CN111706579B - 适用于弯管后端流体流速分布调整的流动调整器 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种适用于弯管后端流体流速分布调整的流动调整器，包括圆管、栅格调整架，所述栅格调整架设置在圆管内部，栅格调整架的长度方向沿着圆管的轴向方向，所述栅格调整架将圆管内部分隔成多个通道；所述栅格调整架将圆管的横截面分成第一区域、第二区域，所述第一区域内通道数量和密集程度均大于第二区域内通道的数量和密集程度，第一区域内通道的尺寸小于第二区域内通道的尺寸；所述第一区域安装在弯管弯曲外侧，第二区域安装在弯管弯曲内侧。本发明结构简单合理，通过非对称通道对流过弯管的流体进行流场调整，使得流体流动变得均匀，能够消除弯管所产生的非均匀来流对泵或阀门的影响，延长设备的使用寿命。

Description

适用于弯管后端流体流速分布调整的流动调整器
技术领域
本发明涉及流动整流器，具体地，涉及一种适用于弯管后端流体流速分布调整的流动调整器，尤其是一种调整90度弯管后流体流速分布的流动调整器。
背景技术
流动调整器是一种消除不正常流动，缩短必要的直管段长度的设备。在当今的生产活动中，泵作为流体输送装置必不可少，泵的运行状态很大程度受到入口流动的影响。由于很多管路中存在弯管，当流体流经弯管时，将会产生速度分布畸变、旋转流以及非定常流，这就不可避免得造成弯头下游泵进口流动的不均匀性，这种不均匀性将会产生非常大的非对称冲击力，使得泵的叶轮受到不均力的冲击，增大泵的内部的压力脉动，引起泵更大的振动。如果弯头后面存在其它诸如阀门的阻力件，这种非均匀流动也会对其产破坏性冲击，从而影响其寿命。
目前，在ISO5167中推荐了若干形式的流动调整器，但是这些流动调整器对直管整流效果较好，对弯管的整流效果并不理想。
公开号为CN203363522U的专利文献公开了一种蜂窝式流体调整器，包括：多孔板及与所述多孔板边缘邻接的安装部，所述多孔板上设有数个孔，所述数个孔在所述多孔板上呈蜂窝式分布，所述安装部用于将该蜂窝式流体调整器安装于管道内。本实用新型蜂窝式流体调整器，多孔板上的孔呈蜂窝式分布，且多孔板中部的第一孔为正六边形，结构坚固，且可以有足够的横截面让流体通过，有效减少压损，消除不正常的流动，缩短必要直管的长度和降低噪声。但是该专利文献所公开的技术方案适用于直管中流体流速分布的调整，对于弯管中，尤其是弯管后端流体流速的调整效果不如对直管的调节效果好。
发明内容
针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种适用于弯管后端流体流速分布调整的流动调整器。
根据本发明提供的一种适用于弯管后端流体流速分布调整的流动调整器，包括圆管、栅格调整架，所述栅格调整架设置在圆管内部，栅格调整架的长度方向沿着圆管的轴向方向，所述栅格调整架将圆管内部分隔成多个通道；
所述栅格调整架将圆管的横截面分成第一区域、第二区域，所述第一区域内通道数量和密集程度均大于第二区域内通道的数量和密集程度，第一区域内通道的尺寸小于第二区域内通道的尺寸；
所述第一区域安装在弯管弯曲外侧，第二区域安装在弯管弯曲内侧。
优选地，所述第一区域、第二区域以圆管的直径作为分界线。
优选地，所述栅格调整架包括平行板，多个所述平行板横纵交错形成多个通道，所述平行板与圆管的中轴线平行。
优选地，所述栅格调整架还包括一个或多个倾斜板，所述倾斜板位于第一区域和第二区域的交汇处，并且由第一区域向第二区域倾斜。
优选地，所述倾斜板与圆管中轴线之间的夹角为1-10度。
优选地，所述栅格调整架还包括漩涡分离板，所述漩涡分离板设置在第二区域内靠近圆管中央处，所述漩涡分离板与第一区域和第二区域的分界线垂直。
优选地，所述通道的横截面为圆形或者多边形。
优选地，所述圆管的长度至少为圆管直径的1.6倍。
优选地，所述圆管的两端均设置有连接法兰。
与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：
1、本发明结构简单合理，通过非对称通道对流过弯管的流体进行流场调整，使得流体流动变得均匀，能够消除弯管所产生的非均匀来流对泵或阀门的影响，延长设备的使用寿命。
2、本发明通过栅格调整架将整流器分成两个尺寸不同的通道区域，安装在弯管外侧的第一区域的通道尺寸大于安装在弯管内侧第二区域的通道尺寸，能够很好地降低弯管外侧流体的流速，使得流体流速均匀。
3、本发明在第一区域与第二区域的交汇处(圆管中央)设置与圆管轴线(弯管出口轴线)成一定角度的倾斜板，并且第一区域向第二区域倾斜，能够调整交汇处流体的运动方向，使得位于中央流体运动发生偏斜，部分流体向弯管内侧流动，增大内侧流体的速度，从而使得流体流速均匀。
