专利名称：热应力三通的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及到一种冷热流体注入混合的热应力三通装置，属于工业过程先进
装备、节能和安全输送技术领域。
(二)
背景技术：
在石油、化工、石化、医药等行业中，冷热不同的两股流体介质掺混和输送对混合 部位的管道元件提出了很苛刻的要求，特别是在温度较高、温差较大的场合下，很难找到一 种廉价的、结构紧凑的管道元件以适应复杂交变应力作用、应力腐蚀和湍流冲刷作用。因为 温度应力的特点，在设计中要降低温度应力水平和承受复杂的交变应力，单纯的增加壁厚 并不能解决问题，所以本发明根据气动力学、流体动力学和传热学的原理，提出了热应力三 通装置，有效地解决了这个问题。同时本发明提出的一种热应力三通装置，能有效地提高混 合效率，拓宽有效工作范围，提高装置操作水平，从而可以增加经济性和安全可靠性。
发明内容本实用新型的目的是提出一种热应力三通。热应力三通能提高混合效率和有效工 作范围，适应冷热流体混合时复杂交变应力的作用，降低峰值温度应力，以及由此引起的应 力腐蚀，提高其承受流体湍流冲刷作用能力，从而达到高效节能和安全可靠的目的。 本实用新型所提出的热应力三通装置，该装置由主流管道壳体(1)和次流管道壳 体组成，其特征在于，主流管道壳体(1)为单层管道结构，次流管道壳体为双层套管结构， 次流管道壳体由进口段(2)、外层套管(3)和内层套管(4)组成。在内层套管(4)的端部连 接有各种材料和各种尺寸的或者是圆筒形(7)、或者是直流波瓣形(8)、或者是斜流波瓣形 (9)、或者是它们之间的任意组合的喷嘴。在喷嘴与外层套管(3)之间存在间隙，间隙由计 算确定。 主流管道壳体(1)与次流管道壳体的外层套管(3)存在连接，形成三通壳体，连 接的形式可以是焊接或其它的连接方式；次流管道壳体的外层套管(3)主体部分或者是直 管、或者是波纹管。 次流管道内层套管(4)或者由过渡段(5)、或者由喷嘴(6)、或者由它们之间的组 合组成。主流工艺介质由主流管道壳体(1)的进口流入，与由次流管道内层套管(4)流入 的次流工艺介质混合后由出口流出。喷嘴或者是圆筒形(7)，如图l所示；或者是直流波瓣 形(8)，如图2所示；或者是斜流波瓣形(9)，如图2所示；或者是它们之间的任意组合构成。 圆筒形喷嘴(7)的经线为直线。波瓣形喷嘴的经线(母线)可以是总体上在周向 没有倾斜的直线形，即直流波瓣形喷嘴(8);也可以是总体上在周向有倾斜的斜线形或螺 旋线形，即斜流波瓣形喷嘴(9)。直流波瓣形喷嘴(8)和斜流波瓣形喷嘴(9)的截面形状 由或者直线段、或者圆弧线段、或者抛物线段、或者双曲线段、或者展开线段组成的空间平 面曲线，然后将该空间平面曲线分别沿或者圆周方向、或者四边形方向、或者三角形方向、 或者正多边形方向旋转或者延伸复制，形成一个周期性的平面曲线；所述直流波瓣形喷嘴(8)和斜流波瓣形喷嘴(9)就是将该平面曲线沿轴向或者按相同的大小和形状、或者按等 比例的收縮、或者按等比例的扩大、或者按圆弧线的、或者按抛物线的、或者按双曲线的、或 者按展开线的比例进行收縮或扩大进行拉伸，形成两端开口的复杂形状的中空通道；斜流 波瓣形喷管(9)在拉伸时沿周向有任意角度的倾斜旋转。在直流波瓣形喷嘴(8)的出口次 流介质的流动特征呈直线状射流进入主流介质中。在斜流波瓣形喷嘴(9)的出口次流介质 的流动特征呈倾斜或旋转状射流进入主流介质中。 主流管道进口段、次流管道进口段和混合流体出口端的直径可以相同，也可以互 相不同。 在直流波瓣形喷嘴(8)和斜流波瓣形喷嘴(9)的对称中心位置或者存在一个大小 匹配的中心锥(IO)，或者不存在中心锥。如果存在中心锥，则中心锥(10)的形状可以或者 是在轴向两端为圆锥体，在中间为圆柱体的组合体；或者是在轴向两端为圆锥体，去掉中间 圆柱体的组合体。中心锥(10)的形状也可以或者是在轴向两端为锥体，在中间为六面体的 组合体；或者是在两端为锥体，去掉中间六面体的组合体。
