一种旋流式气液同轴两相流等干度分配装置的制作方法

本实用新型涉及等干度分配装置，具体地说是旋流式气液同轴两相流等干度分配装置。

背景技术：

本实用新型中的“相”指多相流中物理性质相同的各部分。其中气相和液相既可以式单组份物质，也可以是多组分物质的均匀混合体。气液两相流分配在石油开采与输送、能源和动力等领域中广泛存在。出于系统参数设计以及现场设备安全、可控性的要求，希望分配到各支路中的气液两相流体都具有相同的气液质量比例，即按照等干度原则进行分配。但目前的两相流体分配中，由于气液两相流体性质、管网结构差异和出口背压不同，导致气液两相分配过程中普遍存在相分离现象，造成各支路之间的干度会出现明显偏差，影响了现场生产及运行量。

目前，国内外主要运用的分配方法包括:容器式分相组合法，管道式的分相组合法以及对称型分配法。

容器式分相组合法的原理是采用大型容器利用重力或旋流方式将气液两相流分离成单相气体和液体，然后通过单相控制的方法进行分配和计量，最后在将分配后的气液两相流体进行混合，实现各分支气液两相等干度分配的目的。例如美国专利4688168 METHOD AND APPARATUS FOR DETERMINING MASS FLOW RATE AND QUALITY IN A STEAM LINE采用旋风分离成单相蒸汽和水，通过单相计量后，控制各相质量流量，实现各分支等干度。缺点是初始投资高，设备制造及维护成本高，结构体积大，现场应用欠缺灵活性。而中国专利CN102536182A同样采用大容器扩容，利用重力分离气相和液相然后再组合的思路达到等干度分配目的，其缺点同美国专利一样体积庞大，结构复杂，整体费用高，无法进行广泛推广。

管道式的分相组合法的原理是采用垂直放置的异径三通或者四通，利用气液密度差靠重力的方式将两相流体分离，然后进行分配后再组合。例如美国专利US6250131 APPARATUS AND METHOD FOR CONTROLLING AND MEASURING STEAM QUALITY和US5415195 METHOD AND APPARATUS FOR CONTROLLING PHASE SPLITTING AT BRANCH T PIPE JUNCTIONS，以及中国专利CN101402004A，CN102536182A均是采用以上原理设计的。其结构相对容器式的分相组合法大大简化，试制加工费用降低很多，有利现场推广。缺点是当来流流量和流速增大，特别是主管路是环状流时，由于液体惯性大，流体经过下降管的时候，液相很难完全进入下降管，同时单纯靠重力和下降管也难以使气相和液相完全分离，气相管路中携带大量液相，影响了等干度分配效果。

对称型分配法原理是在分配器的出口端对称分布各分支出口，理论上使进入各支路的气液两相流体流量相等，实现等干度分配目的。例如美国专利US5010910和US4505297 STEAM DISTRIBUTION MANIFOLD，均基于此思路。缺点是在不同流型、流速分布下或者各支路流量不相等时，虽然结构完全对称，但各支路干度也不能保证完全的一致，影响分配效果。

技术实现要素：

本实用新型的目的是提供一种旋流式气液同轴两相流等干度分配装置，这种分配器不管气液两相来流是哪种流型，均可以利用旋流器把两相来流人为整流成沿中心轴对称的环状流型，即沿圆形壁面均匀分布的等厚度液膜环和集中在圆形管道中心的气柱核，然后按照圆形管道等分对称原则，利用管内流体分隔装置将圆形通道按需分成多分支的两相流流道，实现各分支等干度分配的目的。

本实用新型的目的可通过如下技术措施来实现：

该旋流式气液同轴两相流等干度分配装置，包括主管路以及自上而下依次同轴式设置在主管道内部的缓冲过渡管路、气液旋流器、气液两相流整流管段、管内流体分隔装置、等分通道。

本实用新型的目的还可通过如下技术措施来实现：

所述旋流器由4-8片螺旋叶片组成，叶片高度小于缓冲过渡管路的入口段直径的0.6倍，没有中心轴，固定在圆形管道内。

所述管内流体分隔装置为旋转等分分隔装置，旋转等分分隔装置由12-24片隔板组成的栅格等分圆形流道，该装置通过来流液体推动。

所述等分通道至少为二等分通道。

本实用新型具有以下有益效果：

本实用新型把来流在管内均匀整流成紧贴管壁的均匀壁厚的液膜和中心处的气柱为两部分，因此只需要在管内进行等分分隔，就可以实现等干度的目的，减少了分离和分配设备,提高了分配效果,节约了投资。

本实用新型利用旋流装置和管内流体分隔装置，采用旋流强制流动的手段，增加了气液两相流流型适用范围，不仅适用于低流速下的分层流、波状分层流，还适用于高流速下的环状流和弹状流。

