专利名称：能减缓热瞬变的管式喷嘴的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种具有减缓热瞬变的绝热材料的管式喷嘴。
过去，暴露在热瞬变下的喷嘴并未在其内设有热屏障。结果由于过程中上游发生的瞬变或改变而引起的流体流温度的急剧改变常会使这些喷嘴由于热疲劳破裂而失效。最大的热应力和热应变发生在小管子与较小管道的T字形交接处。在本发明中把这个交接处称为管式喷嘴。
所说管式喷嘴区是在较大管道入口处的内直径上，如
图1所示。这个管式喷嘴圆角半径区的温度跟随管内流动流体的温度而变化，而喷嘴所要焊上去的那个具有较厚壁和较大直径的管道(联箱头)的温度的变化率要慢得多。这样就造成一个巨大的温度差，以致在管式喷嘴圆角半径区产生局部热应变。当在管式喷嘴圆角区上设置热屏障时，就可减缓流体热瞬变对管式喷嘴圆角区的冲击。热屏障的厚度取决于所需绝热的程度以便将管式喷嘴圆角区的热响应减少到与它所要连结的联箱头匹配的程度。
热屏障可以是金属的或陶瓷的。因为陶瓷的传热率一般比金属低，陶瓷材料所需的厚度就可小些。热屏障可用多种方法(如等离子喷涂、电弧焊接、电解沉积、汽相沉积等)在喷嘴的内直径上形成。或者，热屏障可预制成卷筒状，然后用连结方法如铜焊、扩散粘结、焊接或电解沉积附着在内直径上。
本发明一方面的目的是要缓解暴露在巨大热瞬变下的管式喷嘴内所发生的热破裂。
本发明的另一方面是要延长热交换器的寿命。
本发明的再一方面是要延长混合T形管的寿命。
还有另一方面是要使管式喷嘴容易制造。
另外一个方面是要使绝热材料与基体材料亲和。
此外本发明还有一个目的是要使绝热材料的厚度适宜使管式喷嘴圆角区上的热应变减为最小。
本说明中附图1为一联箱头上的喷嘴的切开透视的横截面图。
图1一般地示出设有热屏障4的管式喷嘴10连结到管道(或联箱头)6上的情况。管式喷嘴10的管段1具有均一的内径。管段1的顶部被焊接或用其他方法连接到另外一根运送流动流体的管子上。为图面清晰起见，该管子没有示出。管式喷嘴10具有一个角度为θ的圆锥形管段2。管式喷嘴10具有一个基部圆角区7和一个焊缝准备区3。焊缝5将管式喷嘴10连接到管道6上。
管式喷嘴10在圆锥形管段2内设有热屏障4。绝热材料保护着管式喷嘴10上最易出现热疲劳应变的区域，这样就可防止破裂并延长管式喷嘴10的寿命。热屏障的材料可选用金属、陶瓷和金属间化合物。其中有些材料具有能匹配基体材料的性能。其他材料，如陶瓷，可使热屏障做得比图上所示的要薄得多。某些金属间化合物具有低的导热率，因此热屏障可做得比所示出的要薄得多。沉积的长度取决于喷涂到圆锥形管段2的直径内的能力。通常可能在喷嘴内喷涂一个直径的长度。热屏障沉积4的厚度可以调节到使它适合完成管式喷嘴10所需的绝热性能，以便保护好管式喷嘴的基部圆角区7。
所说管式喷嘴区是在管道6的入口处的基部圆角区7的内直径上，如图中概略地示出那样。这个基部圆角区7跟随管内流动流体的温度而变化，而管式喷嘴10所要焊上去的那个具有较厚壁的管道6的温度的变化率要慢得多。这样就造成一个巨大的温度差，以致在基部圆角区7产生局部热应变。当在圆锥形管段内特别是基部圆角区7内设置热屏障4时，就可减缓载热流体热瞬变对基部圆角区的冲击。热屏障4的厚度取决于所需绝热材料的数量，以便将基部圆角区7的热响应减少到与它所要联结的管道6匹配的程度。
圆锥形管段角θ可根据热缓冲所需热屏障沉积4的数量而变化。该角也可根据所用材料的导热率而变化，对高导热率的材料采用较大的θ角，而对低导热率的材料则采用较小的θ角。管式喷嘴10的壁厚在管段1、圆锥形管段2和基部圆角区7内都各不同，根据在各区内所遇到的应力而变。
重要的是管式喷嘴10的内径必须恒定不变，这样才可对流体的恒定流所需的液力直径不加限制。在基部圆角区7的液力直径宁可大些，也不要小些，因为流体的流动若受限制会影响在整个系统内的流动。
管式喷嘴的材料可以是钢，不锈钢，镍基合金，钴基合金或任何其它类似材料。
显然，在上述说明的启示下，本发明可能作出许多修改和变化。因此，应当理解在所申请的权利要求的范围内，本发明还可用其他形式来实施，并不仅限于上面具体说明的那些。
权利要求
1.一种具有热屏障的管式喷嘴，它包括一段用于连接到一管子上的内径恒定的管段，一段从所述管段起延伸的、内径逐渐增加的圆锥形管段，和一段从所述圆锥形管段起延伸的、用来连接到一管道上的基部圆角区，在圆锥形管段上有一将绝热材料施加在其内直径上而形成的热屏障，可保护该管式喷嘴，使它在所述管子内流动的流体和所述管道内流动的流体具有不同温度时不致受到热应变的危害。
2.按照权利要求1的具有热屏障的管式喷嘴，其特征在于，绝热材料被施加在圆锥形管段上，使管式喷嘴的内径成为恒定。
3.按照权利要求1的具有热屏障的管式喷嘴，其特征在于，绝热材料被施加在圆锥形管段上，使管式喷嘴的内直径在基部圆角区要比在所述管段上来得大。
4.按照权利要求1的具有热屏障的管式喷嘴，其特征在于，管式喷嘴的壁具有一定厚度，并且该壁厚随着管式喷嘴内的应力成比例地变化。
5.按照权利要求1的具有热屏障的管式喷嘴，其特征在于，绝热材料为金属。
6.按照权利要求1的具有热屏障的管式喷嘴，其特征在于，绝热材料为陶瓷。
7.按照权利要求1的具有热屏障的管式喷嘴，其特征在于，绝热材料为金属间化合物。
全文摘要
一种在其内设有绝热屏障的管式喷嘴，可用来防止由于在管式喷嘴内的热瞬变而引起的热疲劳破裂，适用于各种运送温度急剧变化的流体的管接头，在两种具有不同温度的流体相会的混合T形接头中特别有用。采用本发明可使那些将各种流体保持在各种恒定的或波动的温度上的处理厂，在处理各种流动流体时提高安全度和可靠度。
文档编号F16L41/00GK1126113SQ9510653
公开日1996年7月10日 申请日期1995年5月23日 优先权日1994年9月30日
发明者金·L·袁 申请人:洛克维尔国际公司