CN202700988U

CN202700988U - 紊流套及紊流管

Info

Publication number: CN202700988U
Application number: CN2012203784322U
Authority: CN
Inventors: 梁鸿; 熊坚; 马志勇; 童镇; 刘炜; 李新林; 孙长城; 王任全
Original assignee: BEIJING JINGCHENG RUIXIN CHANGCAI ENGINEERING TECHNOLOGY Co Ltd
Current assignee: BEIJING JINGCHENG RUIXIN CHANGCAI ENGINEERING TECHNOLOGY Co Ltd
Priority date: 2012-08-01
Filing date: 2012-08-01
Publication date: 2013-01-30
Anticipated expiration: 2022-08-01

Abstract

本实用新型提供了一种紊流套及紊流管，其中，所述紊流套具有沿轴向贯通的贯穿孔，贯穿孔一端为锥形收缩口，另一端为锥形扩张口，锥形收缩口和锥形扩张口之间形成喉部，该喉部为沿紊流套轴向延伸的等径喉管，所述等径喉管的内壁上具有至少一组泄压孔，每组泄压孔包括沿所述等径喉管周向呈放射状分布的多个通孔。本实用新型的紊流套通过将喉部的长度加长而形成等径喉管，增加了导向作用，等径喉管内壁设置泄压孔，能减轻轧件在高速穿过水冷时的阻力，有利于轧件的运行稳定，同时，冷却水流体在从锥形收缩口进入等径喉管后，可在等径喉管内形成层流和弱紊态流动，降低了水压波动，减少了冷却水造成对轧件的冲击。

Description

紊流套及紊流管

技术领域

本实用新型涉及一种紊流套及紊流管，尤其涉及一种适用于棒材水冷装置中的紊流套和紊流管。

背景技术

棒材的水冷装置是对于轧制后的高温棒、线材进行强制冷却和在线热处理的设备，其原理是利用棒材热轧后在奥氏体状态下快速冷却，棒材表面淬成马氏体，随后由其心部放出余热进行自回火，提高棒、线材的强度和塑性，改善韧性，从而得到良好的综合力学性能。

棒材的水冷装置主要包括预水冷装置和穿水冷却装置，其中，预水冷装置位于中轧机组后、精轧机组前，穿水冷装置位于精轧机组后，分段剪前。

棒材的水冷装置中的关键部件为水冷单元，水冷单元通常包括水冷喷嘴和连接在水冷喷嘴后的紊流管。轧件由水冷喷嘴进入紊流管内进行冷却时，因为冷却水的热容大，局部的冷却水温度升高时，很难在短时间内将热量传递给冷却水的其他部分，冷却水在紊流管内的流动状态将直接影响轧件与冷却介质的热交换强度；另外，轧件离开水冷喷嘴进入紊流管冷却后，在轧件表面会再一次形成涡核（隔热保护蒸汽膜），轧件表面的一层涡核处于负压，紧紧包裹在轧件表面，导致接近轧件的冷却水速度减小，而影响冷却强度。紊流套是构成紊流管的核心部件，紊流套的结构决定了冷却水在冷却管内的流动状态；同时，为了强化冷却，就要减少涡核厚度，紊流套的结构是解决涡流厚度的关键。

现有技术中的紊流套具有一沿轴向贯通的贯穿孔，该贯穿孔一端具有锥形收缩口，另一端具有锥形扩张口，在锥形收缩口和锥形扩张口之间形成喉部。多段紊流套串联于冷却导管内形成紊流管，每段紊流套的锥形收缩口与相邻的紊流套的锥形扩张口对接配合，多段紊流套的贯穿孔串联而成内径呈周期性变化的贯通通道。冷却水从紊流管中通过时，由于紊流管的变内径结构特点，使冷却水具有紊流状态，冷却水除沿轴向流动外，由于截面变化，造成压力的变化，在轧材的垂直表面形成剧烈的搅动，冷却水的各个质点有更多的机会接触或撞击热态线材的表面，冲击其表面的蒸汽膜，并将其中的高温质点挤走，充分地进行热交换，从而获得良好冷却效率。但是，目前用于棒材水冷中的紊流套通常其锥形收缩口与锥形扩张口之间的喉部极短，从而冷却水流体从锥形收缩口直接进入锥形扩张口，流体紊流程度高，换热系数铰大，但是预水冷轧件由于规格较大，不希望太高的换热系数，否则轧件沿断面方向的温度梯度太大，会影响轧件进入精轧机组的轧制，同时，这种结构的紊流管水冷强度大，易产生马氏体等不良组织。

实用新型内容

为了解决以上现有技术中紊流管所存在的由于喉部极短而导致的冷却水紊流程度过高、换热系数大、冷却强度高、温度梯度大的问题，本实用新型提供了一种紊流套及由该紊流套构成的紊流管，其结构简单，冷却效果好。

