一种基于流型识别的可调凝结水锤抑制装置的制作方法

本发明涉及工业生产技术领域，尤其是涉及一种基于流型识别的可调凝结水锤抑制装置。

背景技术

汽液直接接触凝结由于具有高效的传热传质特性而广泛应用于各种工业领域中，但是蒸汽凝结过程中有时会存在蒸汽凝结水锤现象，例如潜艇系统中的余热蒸汽排入海洋过程中，当蒸汽质量流率较小时，蒸汽与水在管内直接接触发生凝结，在管内容易出现凝结水锤现象。凝结水锤是因为汽液两相在管内流动时，由于流动不稳定会形成弹状流(封闭独立汽泡)，由于汽液两相密度差相差巨大，因此凝结水锤发生时，会导致剧烈的压力振荡，会冲击和破坏管路及管路中的相关设备，严重影响系统的安全运行。因此，抑制甚至消除凝结水锤的产生对于相关的工业应用具有重要的意义。

现有技术中对于管内凝结水锤的抑制方案较少，而仅有的技术也只能针对某一特定位置的两相水锤起到一定的抑制作用，蒸汽和过冷水温度发生变化时，凝结水锤的发生位置也会发生变化。所以能够找到一种有效地抑制甚至消除不同工况下凝结水锤在不同位置产生的方法，对于相关的工业应用具有重要的意义。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种基于流型识别的可调凝结水锤抑制装置，以缓解现有技术中存在的只能针对某一特定位置的两相水锤起到一定抑制作用的技术问题。

为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种基于流型识别的可调凝结水锤抑制装置，所述凝结水锤抑制装置安装在气液两相流体的管路11内上方，包括滑杆6，通过一个或多个滑杆6连接起来的多个折流板，所述折流板的数量根据管路11的长短确定，有两种形式，含流通孔9的折流板以及无流通孔的折流板，通过流动阻力的要求进行选择；滑杆6通过折流板上的安装孔8以及固定装置7将多个折流板串接起来，折流板在滑杆6上的位置通过固定装置7进行调节；多个所述折流板中的首尾两个折流板上设置有便于与管路法兰12连接的折流板端口5；管路上有多个压力传感器13，通过流型识别方法对压力信号处理识别不同位置流型，进而调整中间两个折流板的位置。

进一步地，所述折流板上存在两个安装孔8，对应的滑杆6的数量也为两个，安装孔8直径与滑杆6外径相同，每个折流板通过四个固定装置安装在滑杆6上。

进一步地，为了更好的达到抑制效果，折流板一共有四个，首尾两个折流板之间的距离与使用的管路11长度相匹配。

进一步地，所述折流板通流面积比在0.5-0.7之间，沿着蒸汽流动方向折流板通流面积比逐渐增加。

进一步地，管路上的多个压力传感器13之间的距离不超过管路直径的6倍。

进一步地，压力传感器13为高频动态压力传感器，采用频率高于2000hz。

进一步地，流型识别方法采用概率密度函数。

进一步地，中间两个折流板分别安装在弹状流中间位置的上游和下游小于3倍管路直径处。

和现有技术相比较，本发明具备如下优点：

本发明提供的一种基于流型识别的可调凝结水锤抑制装置，折流板有两种形式：含流通孔的多孔折流板和无流通孔的折流板，无流通孔的折流板可以更加有效的抑制凝结水锤的产生，但是同时增加了流动阻力；带流通孔的折流板则在有效抑制凝结水锤的同时，对于流动阻力影响相对较小。由于折流板的存在，一方面使得蒸汽在折流板下侧流动，可以增加汽液直接接触面积，增大凝结速率，减小独立汽泡的大小，降低凝结水锤的强度，另一方面，可以减小水锤发生时的回流水水量和速度，进一步降低水锤的强度。折流板沿着蒸汽流动方向折流板通流面积比逐渐增加，如此可以降低蒸汽的流动阻力。首部折流板和尾部折流板还存在折流板端口，以便于和管路配合安装。折流板上有安装孔，一方面便于在滑杆上通过前后两个固定装置调节位置以及安装固定，另一方面，便于拆卸首部和尾部折流板，使得抑制装置置于管路之中。由于不同工况下水锤发生位置会发生变化，通过概率密度函数对不同位置处压力波动信号进行处理，可以得到弹状流产生位置，调整中间两个折流板至弹状流中间位置的上游和下游小于3倍管路直径处，可以消除弹状流的形成，即抑制凝结水锤的产生。