图l为本实用新型的圆筒形热应力三通结构示意图。图中1、主流管道，2、次流管 道进口段，3、外层套管，4、内层套管，5、内层套管过渡段，6、喷嘴，7、圆筒形喷嘴，Bl、主流进 口 ， B2 、次流进口 ， B3 、混合出口 。 图2为本实用新型的直流波瓣形和斜流波瓣形热应力三通结构示意图。图中1、 主流管道，2、次流管道进口段，3、外层套管，4、内层套管，8、直流波瓣形喷嘴，9、斜流波瓣形 喷嘴，10、中心锥。 图3为图2的A-A剖面图，表示了不同的直流波瓣形、斜流波瓣形喷嘴的横截面形 状。
其中(A)表示圆弧线段；(B)双曲线段；(C)展开线段；(D)抛物线段。
具体实施方式如附图1至图2所示结构，将本实用新型的热应力三通直接连接于需要冷热两股 流体介质混合的工艺系统中，该装置由主流管道壳体(1)和次流管道壳体组成，主流管道 壳体(1)为单层管道结构，次流管道壳体为双层套管结构，次流管道壳体由进口段(2)、外 层套管(3)和内层套管(4)组成。在内层套管(4)的端部连接有喷嘴。喷嘴或者是圆筒形
(7)，如图1所示；或者是直流波瓣形(8)，如图2所示；或者是斜流波瓣形(9)，如图2所示；
或者是它们之间的任意组合构成。在喷嘴与外层套管(3)之间存在间隙。 主流管道壳体(1)与次流管道壳体的外层套管(3)存在连接，形成三通壳体，连
接的形式可以是焊接或其它的连接方式；次流管道壳体的外层套管(3)主体部分或者是直
管、或者是波纹管。 圆筒形喷嘴(7)的经线为直线。波瓣形喷嘴的经线(母线)可以是总体上在周向 没有倾斜的直线形，即直流波瓣形喷嘴(8);也可以是总体上在周向有倾斜的斜线形或螺 旋线形，即斜流波瓣形喷嘴(9)。直流波瓣形喷嘴(8)和斜流波瓣形喷嘴(9)的截面形状 由或者直线段、或者圆弧线段、或者抛物线段、或者双曲线段、或者展开线段组成的空间平
5面曲线，然后将该空间平面曲线分别沿或者圆周方向、或者四边形方向、或者三角形方向、 或者正多边形方向旋转或者延伸复制，形成一个周期性的平面曲线；所述直流波瓣形喷嘴 (8)和斜流波瓣形喷嘴(9)就是将该平面曲线沿轴向或者按相同的大小和形状、或者按等 比例的收縮、或者按等比例的扩大、或者按圆弧线的、或者按抛物线的、或者按双曲线的、或 者按展开线的比例进行收縮或扩大进行拉伸，形成两端开口的复杂形状的中空通道；斜流 波瓣形喷管(9)在拉伸时沿周向有任意角度的倾斜旋转。在直流波瓣形喷嘴(8)的出口次 流介质的流动特征呈直线状射流进入主流介质中。在斜流波瓣形喷嘴(9)的出口次流介质 的流动特征呈倾斜或旋转状射流进入主流介质中。 主流管道进口段、次流管道进口段和混合流体出口端的直径可以相同，也可以互 相不同。 在直流波瓣形喷嘴(8)和斜流波瓣形喷嘴(9)的对称中心位置或者存在一个大小 匹配的中心锥(IO)，或者不存在中心锥。如果存在中心锥，则中心锥(10)的形状可以或者 是在轴向两端为圆锥体，在中间为圆柱体的组合体；或者是在轴向两端为圆锥体，去掉中间 圆柱体的组合体。中心锥(10)的形状也可以或者是在轴向两端为锥体，在中间为六面体的 组合体；或者是在两端为锥体，去掉中间六面体的组合体。 主流流体从左侧的主流管道壳体(1)的进口进入热应力三通，次流流体从顶部次 流管道内层套管(4)的进口段进入热应力三通，高效混合好的混合流体从右侧的出口流出 热应力三通。