本实用新型所提供的技术方案为：一种紊流套，具有沿轴向贯通的贯穿孔，所述贯穿孔一端为锥形收缩口，另一端为锥形扩张口，所述锥形收缩口和所述锥形扩张口之间形成喉部，所述喉部为沿所述紊流套的轴向延伸的等径喉管，所述等径喉管的内壁上具有至少一组泄压孔，每组泄压孔包括沿所述等径喉管周向呈放射状分布的多个通孔。

进一步的，所述等径喉管的内壁上具有多组所述泄压孔，且多组所述泄压孔沿所述等径喉管的轴向排布。

进一步的，所述锥形收缩口的收缩角度为20°~23°，所述锥形扩张口的扩张角度为20°~23°。

进一步的，所述锥形收缩口的收缩角度和所述锥形扩张口的扩张角度相同。

进一步的，所述紊流套的两端分别固连有用于将多段所述紊流套串联时进行径向定位以及轴向定位的定位法兰，所述定位法兰为圆盘式结构，其端面上沿周向设有多个定位销孔。

进一步的，所述定位法兰的外周面上开设有沿所述定位法兰的轴向贯通的多个沟槽。

本实用新型还提供一种紊流管，包括：冷却导管；以及，串联于所述冷却导管内的多段本实用新型的紊流套。

本实用新型的有益效果为：本实用新型的紊流套具有锥形收缩口、等径喉管和锥形扩张口，多段该紊流套串联于冷却导管内形成内径呈周期性变化的紊流管，紊流管的内径变化促进了冷却水之间动能和热量的交换，通过对锥形收缩口和锥形扩张口之间的喉部改进，将喉部的长度加长而形成一沿紊流套轴向延伸而具有一定长度的等径喉管，增加了导向作用，等径喉管内壁上设置泄压孔，具有泄压能力，降低正压的形成，能减轻轧件在高速穿过水冷时的阻力；同时，喉部加长形成具有一定长度的等径喉管，冷却水流体在从锥形收缩口进入等径喉管后，可在等径喉管内形成弱紊态流动，降低了水压波动，减少了冷却水造成对轧件的冲击；换热系数和冷却强度可以有效控制，沿断面方向的温度梯度分布小，容易控制冷却温度，从而可以实现轻穿水、低过冷、小温差的冷却工艺。

附图说明

图1表示本实用新型的紊流套的结构示意图；

图2表示图1中A-A向结构示意图；

图3表示本实用新型的紊流管的结构示意图。

具体实施方式

以下结合附图对本实用新型的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本实用新型，并非用于限定本实用新型的范围。

为了解决现有技术中，用于棒材穿水冷装置、预水冷装置中的紊流管通常所采用的紊流套在结构上由于其喉部极短，而导致的冷却水紊流程度过高、水压波动大，换热系数大、冷却强度高、温度梯度大的问题，本实用新型提供了一种用于紊流管中的紊流套，其具有结构简单、冷却均匀、冷却效果好等优点。

如图1所示，本实用新型的紊流套1具有一轴向贯通的用于供冷却水通过的贯穿孔，该贯穿孔的一端为锥形收缩口11，另一端为锥形扩张口12，在锥形收缩口11与锥形扩张口12之间形成喉部，本实用新型的紊流套1改进之处就在于，加长了喉部的长度，将喉部设计为一沿该紊流套1轴向延伸而具有一定长度的等径喉管13，等径喉管13的内壁上设有多组泄压孔14，每组泄压孔14包括沿等径喉管13周向设置的、呈放射状分布的多个通孔140。本实用新型的紊流套1具有锥形收缩口11、等径喉管13和锥形扩张口12，多段该紊流套1串联于冷却导管内形成内径呈周期性变化的紊流管，紊流管的内径变化促进了冷却水之间动能和热量的交换，通过对锥形收缩口11和锥形扩张口12之间的喉部改进，将喉部的长度加长而形成一沿紊流套1轴向延伸而具有一定长度的等径喉管13，增加了导向作用，并且其结构上增加了泄压孔，具有泄压能力，降低了正压的形成，能减轻轧件在高速穿过水冷时的阻力，同时，喉部加长形成具有一定长度的等径喉管13，冷却水流体在从锥形收缩口11进入等径喉管13后，可在等径喉管13内作微稳态流动，降低了水压波动，减少了冷却水造成对轧件的冲击；换热系数和冷却强度也可以有效控制，沿断面方向的温度梯度分布小，容易控制冷却温度，从而可以实现轻穿水、低过冷、小温差的冷却工艺。

