背景技术
管道振动问题在各个领域都是一个不可避免的重要研究对象。如各种航空发动机上的输油管道，各种汽车、船舶上的输油管道等都会因为管道振动而产生失稳甚至是破坏，从而导致整个系统的破坏造成严重的经济损失。
现存文献及现在工业上广泛使用的输流管道一般为单层结构，并没有考虑管道内部结构上的减振设计(如：CN1O9063305A、中国；CN108763628A、中国；航空输流管道动力学的非参模型研究，振动与冲击，2018,37(18)，43-47)。为了解决因为振动导致管道破坏这个问题，通过参考现存相关文献与自己的科研经验相结合设计了一种新型管道，该设计可以减弱甚至是消除输流管道因振动而导致的失稳和破坏。考虑到如果燃料在燃烧前被提前加热会提高自身的燃烧效率，本发明中将振动产生的机械能转化为了燃料内能。本设计不仅大大提高了输送液体管道的稳定性和安全性，并且还能同时提高管内燃料的燃烧效率。
发明内容
要解决的技术问题：
为了避免现有技术的不足之处，本发明提出一种超稳定自加热输流管，采用内、外层管道中间设置液体夹层的结构，当管道由于输送流体而产生振动的情况发生时，内管运动会导致中间夹层中填充的高粘滞系数液体运动，会减弱内层管道的振动效果并通过夹层内液体的摩擦作用将这部分动能转化为内能。当管道受到外部的载荷作用而产生运动或变形的时候，外部管道运动同样会导致夹层中的高粘滞系数液体运动，不仅能大大减小内层管道的所受的外力作用，而且其中的一部分机械能也转化成为了内能可用于加热输送的流体。
本发明的技术方案是：一种超稳定自加热输流管，其特征在于：包括内层管、中间夹层和外层管；所述中间夹层位于所述内层管和外层管之间，其内注满液体，所述液体的绝对粘度在100℃以下时不小于3000cP；所述内层管和外层管之间通过若干弹性部件固定支撑。
本发明的进一步技术方案是：所述液体为磁性液体或者高导电率液体。
本发明的进一步技术方案是：所述弹性部件沿所述内层管的轴向成点状分布，所述内层管同一径向截面上沿周向均布有四个所述弹性部件。
本发明的进一步技术方案是：所述弹性部件采用弹性模量为7.8MPa泊松比为0.47的耐腐蚀橡胶材料。
本发明的进一步技术方案是：所述弹性部件为圆柱状结构，其轴向长度为内层管与外层管半径之差的1.05倍，直径为其轴向长度的1/5。
本发明的进一步技术方案是：所述外层管与其载体之间通过若干连接块固定支撑；所述连接块与所述弹性部件交错设置。
有益效果
本发明的有益效果在于：本发明可以减弱甚至是消除输流管道因振动而导致的失稳和破坏。与普通的单层构造管道相比本发明在内外管道之间增加了充液的夹层，即增加了管道内部结构上的减振设计，当输流管由于输送流体而产生振动时，内层管的振动会导致中间夹层中填充的高粘滞系数液体运动，通过夹层内液体的摩擦作用将一部分机械能转化为内能，从而起到减震的作用；同样通过夹层内液体的摩擦作用，能够将振动产生的机械能转化为内能，从而对输流管内输送的流体进行加热；对于输送各种燃料的输液管来说本发明输流管的自加热功能，能够提高燃料的利用率。
本发明还大大提高了输送液体管道在受外部载荷作用下的稳定性和安全性，当输流管受到外力作用而产生运动或变形的时，由于中间夹层中的高粘滞系数液体的缓冲和隔离作用能够减少内层管的变形和损伤；同时外层管运动同样会导致夹层中的高粘滞系数液体运动，使得受外力作用的外层管的一部分机械能转化成为了内能，提高了管道稳定性，这个过程中产生的内能可用于加热输送的流体。
本发明的结构能够减少甚至是消除管管道因输流振动或者外部因素产生的振动而造成的破坏。
附图说明
图1CN1O9063305A管道模型图；
图2CN108763628A管道模型图；
图3航空输流管道动力学的非参模型研究管道模型图；
图4超稳定自加热输液管结构示意图；
图5内层管和外层管的连接部分示意图；
图6外层管和整个系统的支撑示意图；
附图标记说明：1.内层管；2.中间夹层；3.外层管；4.弹性部件；5.连接块。
具体实施方式
下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
实例1
(1)类型1：参照图4，管内输送液体需要加热。其最内层为普通金属管(可以根据不同的工作环境，使用铜管，铝管，不锈钢管或者其他材料制备而成的管道)。中间夹层填充温度在-30℃-100℃时粘度不小于3000cP聚乙烯醇溶液(可以根据实际工程需求填充不同种类的高粘滞系数液体或者配置专门的高粘滞系数液体(如磁性液体，或者高导电率液体))。最外层可以根据需求和生产厂家的不同生产能力采用不同类型的保温隔热材料制成，如：陶瓷-金属功能材料、金属材料添加保温隔热层、其他隔热材料等。