权利要求一种热应力三通装置，该装置由主流管道壳体和次流管道壳体组成，其特征在于，主流管道壳体为单层管道结构，次流管道壳体为双层套管结构，次流管道壳体由进口段、外层套管和内层套管组成，在内层套管的端部连接有或者是圆筒形、或者是直流波瓣形、或者是斜流波瓣形、或者是它们之间的任意组合的喷嘴，在喷嘴与外层套管之间存在间隙，间隙根据计算确定。
2. 根据权利要求1所述的热应力三通装置，其特征在于，主流管道壳体与次流管道壳 体的外层套管存在连接，形成三通壳体；次流管道壳体的外层套管或者是直管、或者是波纹管。
3. 根据权利要求2所述的热应力三通装置，其特征在于，所述的连接的形式可以是焊接。
4. 根据权利要求1所述的热应力三通装置，其特征在于，内层套管或者由过渡段、或者 由喷嘴、或者由它们之间的组合连接而成；喷嘴位于内层套管的端部。
5. 根据权利要求1和4中任一项所述的热应力三通装置，其特征在于，喷嘴或者为圆筒 形；圆筒形喷嘴的经线为直线；圆筒形喷嘴出口沿壁厚方向或者采用曲线光滑过渡、或者 采用平面倒角过渡。
6. 根据权利要求1所述的热应力三通装置，其特征在于，喷嘴或者为直流波瓣形喷嘴； 直流波瓣形喷嘴的经线沿轴向是直的、即沿周向没有倾斜；直流波瓣形喷嘴出口沿壁厚方 向或者采用曲线光滑过渡、或者采用平面倒角过渡。
7. 根据权利要求1所述的热应力三通装置，其特征在于，喷嘴或者为斜流波瓣形喷嘴； 斜流波瓣形喷嘴的经线沿轴向是斜的、即沿周向有倾斜；斜流波瓣形喷嘴出口沿壁厚方向 或者采用曲线光滑过渡、或者采用平面倒角过渡。
8. 根据权利要求1所述的热应力三通装置，其特征在于，喷嘴或者为圆筒形、直流波瓣 形、斜流波瓣形之间的任意组合构成，喷嘴出口沿壁厚方向或者采用曲线光滑过渡、或者采 用平面倒角过渡。
9. 根据权利要求4所述的热应力三通装置，其特征在于，喷嘴或者为直流波瓣形喷嘴； 直流波瓣形喷嘴的经线沿轴向是直的、即沿周向没有倾斜；直流波瓣形喷嘴出口沿壁厚方 向或者采用曲线光滑过渡、或者采用平面倒角过渡。
10. 根据权利要求4所述的热应力三通装置，其特征在于，喷嘴或者为斜流波瓣形喷 嘴；斜流波瓣形喷嘴的经线沿轴向是斜的、即沿周向有倾斜；斜流波瓣形喷嘴出口沿壁厚 方向或者采用曲线光滑过渡、或者采用平面倒角过渡。
11. 根据权利要求4所述的热应力三通装置，其特征在于，喷嘴或者为圆筒形、直流波 瓣形、斜流波瓣形之间的任意组合构成，喷嘴出口沿壁厚方向或者采用曲线光滑过渡、或者 采用平面倒角过渡。
12. 根据权利要求1、6_11中任一项所述的热应力三通装置，其特征在于，所述直流波 瓣形喷嘴或斜流波瓣形喷嘴的截面形状由或者直线段、或者圆弧线段、或者抛物线段、或者 双曲线段、或者展开线段、或者它们的任意组合组成的空间平面曲线，然后将该空间平面曲 线或者沿圆周方向、或者沿四边形、或者沿三角形、或者沿正多边形方向旋转或延伸复制， 形成的一个周期性的平面曲线；所述直流波瓣形喷嘴或斜流波瓣形喷嘴是将该平面曲线沿 轴向或者按相同的大小和形状、或者按等比例的收縮、或者按等比例的扩大、或者按圆弧线的、或者按抛物线的、或者按双曲线的、或者按展开线的比例进行收縮或扩大进行拉伸，形 成两端开口的中空通道；斜流波瓣形喷嘴在拉伸时沿周向有旋转倾斜。