本实施例中，等径喉管13的长度优选为：轧件直径为10~20mm时，等径喉管13长度为60~100mm。当然，在实际应用中，等径喉管13的长度可根据轧件的规格尺寸以及工艺要求进行合理调整，在此不再进行列举。

等级喉管的直径是控制换热系数和冷却强度的关键。等径喉管13直径过大，则冷却水流量大，冷却不均匀，轧件会产生波浪弯；而等径喉管13直径过小，则轧件与管壁易发生摩擦，而对轧机产生阻力。本实施例中，优选的，轧件直径为10mm时，等径喉管13直径优选为20mm，既满足要求的正压力值，又避免轧件与管壁发生摩擦；轧件直径为12~16mm时，等径喉管13直径优选为30mm；轧件直径为18~22mm时，等径喉管13直径优选为35mm；轧件直径为25~36时，等径喉管13直径优选为60mm。当然，在实际应用中，等径喉管13的直接刻根据轧件规格尺寸以及工艺要求进行合理调整，在此不再一一列举。

本实施例中，优选的，如图1和图2所示，多组泄压孔14沿等径喉管13的轴向排布。本实用新型的紊流套1在等径喉管13的内壁上设置多组泄压孔14，轧件经过等径喉管13时，冷却水可通过泄压孔14流出等径喉管13，减少了冷却水的压力冲击，降低了轧件在高速穿过水冷时的阻力，而加长等径喉管13的长度，等径喉管13上的泄压孔14可获得大的雷诺数，调节冷却水压力和流体的层流和紊流状态，对等径喉管13内正压区起到泄压作用，进一步保证换热均匀。

当然可以理解的是，实际应用中，等径喉管13内壁上的泄压孔14也可以仅设置一组，每组泄压孔14中通孔140的数量和大小可根据实际需求进行调整。

锥形收缩口11的收缩角度α的大小直接影响紊流管中湍流的大小，进而影响冷却强度。锥形收缩口11的收缩角度α小，冷却水速度分布均匀；锥形收缩口11的收缩角度α大，流体速度分布不均，但是会增加紊流程度，热交换强度高。而冷却区的大小取决于锥形扩张口12的扩张角度大小，锥形扩张口12的扩张角度β大，则均匀区愈短，锥形扩张口12冷却水的轴向流速低；锥形扩张口12的扩张角度β小，则均匀区愈长，锥形扩张口12冷却水的轴向流速高。因此，合适的锥形收缩口11的收缩角度α既可以使流体速度均匀又可以达到一定的紊流程度，而合适的锥形扩张口12扩张角度β既可以保证合理的冷却区又可以得到理想的轴向流速。

本实施例中，优选的，锥形收缩口11的收缩角度α与锥形扩张口12的扩张角度β均为20°~23°。锥形收缩口11的收缩角度α与锥形扩张口12的扩张角度β均为20°~23°时，水流产生的湍流适中，在总水量相同的情况下，流速均匀，冷却效果会更好，同时，冷却水对轧件的阻力也小。

另外，紊流套1的锥形收缩口11的收缩角度α与锥形扩张口12的扩张角度β相等时，为对称型紊流套1；锥形收缩口11的收缩角度α与锥形扩张口12的扩张角度β不相等时，为非对称型紊流套1。本实施例中，优选的，本实用新型的紊流套1设计为对称型结构，即锥形收缩口11的收缩角度α与锥形扩张口12的扩张角度β相等，采用这种对称型的紊流套1设计方案可加强轧件的冷却均匀。

此外，本实施例中，优选的，如图1和图2所示，紊流套1的两端分别固连有定位法兰15，定位法兰15为圆盘式结构，其端面上沿周向设有多个定位销孔150。当多段紊流套1进行串联组装于冷却水管内时，定位法兰15的外圆与冷却水管的内壁接触，而对该紊流套1进行径向定位，每段紊流套1上的定位销孔150与其相邻的紊流套1上的定位销孔150对应连接一起，而对多段紊流套1进行轴向定位。

此外，本实施例中，优选的，在定位法兰15的外周面上沿定位法兰15轴向还开设有轴向贯通的多个沟槽151，在多段紊流套1串联组成紊流管时，多个沟槽151与冷却水管内壁之间、以及多段紊流套1的外壁与冷却水管内壁之间可进行相互贯通，从而调节紊流套1内的冷却水。

本实用新型还提供了一种紊流管，如图3所示，其包括冷却导管2和冷却导管2内的多段紊流套1，多段紊流套1依次串联，其中，中间位置的每一紊流套1的锥形扩张口12与串联于其后的紊流套1的锥形收缩口11对接匹配，从而将多段紊流套1的贯穿孔串联形成一内径呈周期性变化的贯通通道；每段紊流套1通过其定位法兰15端面上的定位销孔150与其相邻的紊流套1采用定位销串接一起，并保证每段紊流套1的定位法兰15上的沟槽151和与其相邻的紊流套1定位法兰15上的沟槽151对中；而紊流套1的定位法兰15外周面与冷却导管2的内壁接触而对紊流套1进行径向定位，从而保证紊流套1的贯穿孔安装精度；冷却导管2两端分别具有用于与水冷喷嘴连接的第一法兰21以及用于与出口定位导管连接的第二法兰22。

