一种套管式螺旋流发生装置的制作方法

本发明属于气体水合物应用及储运技术领域，涉及一种流体(液相或者水合物颗粒等)螺旋发生装置及管道流体输送装置。

背景技术：

螺旋流是一种具有旋转流场的流动形式，它在工业方面的应用范围及其广泛，在水利工程、机械加工中都有应用。同时，螺旋流技术也进入了人们日常生活领域，如螺旋流节能煤气灶等。既然螺旋流有如此广泛的应用，那么其产生条件就非常关键。一般来说，螺旋流常规产生方法有三种：且切向进流、安装导流片及旋转管道。

安装导流片式的螺旋流发生装置是通过改变圆管水流边界条件来产生螺旋流，即在管段内壁设置具有一定安放角的若干个固定的导流叶片，当水流通过该管段时，水流不仅沿轴向向前运动，而且产生了周向运动，二者的合运动便形成了螺旋流。但是缺点也比较多安装精度要求较高，螺旋流的强度有待于提高，能耗较高，衰减较快，对外界依赖性较强，而且对气液两相流体来说，参混效果不理想(阿尔格弗雷·a.h.,比哈德瓦·r.k.,饶·yvn.管内衰减螺旋流的湍流测量研究应用科学研究.应用科学研究，1988，45：233-250.)。另外，管型喷嘴的方式也可以产生螺旋流,即通过切向进流的方式产生周向速度，和轴向速度叠加产生螺旋流，但是其缺点在于结构复杂、需经常维护、需要保证喷嘴的位置参数。因此，上述方法并不能满足实际流体起旋的要求。申请号为201210560130.1的发明专利“一种涡流装置及其在高含水原油输送中的应用”涉及一种高含水原油的输送装置，用在原油长输管道上的涡流发装置，由导流柱以及排布在导流柱上的旋流叶片组成，导流柱与集输管道呈同心圆柱结构。在起旋器的作用下，油水两相流经过静止的起旋器，产生切向流速并利用自身密度不同在集输管道内形成水环流动，使得油水分离，原油因被水层所包围而不再沉积于壁面，实现原有的非加热输送。但是该发明应用范围较小，而且结构较复杂，不满足实验室理论研究的要求，并且该发明需要对起旋器进行加热。申请号为200620068646.4的实用新型专利“涡旋发生器”提供了一种涡旋发生器，包括圆钢管、圆钢和四块螺旋叶片，四块螺旋叶片按同一旋向使其一端均布在圆钢的周围、另一端设置在圆钢管的内壁上，螺旋叶片与圆钢的轴向成。适于磨煤喷粉机中煤粉流与空气的充分混合。但是此发明没有解决安装问题，螺旋效果不明显，而且不适用于气液两相的螺旋流的产生。

基于以上情况，螺旋强度高持续距离长的新型螺旋流发生装置可以实现输气管道内的水合物颗粒的正常输送，可以最大程度的减少输气管道发生水合物堵管的风险，从而为输气管道内的安全流动提供保障。

技术实现要素：

本发明的目的是为解决科学实验以及实际工程的需求而发明的螺旋流发生装置，该装置要求工艺简单、使用方便、效率高。管道输送天然气水合物时，水合物颗粒很容易沉降在管道底部。该螺旋流发生装置针对这一问题将螺旋片设在管道外壁，从而使沉降的颗粒旋起来通过过流孔升到管道中心。而过流孔的作用还能减小管道阻力，使内管与外管之间相通，螺旋效果更明显，衰减较慢。套管式螺旋流发生器比较新颖，相比于其它的螺旋流发生器制作简单，安装方便。并且，该装置不需要添加其他的耗能设备，适用于十分广的关于螺旋流的实验和实际工程领域。

本发明的套管式螺旋流发生器，解决了以下几大难题：1.采用新型的套管式起旋器，螺旋效果好，流态率减慢。2.过流孔，锥形管以及螺旋片能够保证流体很好的螺旋强度，同时也减小了管道阻力。3.做成特定的管段形式，使整体易于安装。4.不需要添加其他的耗能设备，能耗低。

本发明的目的是针对现有螺旋流发生装置的不足而提供一种新型、螺旋效果好、安装方便、低能耗的螺旋流发生装置。为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