13. 根据权利要求1、6_11中任一项所述的热应力三通装置，其特征在于，在直流波瓣 形喷嘴或斜流波瓣形喷嘴的对称中心位置处存在一个中心锥。
14. 根据权利要求1、6-11中任一项所述的热应力三通装置，其特征在于，在直流波瓣 形喷嘴或斜流波瓣形喷嘴的对称中心位置处不存在一个中心锥。
15. 根据权利要求1、6-11中任一项所述的热应力三通装置，其特征在于，所述直流波 瓣形喷嘴或斜流波瓣形喷嘴的截面形状由或者直线段、或者圆弧线段、或者抛物线段、或者 双曲线段、或者展开线段、或者它们的任意组合组成的空间平面曲线，然后将该空间平面曲 线或者沿圆周方向、或者沿四边形、或者沿三角形、或者沿正多边形方向旋转或延伸复制， 形成的一个周期性的平面曲线；所述直流波瓣形喷嘴或斜流波瓣形喷嘴是将该平面曲线沿 轴向或者按相同的大小和形状、或者按等比例的收縮、或者按等比例的扩大、或者按圆弧线 的、或者按抛物线的、或者按双曲线的、或者按展开线的比例进行收縮或扩大进行拉伸，形 成两端开口的中空通道；斜流波瓣形喷嘴在拉伸时沿周向有旋转倾斜，在直流波瓣形喷嘴 或斜流波瓣形喷嘴的对称中心位置处存在一个中心锥。
16. 根据权利要求1、6-11中任一项所述的热应力三通装置，其特征在于，所述直流波 瓣形喷嘴或斜流波瓣形喷嘴的截面形状由或者直线段、或者圆弧线段、或者抛物线段、或者 双曲线段、或者展开线段、或者它们的任意组合组成的空间平面曲线，然后将该空间平面曲 线或者沿圆周方向、或者沿四边形、或者沿三角形、或者沿正多边形方向旋转或延伸复制， 形成的一个周期性的平面曲线；所述直流波瓣形喷嘴或斜流波瓣形喷嘴是将该平面曲线沿 轴向或者按相同的大小和形状、或者按等比例的收縮、或者按等比例的扩大、或者按圆弧线 的、或者按抛物线的、或者按双曲线的、或者按展开线的比例进行收縮或扩大进行拉伸，形 成两端开口的中空通道；斜流波瓣形喷嘴在拉伸时沿周向有旋转倾斜，在直流波瓣形喷嘴 或斜流波瓣形喷嘴的对称中心位置处不存在一个中心锥。
17. 根据权利要求1所述的热应力三通装置，其特征在于，中心锥的形状或者是在轴向 两端为圆锥体、在中间为圆柱体的组合体，或者是在轴向两端为圆锥体、去掉中间圆柱体的 组合体，或者是在轴向两端为锥体、在中间为六面体的组合体；或者是在两端为锥体、去掉 中间六面体的组合体。
18. 根据权利要求15所述的热应力三通装置，其特征在于，中心锥的形状或者是在轴 向两端为圆锥体、在中间为圆柱体的组合体，或者是在轴向两端为圆锥体、去掉中间圆柱体 的组合体，或者是在轴向两端为锥体、在中间为六面体的组合体；或者是在两端为锥体、去 掉中间六面体的组合体。
专利摘要本实用新型涉及到一种热应力三通装置，由主流管道单层壳体和次流管道的双层套管组成。次流管道壳体由进口段、外层套管和内层套管组成。在内层套管的端部连接有或者是圆筒形、或者是直流波瓣形、或者是斜流波瓣形、或者是它们之间的任意组合的喷嘴。在喷嘴与次流管道外层套管之间存在间隙，间隙根据计算确定。主流管道单层壳体和次流管道外层套管相互连接，形成一个三通结构形状。次流管道外层壳体承受工作压力。主流介质从主流管道进口流入；次流介质首先从次流管道进口流入，然后进入次流管道的内层套管的过渡段，接着通过内层套管端部的喷嘴射入到主流介质中，与主流掺混后排出。
文档编号F16L41/00GK201517672SQ20092016751
公开日2010年6月30日 申请日期2009年7月22日 优先权日2009年7月22日
发明者刘友宏 申请人:刘友宏