本实用新型分配装置和方法适用于各种介质的气液两相流体分配，例如，空气和水，蒸汽和水，油水和伴生气，制冷工质等。

附图说明

图1为气液两相流体在水平圆形管道内分层流和高速下的环状流的流型示意图；

图2为图1的管道截面显示的分层流A-A剖视图；

图3为图1的旋流器把两相来流人为整流成沿中心轴对称的环状流型Q-Q剖视图，即沿圆形壁面均匀分布的等厚度液膜环和集中在圆形管道中心的气柱核。

图4为气液两相流体在垂直圆形管道内分层流和高速下的环状流的流型示意图；

图5为图4的管道截面显示的环状流B-B剖视图，

图6为图4的旋流器把两相来流人为整流成沿中心轴对称的环状流型Q-Q剖视图，即沿圆形壁面均匀分布的等厚度液膜环和集中在圆形管道中心的气柱核。

图7为本实用新型三分支的旋流式同轴等干度分配装置的示意图；

图8为图7的F-F剖视图；

图9为图7的G-G剖视图；

图10为图7的H-H剖视图。

图11为本实用新型四分支的旋流式同轴等干度分配装置的示意图；

图12为图11的I-I剖视图；

图13为图11的J-J剖视图；

图14为图11的K-K剖视图；

图15A为气液旋流器剖视图；

图15B为螺旋叶片示意图；

图16为管内流体分隔装置、等分通道连接立体图；

图17A为管内流体分隔装置主视图；

图17B为管内流体分隔装置立体图。

图中：1、主管路；2、缓冲过渡管路；3、气液旋流器；4、气液两相流整流管段；5、管内流体分隔装置；6、等分通道。

具体实施方式

有关本实用新型的详细说明及技术内容，配合附图说明如下，然而附图仅提供参考与说明之用，并非用来对本实用新型加以限制。

实施例1：

图7为本实用新型三分支的旋流式同轴等干度分配装置的示意图；其中图8F-F为以分层流为例的两相流型横截面示意图，图9G-G旋流器为整流的沿中心轴对称的环状流型，图10H-H为以三分支为例的管内流体分隔后的横截面图。

如图7、图8、图9、图10所示，旋流式气液同轴等干度分配装置，包括主管路1、缓冲过渡管路2，气液旋流器、管内流体分隔装置5、气液两相流整流管段4、等分通道6。以三分支等干度分配器为例，由于两相流体的组分复杂性，在管道内会呈现不同流型，由主管路1流入的两相流体以各种不同的流型进入缓冲过渡管路2，接着进入与之连接的旋流式整流装置3，通过旋流式整流装置后气液两相流整流管段4中发展成同轴的气液环状流，即紧贴管壁的均匀厚度的液膜和中间的气柱核，然后保持该流动形状的两相流进入管内流体分隔装置5，利用管内流体分隔装置按分支个数将人为整流的均匀气液两相环状流均匀分隔成与分支个数相等的等分通道，进入各自等分通道6，在此情况下分隔成的各部分气液混合物均保持等分的气相流量和液相流量，从而达到各分支等干度分配的目的。

图15A、图15B所示，所述旋流器3由4-8片螺旋叶片组成，叶片高度小于缓冲过渡管路2的入口段直径的0.6倍，没有中心轴，固定在圆形管道内。

图16、图17A、图17B所示，管内流体分隔装置5为旋转等分分隔装置，旋转等分分隔装置由12-24片隔板组成的栅格等分圆形流道，该装置通过来流液体推动，在管道内旋转，将整流后的标准环状流沿径向按360度进一步划分成各自等干度细小流通通道。等分通道6就是由需要分配支数决定的固定等分圆形通道。栅格分隔板厚度壁厚2mm-5mm，长度为管道直径1-2倍。当从旋转等分分隔装置流出的流体然后进入后续一分二、一分三、一分四、一分五、一分六的分配通道，实现一分多等干度的分配。管内流体分隔装置5旋转(液体推动自转或者外加动力旋转)装置部分和满足不同分支(2-6分支以上)要求的等干度分配方案。

实施例2：

图11为本实用新型四分支的旋流式同轴等干度分配装置的示意图；其中图12I-I为以分层流为例的两相流型横截面示意图，图13J-J旋流器为整流的沿中心轴对称的环状流型，图14K-K为以四分支为例的管内流体分隔后的横截面图。

如图11、图12、图13、图14所示，四分支以及多分支等干度分配器的分配原理和方法与三分支旋流式气液同轴等干度分配装置相同，只是出口通道个数和形状不同，但是均按照圆形管道等分对称原则，利用管内流体分隔装置将圆形通道按需分成多分支的两相流流道。

总之，本实用新型采用旋流强制流动的手段，增加了气液两相流流型适用范围，不仅适用于低流速下的分层流、波状分层流，还适用于高流速下的环状流和弹状流。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例，非用以限定本实用新型的专利范围，其他运用本实用新型的专利精神的等效变化，均应俱属本实用新型的专利范围。