4、本发明在第二区域靠近圆管中央设置有漩涡分离板，能够较好地破坏弯管内侧流体的涡区，调整内侧流体的流动方向，使得整个圆管截面内流体速度的大小和方向趋于一致。
附图说明
通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
图1为本发明一个实施例的立体结构示意图。
图2为本发明一个实施例的栅格调整架的立体结构示意图。
图3为本发明一个实施例的栅格调整架的横截面示意图。
图4为一种弯管的结构示意图。
图5为未安装流动调整器的弯管后端的图4中的截面处的管道速度云图。
图6为安装本发明后的弯管后端的图4中的截面处的管道速度云图。
图中示出：
圆管1 第二区域4
栅格调整架2 倾斜板5
第一区域3 漩涡分离板6
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变化和改进。这些都属于本发明的保护范围。
在本申请的描述中，需要理解的是，术语“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申请和简化描述，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申请的限制。
本发明的目的是提供一种结构独特、最大限度地消除弯管产生的速度分布畸变、减少对弯管下游的泵和阀门非均匀力冲击影响的一种流动调整器。根据本发明提供的一种适用于弯管后端流体流速分布调整的流动调整器，如图1-3所示，包括圆管、栅格调整架，所述栅格调整架设置在圆管内部，栅格调整架的长度方向沿着圆管的轴向方向，所述栅格调整架将圆管内部分隔成多个通道；所述栅格调整架将圆管的横截面分成第一区域、第二区域，所述第一区域内通道数量和密集程度均大于第二区域内通道的数量和密集程度，第一区域内通道的尺寸小于第二区域内通道的尺寸；所述第一区域安装在弯管弯曲外侧，第二区域安装在弯管弯曲内侧。
优选地，所述第一区域、第二区域以圆管的直径作为分界线。当然根据实际情况，第一区域与第二区域地分界线不一定是直线，可以是折线、曲线或者其他线型，第一区域与第二区域的分界线可以偏离圆管直径设置。优选地，第一区域与第二区域的分界线垂直于弯管外侧到内侧的指向线，或者与弯管外侧到内侧的指向线的垂线之间具有夹角。所述弯管外侧到内侧的指向线通过图3进行说明，将适用于弯管后端流体流速分布调整的流动调整器以图3所示的栅格调整架排布方式水平安装到弯管的后端(下游)，第一区域即图3中左侧区域安装在弯管的外侧，第二区域即图3中右侧区域安装在弯管的内侧，弯管外侧到内侧的指向线即图3中左侧到右侧的水平线。如图4所示，弯管两端的夹角内部即弯管内侧，相对另一侧为弯管外侧。
所述栅格调整架包括平行板，多个所述平行板横纵交错形成多个通道，所述平行板与圆管的中轴线平行。所述栅格调整架还包括一个或多个倾斜板，所述倾斜板位于第一区域和第二区域的交汇处，并且由第一区域向第二区域倾斜。所述倾斜板与圆管中轴线之间的夹角为1-10度。所述栅格调整架还包括漩涡分离板，所述漩涡分离板设置在第二区域内靠近圆管中央处，所述漩涡分离板与第一区域和第二区域的分界线垂直。
优选地，所述倾斜板与圆管中轴线之间的夹角为1-4度。根据弯管处的雷诺数Re确定，其中，Re＝ρvd/μ，ρ是流体密度，v是流体流速，d是圆管直径，μ是流体的动力粘度。Re<106时，夹角选取1度，Re<107时，夹角选取2度，Re<108时，夹角选取3度，Re>108时，夹角选取4度。优选地，所述漩涡分离板能够强制阻断弯管后端(下游)产生的漩涡的旋转运动，使流体的旋转运动减少，更多的沿着弯管(或圆管)的轴向流动。所述漩涡分离板平行于弯管外侧到内侧的指向线或者与弯管外侧到内侧的指向线之间具有夹角，在一个实施例中，所述漩涡分离板位于圆管的直径上，且所述直径平行于弯管外侧到内侧的指向线。
所述通道的横截面为圆形或者多边形，优选地，第二区域内通道的边长或直径至少是第一区域内通道边长或直径的1.3倍。所述圆管的长度至少为圆管直径的1.6倍，从而保证较好地整流效果。所述圆管的两端均设置有连接法兰，通过两端的连接法兰安装在弯管的后端(即弯管的下游)。
上面对本申请的基本实施例进行了说明，下面结合基本实施例的优选例和/或变化例对本申请进行更为具体的说明。
