一种冷凝管道减振器及减振方法
【专利摘要】本发明公开了一种冷凝管道减振器，包括液体主流入口，所述液体主流入口与一供两相流通过的支管连通，所述支管垂直于所述液体主流入口方向；所述减振器包括与所述液体主流入口贯通的内腔，及与所述支管连通的外腔，所述内腔套接于所述外腔内，所述内腔在与外腔连通处设有空隙；所述外腔内壁设置有螺纹槽结构。本发明利用螺纹槽结构，强化传热，加快冷凝，从而将蒸汽冷凝造成的压力脉动降到最低；冷凝液回流至内腔中，经过渐缩口，再次改变原有的压力波动，实现双重减振。该减振器可以适用于气体和液体同时存在的冷凝管道，减振效果十分良好。
【专利说明】一种冷凝管道减振器及减振方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种管道减振领域，具体涉及一种冷凝管道减振器。
【背景技术】
[0002]输流管道在石油、化工、电站等行业生产装置中，被广泛应用。在一定的压力和速度的流体作用下，这些管道壁上会产生流体动压力。非定常的管流会引起管道的振动，如往复泵由于吸、排量的间歇性，阀门的开关闭合等，致使管流的压力、速度、密度等参数随时间和位置呈现周期性的变化。由此产生的现象为“管流脉动”。管流脉动是引起管道振动的主要原因。这种脉动又分为气流和液流之别，根据输送介质的不同而有所差别。无论是气流还是液流脉动，它们都是引起管道振动的直接原因，因此要消除管道振动，必须首先从遏制流体脉动入手，也就是说，解决管道振动的最好办法是消除振源。
[0003]管道振动会产生许多危害，研究表明，世界石化行业100起特大财产损毁事件中，有管道振动引起的事故占到19%，占据第二位(第一位为机械故障)。强烈的管道振动会致使管道结构、管路附件产生疲劳破坏；产生噪音，影响操作环境等多方面的危害，尤其是对装有危害介质的管道，避免其振动的产生，有着重要的意义。
[0004]近年来，国内外针对管道振动开展了不少研究，管道中的流量和压力脉动是产生管道振动的主要原因，控制流量和压力脉动技术包括脉动源、传递特性和响应特性的研究和改善等内容。而消除管道振动最直接的方法则是在脉动源处消除流体的振荡，然而，以现有的经验要做到这一点，具有较大的难度。对于不同的管道系统，不仅振动源难以控制，而且还需要对管道结构进行较大的改装，可操作性差，还不一定能成功。因此，需要采用专门的减振器来平稳工作介质的流动。
[0005]目前，针对管道振动开发的减振器，根据输送介质，分为气体、液体管道减振器。气体管道的减振器主要有:缓冲器、孔板等；针对液体管道的减振器主要有:蓄能式、扩张管式、赫姆霍兹共鸣器以及多强共鸣器等。虽然这些减振器在一定程度上降低了管道系统的压力脉动，改善了整个管道的流体流动状态，但它们也存在着以下难以克服的缺点:
[0006]I)减振器容积较大；如缓冲罐、蓄能器等，较大的容积，不仅给安装和施工带来较大的困难，而且占据较大的安装空间。
[0007]2)没有简单的方法来调节减振器的谐振频率，以保证其流体脉动的衰减效果。因为工况的改变，都有可能改变流体脉动频率，从而影响衰减效果。
[0008]3)参数选择较为困难，如对于缓冲罐、蓄能器来说，其最重要的是工作容积和预充压力，而这些参数的确定，往往需要通过反复试验来确定，较难推广应用。
[0009]4)衰减性能较低,衰减效果不理想。
[0010]查阅国内外的相关文献和报道,针对气体管道振动和液体管道振动而开发的减振器相对较多，然而针对有相变的管道振动，相关的减振器未见报道。
【发明内容】
[0011]本发明要解决的技术问题是提供一种可以用于气体管道振动和液体管道振动、尤其是用于有相变的冷凝管道的减振器。本发明要解决的另一个技术问题是提供利用该减振器的减振方法。
[0012]本发明的技术方案是:一种冷凝管道减振器，包括液体主流入口，所述液体主流入口与一供两相流通过的支管连通；所述减振器包括与所述液体主流入口贯通的内腔，及与所述支管连通的外腔，所述内腔套接于所述外腔内，所述内腔在与外腔连通处设有空隙；所述外腔内壁设置有螺纹槽结构。
[0013]其中，所述内腔入口为渐缩口结构，所述内腔在与所述外腔连通处的口径小于内腔入口处口径。所述内腔入口即为液体主流入口。
[0014]其中，所述支管垂直安装于所述液体主流入口。即，支管垂直于主流液体的流动方向。