附图说明

图1为本发明实施例的一种基于流型识别的可调凝结水锤抑制装置结构示意图。

图2为本发明的带有流通孔的折流板。

图3为本发明的无流通孔的折流板。

图4为本发明实施例抑制装置安装在管路上的使用示意图。

图5为不同流型的概率密度函数曲线图，其中图5a为分层流概率密度函数曲线，图5b为波状流概率密度函数曲线，图5c为弹状流概率密度函数曲线。

图标：1-首部折流板；2-第一中间折流板；3-第二中间折流板；4-尾部折流板；5-折流板端口；6-滑杆；7-固定装置；8-安装孔；9-流通孔；10-抑制装置；11-管路；12-管路法兰；13-压力传感器。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步详细说明。

如图1和图4所示，本发明一种基于流型识别的可调凝结水锤抑制装置，所述凝结水锤抑制装置10安装在气液两相流体的管路11内上方，包括两个滑杆6，通过两个滑杆6连接起来的四个折流板，分别为首部折流板1、第一中间折流板2、第二中间折流板3和尾部折流板4。两个滑杆6通过折流板上的安装孔8以及固定装置7将四个折流板串接起来，折流板在滑杆6上的位置通过固定装置7进行调节；其中，首部折流板1和尾部折流板4上设置有便于与管路法兰12连接的折流板端口5。管路上有多个压力传感器13，通过流型识别方法对压力信号进行处理，判断不同位置流型进而调整中间2个折流板的位置。

所述折流板位于管路上侧阻碍了蒸汽的流动，一方面可以增加汽水直接接触面积，增大凝结速率，减小独立汽泡的大小，降低凝结水锤的强度，另一方面，可以减小水锤发生时的回流水水量和速度，进一步降低水锤的强度。

如图2和图3所示，所述折流板有两种形式，无流通孔的折流板和含流通孔9的多孔折流板，通过流动阻力的要求进行选择；无流通孔的折流板可以基本上消除凝结水锤的产生，但是同时增加了蒸汽流动阻力；带流通孔的折流板则在有效抑制凝结水锤的同时，对于流动阻力影响相对较小。

所述折流板的外径和使用的管路11的内径一致，使得蒸汽完全在折流板下侧流动。

所述折流板沿着蒸汽流动方向通流面积比逐渐增加，如此可以降低蒸汽的流动阻力。

所述折流板上存在两个安装孔8，一方面折流板通过滑杆上前后两个固定装置进行安装固定，折流板的位置可以通过固定装置进行调节，另一方面，固定装置安装便于拆卸首部和尾部折流板，使得抑制装置便于放置于管路11内。

首部折流板1和尾部折流板4之间的距离与使用的管路11的长度一致，以便于将整个抑制装置10置于使用的管路11中，然后整个管路可以和其他系统通过法兰12进行配合安装。

如图4所示，管路11上安装有的多个压力传感器13，压力传感器为高频动态压力传感器，采用频率高于2000hz，如此可以准确判断流型；不同传感器之间的距离不超过管路直径的6倍，如此可以准确判断流型的形成位置。

如图5中图5a、图5b和图5c所示，通过概率密度函数对不同位置处压力波动信号进行处理，可以得到不同流型的曲线，其中分层流和波状流的概率密度函数曲线正负对称，而弹状流偏向于负值一侧；识别出弹状流位置后，调整中间两个折流板至弹状流中间位置的上游和下游小于3倍管路直径处，可以消除弹状流的形成或者减小弹状流的大小，进而更有效的抑制水锤的产生。

实施例

本发明提供的一种基于流型识别的可调凝结水锤抑制装置，包括：折流板、滑杆和固定装置。

以余热排出过程为例：首先通过管路上高频动态压力传感器测量不同位置处的压力波动，然后通过概率密度函数对其进行处理，分析得到弹状流形成的位置，调整中间两个折流板至弹状流中间位置的上游和下游小于3倍管路直径处；然后将抑制装置置于两端带有法兰的管路中，将首部和尾部折流板安装固定；最后将带有抑制装置的管路通过法兰安装在系统中。

当余热排出时，四个折流板的存在使得汽液流动较为混乱，不断的进行传热传质过程，不易形成弹状流，使得余热有效的排出；当形成弹状流时，中间两个折流板的存在使得蒸汽在折流板下侧流动，增加了汽液直接接触面积，有效的减小了弹状流的大小，进而减小了凝结水锤的强度，同时折流板也可以有效降低回击水的水量和速度，进一步减小了凝结水锤的强度。因此，在实现余热排出目的的同时可以有效地抑制凝结水锤在多个位置的产生。