在一个实施例中，如图1-3所示，一种适用于弯管后端流体流速分布调整的流动调整器，通道通过纵横交错的平行板分割为方孔、矩形孔以及不规则孔，如图3所示，第一区域内方孔的边长为a，第二区域内远离第一区域的方孔的边长为e，靠近第一区域的方孔的边长为b，第二区域内靠近与第一区域交汇处的边长为b的方孔被竖向平行板平均分割成两个矩形，矩形性的短边为c，矩形长边为b，在第二区域中间形成一个水平“凸”字孔，水平“凸”字孔凸出顶部为倾斜板，倾斜板由第一区域向第二区域倾斜，所述倾斜板的上游一端与竖向平行板在竖向同一位置，倾斜板的宽度为d，水平“凸”字孔中间水平设置(平行于弯管外侧到内侧的指向线设置)有漩涡分离板，用来分开此处的旋涡，减少流动的复杂程度，所述漩涡分离板与倾斜板垂直，漩涡分离板到水平“凸”字孔底部两侧的距离为f。在第二区域，由远离第一区域一侧到靠近第一区域一侧，通孔的尺寸逐渐减小(除了边缘与圆管接触的不规则孔)，在一个实施例中，b＝4/3a，c＝2/3a，d＝8/3a，e＝f＝5/3a。圆管的长度为圆管直径的1.6倍。
所述平行板、倾斜板以及漩涡分离板采用钢板。优选地，倾斜板与圆管中轴线之间的夹角为1度，倾斜板使流体的速度方向发生显著改变，使部分流体向弯管内侧运动，抵消由于弯头附近流体离心运动的影响。平行板与圆管中轴线平行，强迫流体沿圆管轴线流动。倾斜板、平行板和圆管形成的孔位非对称分布，在弯管外侧为平行板组成的方孔，方孔边长相对较小，这是由于弯管外侧流速较高，需要增加方孔的数量增大此处流体的阻力，在弯管内侧为平行板组成的方孔，方孔边长相对较大，这是由于弯管内侧流速较低，需要减少方孔的数量减少此处流体的阻力。
本实施例中的流动调整器中靠近与其配合的弯管外侧的方孔较小，靠近与其配合的弯管内侧的方孔较大，这样能够很好地降低弯管外侧流体的的流速；靠近与其配合的弯管内侧的方孔设置漩涡分离板，可以较好地破坏弯管内侧流体的涡区，调整内侧流体的流动方向，使得整个圆管截面内流体速度的大小和方向趋于一致；在流动调整器中央设置有一块与弯管出口轴线成一定角度的倾斜板，可以调整此处流体的运动方向，使得位于中央流体运动发生偏斜，部分流体向弯管内侧流动，增大内侧流体的速度。图4为一种90度弯管，弯管下游在图4中所示速度云图截面位置测量弯管的流体速度，制作速度云图，图5为未安装流动调整器的弯管后端(下游)的速度云图，可以看出此截面内存在两个对称分布的旋涡，经计算，此截面速度分布的方差为1.41，图5为安装本发明适用于弯管后端流体流速分布调整的流动调整器的弯管后端(下游)的速度云图，本发明安装在测量截面之前，可以看出此前的两个旋涡消失了，速度为基本为同心圆分布，经计算，此截面速度分布的方差为1.13。通过CFD分析可以得出以下结论，通过本发明的独特的结构分布整流，流体在流过弯管时，被本发明中非对称孔进行有效地流场调整，使得流体流动变得均匀，可以消除90度弯管所产生的非均匀来流对泵或阀门的影响，延长设备的使用寿命。本发明适用范围广，适用于法兰连接式的90度弯管、直接焊接式的90度弯管和管道焊接式的90度弯管等等。
以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变化或修改，这并不影响本发明的实质内容。在不冲突的情况下，本申请的实施例和实施例中的特征可以任意相互组合。

Claims (6)

1.一种适用于弯管后端流体流速分布调整的流动调整器，其特征在于，包括圆管、栅格调整架，所述栅格调整架设置在圆管内部，栅格调整架的长度方向沿着圆管的轴向方向，所述栅格调整架将圆管内部分隔成多个通道；
所述栅格调整架将圆管的横截面分成第一区域、第二区域，所述第一区域内通道数量和密集程度均大于第二区域内通道的数量和密集程度，第一区域内通道的尺寸小于第二区域内通道的尺寸；
所述第一区域安装在弯管弯曲外侧，第二区域安装在弯管弯曲内侧；
所述栅格调整架包括平行板，多个所述平行板横纵交错形成多个通道，所述平行板与圆管的中轴线平行；
所述栅格调整架还包括一个或多个倾斜板，所述倾斜板位于第一区域和第二区域的交汇处，并且由第一区域向第二区域倾斜；
所述栅格调整架还包括漩涡分离板，所述漩涡分离板设置在第二区域内靠近圆管中央处，所述漩涡分离板与第一区域和第二区域的分界线垂直。
2.根据权利要求1所述的适用于弯管后端流体流速分布调整的流动调整器，其特征在于，所述第一区域、第二区域以圆管的直径作为分界线。
3.根据权利要求1所述的适用于弯管后端流体流速分布调整的流动调整器，其特征在于，所述倾斜板与圆管中轴线之间的夹角为1-10度。
4.根据权利要求1所述的适用于弯管后端流体流速分布调整的流动调整器，其特征在于，所述通道的横截面为圆形或者多边形。
5.根据权利要求1所述的适用于弯管后端流体流速分布调整的流动调整器，其特征在于，所述圆管的长度至少为圆管直径的1.6倍。
6.根据权利要求1所述的适用于弯管后端流体流速分布调整的流动调整器，其特征在于，所述圆管的两端均设置有连接法兰。
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