[0015]进一步地，所述支管采用偏离所述液体主流入口轴线方式安装。
[0016]进一步地，所述空隙为环形空隙，所述环形空隙的截面积略大于所述支管的截面积。
[0017]其中，所述支管采用筋板固定。
[0018]其中，所述支管处采用法兰连接。
[0019]进一步地，所述减振器的整体安装采用法兰连接。
[0020]本发明还提供了一种冷凝管道减振方法，液体经液体主流入口流入到减振器内腔中，然后流出减振器；气体和液体两相流进入到支管中，流入减振器外腔中，通过螺纹槽的作用，充分冷凝，冷凝后的液体通过内腔与外腔之间的空隙，汇流入内腔中。
[0021]进一步地，所述内腔入口为渐缩口结构，所述内腔在与所述外腔连通处的口径小于内腔入口处口径；所述空隙为环形空隙，所述环形空隙的截面积略大于所述支管的截面积。
[0022]本发明的技术原理是:
[0023](I)发明了一个利用流体力学机理的脉动衰减器(即减振器)。其原理是流体在流经减振器的过程中，主管道流体走内腔，支管的两相流走外腔，经过螺纹槽，回流至内腔中，以达到减振的效果。该减振器主要包括带有渐缩口的内筒、刻有螺纹的外腔、支管、法兰等元件，见图1。本发明采用该种结构的原因为:第一，两相流管道存在着相变，不仅支管中由于冷凝而产生较大的压力脉动，而且由于压力传递，主管道中也存在较大的脉动压力，因此有必要对主管道和支管同时消振。第二，两端采用法兰结构，方便安装和拆卸，提高利用效率。第三，该减振器体积小，操作简单，无需考虑管道安装空间狭小而造成的无法安装。
[0024](2)支管中为气液两相流动，流体在流动过程中不断冷凝，然后汇流到主管道中。在此过程中，存在着较大的压力波动。流体冷凝所需的时间越长，压力波动所造成的影响和传递距离就越大，这对整个管道的振动影响巨大。因此本设计外腔中刻有螺纹槽结构，并且支管采用偏轴线安装，原因在于:第一，螺纹槽结构在扰乱原有脉动压力的同时，更能起到强化传热的作用，加快蒸汽的冷凝，使支管流体在汇流之前保持压力稳定，将压力脉动降到最低。第二，支管偏轴线安装，使流体在流经螺纹槽时，能够拥有最大的切线速度，保证有更足够的能量流经螺纹槽，然后汇流到主管道中。
[0025](3)内腔中，采用渐缩口结构，并在渐缩口处刻有环隙，方便外腔冷凝液汇流至主管道中，环隙截面积略大于小支管截面积。采用流体力学原理，确定渐缩口的最佳截面积，以达到最优的减振效果，使主管道的压力降达到最大；渐缩结构，保证了流体过渡平稳，避免了结构突变而造成的更大的压力脉动，同时也在保证消减脉动压力的同时，使阻力损失达到最低；环隙截面积的确定，保证了支管流体具有较大的空隙流入主管道中，不因为截面积过小而产生积液，同时兼顾设计要求，以使整个减振器体积达到最优化。
[0026]( 4 )该减振器在安装前，无需预操作，可以直接安装使用，减少了操作麻烦，提高了减振效果，易于推广。
[0027](5)支管部位，采用筋板固定，更增强了支管的稳定性和使用寿命，提高了整个减振器的安全使用性能。
[0028]本发明的有益效果是:
[0029]( I)采用传热强化技术和振动控制理论，设计了针对有相变管系振动的减振器，改变了原有减振器减振单一、使用范围狭隘，减振效果不理想的状况。本发明将填补我国在该种情况下减振的空白。
[0030](2)采用内外腔双重流道，将主管道和支管道压力脉动同时消减，达到最大减振效果O
[0031](3)采用渐缩口结构，并确定了合适的环隙截面。既保证了最佳的压力降，而且过渡较为平稳，避免了过大的阻力损失，节省了能源。同时确保了外腔中的流体顺利回流至内腔中。
[0032](4)外腔空间采用螺纹槽结构。该结构具有强化传热的作用，使气相加快冷凝，将压力脉动降到最低。从而达到更好的减振效果。
[0033](5)采用法兰形式，保证了该减振器在使用过程中，易于拆装，提高了减振器的使用效率，节约了成本。
[0034](6)通过数值模拟的方法，分析了该减振器对脉动压力衰减的情况，验证了该减振器的减振效果。
【专利附图】
【附图说明】
[0035]图1是本发明冷凝管道减振器的截面示意图。
[0036]图2是图1的左视图。
[0037]图3是图1中I处的放大示意图，即外腔中的螺纹槽结构示意图。
[0038]图中，1-第一法兰；2-外筒；3_渐缩口 ；4-支管；5_第二法兰；6_内筒；7-外腔；8-内腔，9-螺纹槽。箭头A表示主流方向，箭头B表示两相流方向。
