CN110792871B - 一种削弱凝结水锤强度的阶梯形管路装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种削弱凝结水锤强度的阶梯形管路装置。该装置包括：竖直管道、弯管、阶梯型管路和法兰；所述竖直管道与所述弯管通过焊接连通；所述弯管与所述阶梯型管路之间通过法兰连接；所述阶梯型管路包括多个水平段管和多个竖直段管；所述水平段管和所述竖直段管呈阶梯连接。当蒸汽经过阶梯形管路时，由于管路的特性，蒸汽泡会被分割成多段，减小了弹状流的长度，从而达到减弱水锤强度的目的。该装置没有特殊形状，加工方式简单，不影响管路强度，适用于不同流量、不同位置的凝结水锤的抑制。

Description

一种削弱凝结水锤强度的阶梯形管路装置
技术领域
本发明涉及流体管道技术领域，尤其涉及一种削弱凝结水锤强度的阶梯形管路装置。
背景技术
汽液直接接触凝结由于具有高效的传热传质特性而广泛应用于各种工业领域中，如核反应堆以及舰船的余热排出系统。但是汽液直接接触凝结过程中有可能产生严重的凝结水锤现象。凝结水锤引起的巨大压力波动会严重冲击和破坏管路及相关设备，影响系统安全运行。因此研究凝结水锤的形成过程以及由此引起的压力波动对于设备的安全运行有着十分重要的意义。
现有技术中对于管内凝结水锤的抑制方案较少，同时蒸汽和过冷水温度发生变化时，凝结水锤的发生位置也会发生变化。所以能够找到一种有效地抑制不同工况下凝结水锤在不同位置产生的方法，对于相关的工业应用具有重要的意义。
发明内容
本发明主要目的在于，提供一种削弱凝结水锤强度的阶梯形管路装置，以解决现有技术不能有效抑制管内不同工况下发生凝结水锤的问题。
本发明为了实现上述目的，提供了一种削弱凝结水锤强度的阶梯形管路装置，所述装置包括：
竖直管道、弯管、阶梯型管路和法兰；
所述竖直管道与所述弯管通过焊接连通；
所述弯管与所述阶梯型管路之间通过法兰连接；
所述阶梯型管路包括多个水平段管和多个竖直段管；
所述水平段管和所述竖直段管呈阶梯连接。
优先的，各所述水平段管的长度不大于5倍管路内径；
各所述竖直段管的长度不小于2倍所述管路内径。
优选的，所述法兰包括：
两个法兰盘；其中，所述两个法兰盘之间垫有密封垫片。
优选的，所述两个法兰盘通过螺栓连接。
优选的，所述水平段管与所述竖直段管以焊接的方式连接；其中，所述水平段管与所述竖直段管的夹角为直角。
优选的，竖直管道用于与蒸汽进口管道相连，并且所述阶梯型管路沿蒸汽流动方向不断升高。
本发明实施例包括以下优点：
本发明实施例提供的一种削弱凝结水锤强度的阶梯形管路装置，包括竖直管道、弯管、阶梯型管路和法兰；所述竖直管道与所述弯管通过焊接连通；所述弯管与所述阶梯型管路之间通过法兰连接；所述阶梯型管路包括多个水平段管和多个竖直段管；所述水平段管和所述竖直段管呈阶梯连接。在蒸汽通过阶梯型管路的过程中,蒸汽泡经过不同高度的水平段管时，由于密度差会向水平段上部聚集，而竖直段管能有效地将较长的蒸汽泡分割为较小的汽泡，当发生凝结水锤时，蒸汽泡的初始体积减小，撞击速度也降低，进而达到减弱水锤强度的目的。另外，该装置阶梯型管路没有特殊形状，加工方式简单，对凝结水锤的减速效果好，不影响管路强度，适用于不同流量、不同位置的凝结水锤的抑制。
附图说明
图1为本发明实施例的一种削弱凝结水锤强度的阶梯形管路装置的立体结构示意图；
图2为本发明实施例的一种削弱凝结水锤强度的阶梯形管路装置的剖面结构示意图图；
图3为本发明实施例的一种削弱凝结水锤强度的阶梯形管路装置的右视示意图；
图4为本发明实施例的一种削弱凝结水锤强度的阶梯形管路装置在小流量时流型示意图；
图5为本发明实施例的一种削弱凝结水锤强度的阶梯形管路装置在大流量时流型示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
凝结水锤发生的原因是由于蒸汽泡在凝结过程中气泡迅速减小使气泡边缘碰撞发生的，故能减小气泡的初始大小，就能降低碰撞速度，将对水锤有着很好的抑制作用。
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本发明作进一步详细说明。
参照图1，示出了本发明提供的一种削弱凝结水锤强度的阶梯形管路装置的立体结构示意图，阶梯形管路装置包括：竖直管道1、弯管2、阶梯型管路3、法兰4和密封垫片5；竖直管道1与弯管2通过焊接连通；弯管2与阶梯型管路3之间通过法兰4连接；法兰4包括两个法兰盘；其中，两个法兰盘之间垫有密封垫片5；阶梯型管路3包括多个水平段管和多个竖直段管，并且水平段管和述竖直段管呈阶梯连接。
在实际应用中，法兰4中的两个法兰盘通过螺栓连接，两个法兰盘之间的密封垫片5有密封的作用，阶梯形管路装置中的竖直管道1用于与蒸汽进口管道相连，并且所述阶梯型管路3沿蒸汽流动方向不断升高。同时，阶梯型管路3沿蒸汽流动方向设置有不少于4级阶梯，即5个水平段管和4个竖直段管，水平段管与竖直段管以焊接的方式连接，并且水平段管与竖直段管的夹角为直角；其中，各水平段管的长度不大于5倍管路内径，各竖直段管的长度不小于2倍管路内径。