本发明由起旋系统和连接系统。起旋系统由外管(4)、内管(7)组成。外管(4)是呈圆台形的渐缩管道，外管(4)的侧面与水平管道之间存在夹角β，它与内管的间隔中有4个相同的螺旋片(3)；螺旋片(3)是从内管(7)的开端绕道尾端，它们之间通过焊接相连；内管(7)是个水平管，在管道中流体流动方向两侧有过流孔(8)；连接系统由法兰(2)、衔接管(5)及管外壳(9)组成，外管(4)和管道出口端(6)由衔接管(5)相连。

对于套管式螺旋流发生装置，外管(4)长度l＝3～5m，外管(4)的侧面与管道中心轴线夹角β为15°～20°。螺旋片(3)厚度2cm～3cm，螺旋片(3)的开端与外管(4)夹角为60°～90°，它的宽度h＝0.5～0.8d(d是外管的直径)。

内管(7)的直径d＝0.3～0.5d，管道的前后有8-18个过流孔(8)，过流孔的直径为0.1～0.2d。衔接管(5)的宽度为0.2～0.3m。连接系统由入口端(1)，法兰(2)，衔接管(5)，出口端(6)及外壳(9)组成。

本发明的显著优点在以下几个方面：

(1)采用新型的套管式起旋，结构新颖，螺旋效果好，流态率减慢；

(2)过流孔，锥形管以及螺旋片能够保证流体很好的螺旋强度，同时也减小了管道阻力；

(3)做成特定的管段形式，两端采用法兰连接使整体易于安装；

(4)不需要添加其他的耗能设备，能耗低。

附图说明

图1套管式螺旋流发生器示意图

图2螺旋管入口端横截面示意图

图3螺旋片出口端卡槽示意图

图4内管及螺旋片局部实体示意图

图中：1进口端；2法兰；3螺旋片；4外管；5衔接管；6出口端；7内管；8过流孔；9外壳。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明的内容做进一步详细的说明，但本发明的实施方式并不仅限于此。

本发明套管式螺旋流发生器如图1，由外管4、内管7、螺旋片3、外壳9等组成，入口端1与出口端6都有法兰2方便安装与外部管道连接，外管的壁厚7mm，连接管道的壁厚9mm，多出的2mm刚好做了如图3所示的卡槽。图2是套管入口端横截面示意图，在内管与外管之间放置了4个螺旋片，螺旋片与外管切线呈90°，螺旋片采用16mn的材料通过焊接的方式与内管相连，它的厚度为2cm，宽度h＝0.7d。图3图4螺旋片在内管两端超出一部分长度为3cm，内管的安装是通过螺旋片凸出的部分与管道入口端和出口端卡槽固定住，卡槽深度也是3cm。对于衔接管5宽度为0.25m，主要是把螺旋套管与管道相连，整个螺旋发生装置又是通过法兰2与长输管道连接。对于过流孔8总共设置了8个，主要作用是使内管与外管相通，减小了管道阻力并且外管的螺旋流能进入内管增加内管流体的螺旋效果。每隔3km设置一个起旋器，以防止螺旋流的衰减。

技术特征：

技术总结
本发明公开了一种套管式螺旋流发生装置，属于气体水合物应用及储运技术领域。该装置包括起旋系统和连接系统，起旋系统由外管(4)、内管(7)组成。外管(4)是呈圆台形的渐缩管道，外管(4)的侧面与水平管道之间存在夹角β，它与内管的间隔中有4个相同的螺旋片(3)；螺旋片(3)是从内管(7)的开端绕道尾端，它们之间通过焊接相连；内管(7)是个水平管，在管道中流体流动方向两侧有过流孔(8)；连接系统由法兰(2)、衔接管(5)及管外壳(9)组成，外管(4)和管道出口端(6)由衔接管(5)相连。该装置螺旋效果好，流态率减慢，适用范围广。

技术研发人员：王树立;葛昊;饶永超;蔡跃跃;梁俊;闫朔;李恩田;周诗岽;赵书华
受保护的技术使用者：常州大学
技术研发日：2017.10.17
技术公布日：2018.04.13