【具体实施方式】
[0039]下面结合附图对本发明的具体实施例作进一步详细描述。
[0040]如图1所示，一种冷凝管道减振器，包括液体主流入口，所述液体主流入口与一供两相流通过的支管4连通；所述减振器包括与所述液体主流入口贯通的内腔8，及与所述支管4连通的外腔7，所述内腔8套接于所述外腔7内，所述内腔8在与外腔7连通处设有空隙；所述外腔7内壁设置有螺纹槽9。内腔8入口为渐缩口结构，所述内腔8在与所述外腔7连通处的口径小于内腔8入口处口径。内腔8的外缘即为内筒6，外腔的外缘即为外筒2，主流液体通过内筒流出减振器。
[0041]在一个优选的实施方式中，所述支管4垂直于所述液体主流入口。所述内腔入口即为上述的液体主流入口。所述内腔8在与外腔7连接处的空隙为环形空隙，所述环形空隙的截面积略大于所述支管4的截面积。
[0042]进一步地，在另一个优选的实施方式中，所述支管4采用偏离所述液体主流入口轴线方式安装，如图2所示。支管偏轴线安装，使流体在流经螺纹槽时，能够拥有最大的切线速度，保证有足够的能量流经螺纹槽，然后汇流到主管道中。螺纹槽的放大结构见图3.[0043]支管4可以采用筋板固定。支管4处可以采用法兰连接，即第二法兰5。此外，减振器的整体安装也可以采用法兰连接，即图1中的第一法兰I。这样可以方便施工和检修，提闻利用效率。
[0044]减振器的减振流程是:主管道的流体通过渐缩口，流入到减振器内腔8中，然后流出减振器，流向如图横向箭头所示。两相流进入到支管4中，如竖向箭头所示，流入减振器外腔7中，通过螺纹槽的作用，充分冷凝，冷凝液体进入到渐缩口 3的环形空隙中，然后汇流入内腔8中。流体经过渐缩口，以及外腔螺纹槽的作用，实现压力脉动的衰减，从而实现减振。
[0045]本发明公开了一种带有渐缩口和螺纹结构的双重流道减振器。其原理是利用螺纹槽结构，强化传热，加快冷凝，从而将蒸汽冷凝造成的压力脉动降到最低；冷凝液回流至内腔中，经过渐缩口，再次改变原有的压力波动，实现双重减振。该减振器可以适用于气体和液体同时存在的冷凝管道，减振效果十分良好。
【权利要求】
1.一种冷凝管道减振器，包括液体主流入口，其特征在于:所述液体主流入口与一供两相流通过的支管(4)连通；所述减振器包括与所述液体主流入口贯通的内腔(8)，及与所述支管(4)连通的外腔(7)，所述内腔(8)套接于所述外腔(7)内，所述内腔(8)在与外腔(7)连通处设有空隙；所述外腔(7)内壁设置有螺纹槽结构。
2.根据权利要求1所述的冷凝管道减振器，其特征在于所述内腔(8)入口为渐缩口结构，所述内腔(8)在与所述外腔(7)连通处的口径小于内腔(8)入口处口径。
3.根据权利要求1所述的冷凝管道减振器，其特征在于所述支管(4)垂直于所述液体主流入口。
4.根据权利要求1或3所述的冷凝管道减振器，其特征在于所述支管(4)采用偏离所述液体主流入口轴线方式安装。
5.根据权利要求1所述的冷凝管道减振器，其特征在于所述空隙为环形空隙，所述环形空隙的截面积略大于所述支管(4)的截面积。
6.根据权利要求1所述的冷凝管道减振器，其特征在于所述支管(4)采用筋板固定。
7.根据权利要求1所述的冷凝管道减振器，其特征在于所述支管(4)处采用法兰连接。
8.根据权利要求7所述的冷凝管道减振器，其特征在于所述减振器的整体安装采用法兰连接。
9.一种冷凝管道减振方法，其特征在于:液体经液体主流入口流入到减振器内腔(8)中，然后流出减振器；气体和液体两相流进入到支管(4)中，流入减振器外腔(7)中，通过螺纹槽的作用，充分冷凝，冷凝后的液体通过内腔(8)与外腔(7)之间的空隙，汇流入内腔(8)中。
10.根据权利要求9所述的冷凝管道减振方法，其特征在于所述内腔(8)入口为渐缩口结构，所述内腔(8)在与所述外腔(7)连通处的口径小于内腔(8)入口处口径；所述空隙为环形空隙，所述环形空隙的截面积略大于所述支管(4)的截面积。
【文档编号】F16L55/04GK103775782SQ201210414389
【公开日】2014年5月7日 申请日期:2012年10月25日 优先权日:2012年10月25日
【发明者】王学生, 刘勇, 陈琴珠, 陈国康, 窦伟圻, 黄勇辉 申请人:中国石油化工股份有限公司, 华东理工大学, 中国石化上海石油化工股份有限公司