本实用新型的紊流管在对轧机进行水冷处理时，其进口端与水冷喷嘴3连接固定，且在冷却导管2的第一法兰21与水冷喷嘴3的法兰之间设有第一密封垫24；冷却导管2的出口端通过第二法兰22可以与出口定位导管4固定连接，在冷却导管2的第二法兰22与出口定位导管4法兰之间设有第二密封垫25。

如图3所示，本实用新型的紊流管在对轧件机进行水冷时，冷却水流体进入其中一段紊流套的锥形收缩口，经锥形收缩口进入到等径喉管内时，由于等径喉管内径最小，此处的流体速度最大，压力最小；再进入锥形扩张口时，流体逐渐扩散，速度下降，引起压力逐渐升高；然后再进入下一段紊流套的锥形收缩口，由于收缩壁面阻挡，一部分流体受到撞击而向回流动，从而在两段紊流套之间形成涡流，涡流的存在增加流体的紊流程度，有利于换热。

本实用新型的紊流管所采用的紊流套由于喉部加长形成一沿其轴向延伸的具有一定长度的等径喉管，冷却水在等径喉管内可以作弱紊流态流动，当遇到等径喉管内壁上的泄压孔时，流体的断面发生变化会产生局部紊流，流体会加速流动，而当流体再进入锥形扩张口时，会由层流和弱紊流状态转变成强紊流。当流体经过一连串的紊流套时，除沿棒材轴向高速流动外，由于内径的周期性变化，造成压力的周期性变化，而由于波动压力的冲击，冷却水在棒材表面也有较剧烈的搅动，有利于轧件表面蒸汽膜破坏和气泡分离，由于水流两种状态运动的结合，保证了流体具有较大的冷却动能，保证了合适的换热系数，控制了冷却强度，同时，保证了冷却均匀性，轧件运动方向与流体运动方向相同，而等径喉管内的流体为层流运动，使得冷却水与轧件全面接触，提高冷却水利用率。

由此可见，本实用新型的紊流管通过采用将喉部加长为等径喉管的紊流套，加长了正压区的长度，能减轻轧件在高速穿过水冷时的阻力，同时，紊流套的喉部加长形成具有一定长度的等径喉管，等径喉管内壁上设置泄压孔，冷却水流体在从锥形收缩口进入等径喉管后，可在等径喉管内作层流和弱紊流状态运动，换热系数和冷却强度得到有效控制，沿断面方向的温度梯度分布小，容易控制冷却温度，从而可以实现轻穿水、低过冷、小温差的冷却工艺。另外，本实用新型的紊流管所采用的紊流套的锥形收缩口收缩角度α较小，从而均匀区较长，有利于热交换。

以上所述是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型所述原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围。

Claims

1.一种紊流套，具有沿轴向贯通的贯穿孔，所述贯穿孔一端为锥形收缩口，另一端为锥形扩张口，所述锥形收缩口和所述锥形扩张口之间形成喉部，其特征在于：

所述喉部为沿所述紊流套的轴向延伸的等径喉管，所述等径喉管的内壁上具有至少一组泄压孔，每组泄压孔包括沿所述等径喉管周向呈放射状分布的多个通孔。

2.根据权利要求1所述的紊流套，其特征在于：所述等径喉管的内壁上具有多组所述泄压孔，且多组所述泄压孔沿所述等径喉管的轴向排布。

3.根据权利要求1或2所述的紊流套，其特征在于：所述锥形收缩口的收缩角度为20°~23°，所述锥形扩张口的扩张角度为20°~23°。

4.根据权利要求3所述的紊流套，其特征在于：所述锥形收缩口的收缩角度和所述锥形扩张口的扩张角度相同。

5.根据权利要求4所述的紊流套，其特征在于：所述紊流套的两端分别固连有用于将多段所述紊流套串联时进行径向定位以及轴向定位的定位法兰，所述定位法兰为圆盘式结构，其端面上沿周向设有多个定位销孔。

6.根据权利要求5所述的紊流套，其特征在于：所述定位法兰的外周面上开设有沿所述定位法兰的轴向贯通的多个沟槽。

7.一种紊流管，包括：

冷却导管；以及，

串联于所述冷却导管内的多段紊流套；

其特征在于：

所述紊流套为如权利要求1至6任一项所述的紊流套。