在本发明实施例中，由于凝结水锤形成过程中会经历分层流、波状流、弹状流和汽泡破碎四种流型，而弹状流的流动情况直接关系到凝结水锤产生的强度，所以在流体经过不同高度的水平段管时可使弹状流的初始体积减小，从而达到抑制凝结水锤强度的目的。
参照图2，示出了本发明提供的一种削弱凝结水锤强度的阶梯形管路装置的剖面结构示意图。蒸汽从蒸汽进口管道流出，沿竖直管道1、弯管2以及法兰4进入阶梯形管路3中，通过不同高度水平管段管的阶梯形管路3。其中，图3为本发明提供的一种削弱凝结水锤强度的阶梯形管路装置的右视示意图。
在此过程中蒸汽泡逐渐破碎，由于较大的蒸汽泡被分割成较小的汽泡，弹状流形成的初始体积减小,从而减小了凝结水锤的强度。同时，阶梯形管路3由垂直的水平段管和竖直段管焊接而成，其加工方式简单，对凝结水锤的减速效果好,不影响管路强度，适用于不同流量的凝结水锤形成过程。此外，阶梯形管路3上可以多增加几级阶梯型管路，不会损害管路的原有强度。
具体的，阶梯型管路3沿蒸汽流动方向不断升高，由于蒸汽密度比水低，蒸汽会在水平管段管上部聚集，通过不断升高的阶梯型管路3，可以使蒸汽泡有效的聚集于各水平段上部，达到分割的目的。
同时，阶梯型管路3为管道直接焊接，弯折处为直角，可更好地分割蒸汽泡。
此外，阶梯型管路3的各水平段长度相同，通过实验验证，发现当蒸汽泡长度小于5倍管路内径时，即水平段管的长度和不大于5倍管路内径时，产生的凝结水锤强度很小，不会对管路造成危害；同时阶梯型管路3的各竖直段管的长度也相同，通过大量实验发现，当竖直段管长度大于2倍管路内径时，对蒸汽泡的分割效果最佳。
举例说明，参照图4，示出了本发明提供的一种削弱凝结水锤强度的阶梯形管路装置在小流量时流型示意图，即以余热排出过程的小流量情况为例：由于小流量情况下，蒸汽泡体积较小，只能通过前面1-2个高度较小的水平段管，当蒸汽泡开始凝结时，蒸汽泡的长度不会超过5倍管路内径，故不会产生较大的压力振荡。
参照图5，示出了本发明提供的一种削弱凝结水锤强度的阶梯形管路装置在大流量时流型示意图，即以余热排出过程的大流量情况为例：在大流量下蒸汽泡长度会覆盖大部分阶梯形管路3，在发生凝结水锤时，由于多段弯折的存在，随着蒸汽流动方向的不断升高，在蒸汽泡收缩时会逐渐被有效地分割成多个小气泡，在每段水平段管之间凝结，各段长度均不会超过5倍管路内径，以达到减弱凝结水锤强度的目的。
上述实施例的有益效果：
本发明实施例提供的一种削弱凝结水锤强度的阶梯形管路装置，包括竖直管道、弯管、阶梯型管路和法兰；所述竖直管道与所述弯管通过焊接连通；所述弯管与所述阶梯型管路之间通过法兰连接；所述阶梯型管路包括多个水平段管和多个竖直段管；所述水平段管和所述竖直段管呈阶梯连接。在蒸汽通过阶梯型管路的过程中,蒸汽泡经过不同高度的水平段管时，由于密度差会向水平段上部聚集，而竖直段管能有效地将较长的蒸汽泡分割为较小的汽泡，当发生凝结水锤时，蒸汽泡的初始体积减小，撞击速度也降低，进而达到减弱水锤强度的目的。另外，该装置阶梯型管路没有特殊形状，加工方式简单，对凝结水锤的减速效果好，不影响管路强度，适用于不同流量、不同位置的凝结水锤的抑制。
上述实施例仅为优选实施例，并不用以限制本发明的保护范围，在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种削弱凝结水锤强度的阶梯形管路装置，其特征在于，所述装置包括：
竖直管道、弯管、阶梯型管路和法兰；
所述竖直管道与所述弯管通过焊接连通；
所述弯管与所述阶梯型管路之间通过法兰连接；
所述阶梯型管路包括多个水平段管和多个竖直段管；
所述水平段管和所述竖直段管呈阶梯连接，其中，各所述水平段管的长度不大于5倍管路内径，各所述竖直段管的长度不小于2倍所述管路内径。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述法兰包括：
两个法兰盘；其中，所述两个法兰盘之间垫有密封垫片。
3.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，所述两个法兰盘通过螺栓连接。
4.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述水平段管与所述竖直段管以焊接的方式连接；其中，所述水平段管与所述竖直段管的夹角为直角。
5.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，竖直管道用于与蒸汽进口管道相连，并且所述阶梯型管路沿蒸汽流动方向不断升高。
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