(2)参照图5，内层管和外层管的连接部分。为了减弱内管与外管间的变形及载荷传递，连接部分采用弹性支撑连接。弹性部件4采用弹性模量在7.8MPa左右泊松比为0.47的耐腐蚀橡胶材料。结构形式为如图5中的1所示的4个圆柱形支撑，其长度为内层管与外层管半径只差的1.05倍，直径为其长度的1/5。装配方式为圆柱体与内层管采用强力胶水进行粘结，外层管安装为分段式套装内层管，内层管套入之后，圆柱形支撑会产生轴向的变形进而与外层管紧密结合。轴向位置分布在两个连接块5的中间位置。
(3)参照图6，外层管和整个系统的支撑采用连接块5。根据不同需求和技术能力可以选择刚性支撑，弹性支撑等不同的支撑形式。
实例2
(1)类型2：参照图4，管道内液体不需要加热。为了提高管道的稳定性管道的中间夹层中可添加粘滞系数高导热性能好的流体，最外层管则可以采用导热性能好，散热性能好的材料或者结构，由于温度的升高会导致夹层中液体的粘滞系数降低，在管内的液体不需要加热的情况下，使得夹层内的液体的热量维持在一个较低数值上是有必要的。中间夹层填充温度在-30℃-100℃时粘度不小于3000cP含有铜粒子添加剂的聚乙烯醇溶液(金属粒子添加剂含量和种类可以根据具体情况进行调整)。
(2)参照图5，内层管和外层管的连接部分采用弹性部件4。为了减弱内管与外管间的变形及载荷传递，连接部分采用弹性支撑连接。弹性部件4采用弹性模量在7.8MPa左右泊松比为0.47的耐腐蚀橡胶材料。结构形式为如图5中的1所示的4个圆柱形支撑，其长度为内层管与外层管半径只差的1.05倍，直径为其长度的1/5。装配方式为圆柱体与内层管采用强力胶水进行粘结，外层管安装为分段式套装内层管，内层管套入之后，圆柱形支撑会产生轴向的变形进而与外层管紧密结合。轴向位置分布在两个连接块5的中间位置。
(3)参照图6，外层管和整个系统的支撑采用连接块5。根据不同需求和技术能力可以选择刚性支撑，弹性支撑等不同的支撑形式。
实例3
(1)类型3：参照图4，管内输送的流体需要保持低温。最内层管道材料为保温隔热材料制成，中间夹层填充温度在-30℃-50℃时粘度不小于3000cP含有较大量铜粒子添加剂的聚乙烯醇溶液(金属粒子添加剂含量和种类可以根据具体情况进行调整)。最外层管道材料选取同类型2。
(2)参照图5，内层管和外层管的连接部分采用弹性部件4。为了减弱内管与外管间的变形及载荷传递，连接部分采用弹性支撑连接。弹性部件4采用弹性模量在7.8MPa左右泊松比为0.47的耐腐蚀橡胶材料。结构形式为如图5中的1所示的4个圆柱形支撑，其长度为内层管与外层管半径只差的1.05倍，直径为其长度的1/5。装配方式为圆柱体与内层管采用强力胶水进行粘结，外层管安装为分段式套装内层管，内层管套入之后，圆柱形支撑会产生轴向的变形进而与外层管紧密结合。轴向位置分布在两个连接块5的中间位置。
(3)参照图6，外层管和整个系统的支撑采用连接块5。根据不同需求和技术能力可以选择刚性支撑，弹性支撑等不同的支撑形式。
另外，内层管、外层管度及中间夹层厚度的选择，可以根据不同的管道应用环境和采用的材料，计算得到最优数值。
尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (6)

1.一种超稳定自加热输流管，其特征在于：包括内层管、中间夹层和外层管；所述中间夹层位于所述内层管和外层管之间，其内注满液体，所述液体的绝对粘度在100℃以下时不小于3000cP；所述内层管和外层管之间通过若干弹性部件固定支撑。
2.根据权利要求1所述超稳定自加热输流管，其特征在于：所述液体为磁性液体或者高导电率液体。
3.根据权利要求1所述超稳定自加热输流管，其特征在于：所述弹性部件沿所述内层管的轴向成点状分布，所述内层管同一径向截面上沿周向均布有四个所述弹性部件。
4.根据权利要求1所述超稳定自加热输流管，其特征在于：所述弹性部件采用弹性模量为7.8MPa泊松比为0.47的耐腐蚀橡胶材料。
5.根据权利要求1所述超稳定自加热输流管，其特征在于：所述弹性部件为圆柱状结构，其轴向长度为内层管与外层管半径之差的1.05倍，直径为其轴向长度的1/5。
6.根据权利要求1所述超稳定自加热输流管，其特征在于：所述外层管与其载体之间通过若干连接块固定支撑；所述连接块与所述弹性部件交错设置。
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