专利名称：均衡分流装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种均衡分流装置。
背景技术：
现有通过液体介质来实现对物质进行间接加热或冷却的装置一般是通过泵来驱动高温或低温液体介质在管道中流动，通过热交换来实现对所需要加热或冷却的物质进行间接加热或冷却。由于泵的出口压力有限，为了提高加热或冷却效率，缩短加热或冷却时间，需要加大加热或冷却介质管道长度来增大换热面积，如果采用串联管路，随着管道长度加长，介质管道的阻力也跟着增大，这样就很难满足泵的出口压力要求，因此，工程上经常采用并联管路系统来降低管道阻力，满足泵出口压力要求。在实际制作中，各支管路管道长度比较长，很难制作得完全一致，再加上各支管路 入口很难保证在同一水平面上，各支管路出口也很难保证在同一水平面上。由于主管道的
液体介质分流到各支管路，各支管路的液体介质流量比较小，流速比较低。由管道沿程阻力
2
公式ΔΡ(ΛΡ断面I和断面2之间的压力差，λ为沿程阻力系数，L为断
d 2
面I至断面2之间的管道长度，d为管道截面直径，V为管内平均流速，P为液体介质密度)
和不可压缩流体在重力作用下伯努利方程Z1+ ^ =Ζ2+^+°^ +\±Ε (Ζ
PS 2gpg 2g
为单位重量流体相对于水平参考面的位能，I为单位重量流体的压力势能，f 为单
PS
位重量流体的动能，α为动能修正系数，V为管内平均流速，hv为单位重量流体沿流管的能量损失，E为单位重量流体在所取的流动管段内与外界交换的机械能)可以定性得出结果由于管道沿程阻力与管道内液体介质流速的平方成正比，所以各支管路的管道阻力很小，各支路管道制作上的微小差别、各支管路入口处液体介质位能的微小差别、各支管路出口处液体介质位能的微小差别，都会引起各支管路管道阻力产生比较大的差异。由流量公式
Q = CdA^i (Q为流过支管路液体介质流量，Cd为流量系数，A为管道截面积，Λ P为支
管路入口处和出口处压力差，P为液体介质密度)可知，随着各支管路入口处和出口处压力差产生较大差异，就会导致流过各支管路液体介质流量产生较大差异，甚至某一支管路出现断流情况，从而导致加热或冷却不均匀现象，甚至出现局部不能被加热或冷却现象。采用如图I所示的并联管路所形成的加热或冷却系统，由以上定性分析可知，流过各支管路的液体流量均不相同，而且可能会在某一支管路处出现断流现象，从而导致加热或冷却不均匀，甚至会出现局部不能被加热或冷却，从而影响加热或冷却效果。发明内容本发明提供一种均衡分流装置，主要解决了现有分流装置流过各支管路的液体介质流量均不相同，而且会在某一支管路处出现断流现象，特别是在浙青行业中，断流或分配不均会导致加热不均匀，甚至会出现局部不能被加热，从而影响加热效果的问题。本发明的具体技术解决方案如下该均衡分流装置包括主管道，主管道上并联有N个支管路，N ^ 2，所述支管路包括细管道和支路管道，细管道一端与主管道连通，另一端与支路管道连通；所述细管道的横截面积为，主管道的横截面积和各支路管道横截面积相同，且均为S±，应满足O. S支
!+ S^2+-+ S支N彡I. IS主，其中以3支片S^2+-+ S支N=S主为佳；连接主管道和各支路管道的细管道长度应满足该管路系统总阻力符合伯努利方 程21+^1+5^ =ζ2+Α+^1 +κ±ε,
Pg^ PS在工程设计中假定泵入口处压力P2，P1为泵出口处压力，由于泵入口处和泵出口处管道截面积相同，所以液体介质流速相同，即U1=U2, α为动能修正系数，一般取α ρα 2，Z1为泵出口处位能，22为泵入口处位能，P为液体介质密度，在泵入口到泵出口这段管道内不对外做功，所以Ε=0，匕为单位重量流体沿流管的能量损失。依据上述假设，伯努利方程简化为Z1-Z2+- -1^ = Hv
Pg Pg所以连接主管道和各支路管道的细管道长度应满足该管路系统总阻力符合经简化的伯努利方程。上述各支管路的管道阻力之和为f支总，f支总=(O. 1(Γθ· 15) · f总，其中f总
为管道系统总阻力；所述f总=UZ1-Z2+1 -1^ = K，hv为单位重量流体沿流管的能
Pg Pg
量损失，设主管道连接有泵，其中Pl为泵出口处压力，其中P2为泵入口处压力，Zl为泵出口处位能，Z2为泵入口处位能。上述各细管道的管道阻力之和为f细总，f细总=(O. 75、· 80) · f总，其中f总为管道系统总阻力；上述f 总=hv，Z1 — Z2 ^——--— = hy，
pg PKhv为单位重量流体沿流管的能量损失，设主管道连接有泵，其中Pl为泵出口处压力，其中P2为泵入口处压力，Zl为泵出口处位能，Z2为泵入口处位能。上述各细管道横截面积、各细管道长度、各细管道之间的距离均相同。本发明的优点在于应用本发明提供的均衡分流装置，各支路的导热油分配基本均匀，不会出现断流的状况；特别是应用在浙青行业中，能够满足浙青快速升温罐设计要求，使得浙青被快速加热，并且加热比较均勻，不会出现局部不能被加热现象。
图I为现有技术结构示意图；图2为本发明提供的均衡分流装置结构示意图；图3为浙青升温罐中主管道和之管路管道截面积一致的换热管路系统；图4为浙青升温罐中改进后的导热油并联管路系统。
具体实施方式
如图I所示,通过泵来驱动液体介质在管道中流动,来实现对所需要加热或冷却的物质进行加热或冷却。由于泵的出口压力有限，为了提高加热或冷却效率，缩短加热或冷却时间，需要加大加热或冷却介质管道的管道长度来增大换热面积，如果采用串联管路，随着管道长度加长，介质管道的管道阻力也跟着增大，这样就很难满足泵的出口压力要求，因 此，工程上经常采用并联管路系统来降低管道阻力，满足泵出口压力要求。如图I所示，采用并联管路的各支管路流量计算如下(工程计算中假定各支管路的管道截面积与主管道相同，均为A，各支管路管道和主管道内径为d，主管道中各支管路之间的主管道长度相等，且均为L，各支管路的管道长度为L1，各支管路的管道阻力近似相等，各支管路的入口和出口处分别在各自的水平面上(即保证各支管路入口处的液体介质位能相同，各支管路出口处的液体介质位能相同)Ql=CdXAX= CdxAx(I)Q2 =Cdx Ax ^2χ—~— =Cd X Ax ^2χ —(2)Q3 =C1 X Ax \2 x=CdX Ax |2χ5(3)
" ] PV PQm^=CdXjX 2χ(Ρ-^0) =CdxAx(5)
M P] PQm =Cdx Ax 2 X ~ °^ = Cd χ Ax 2χ&(6)
V PV P......Qn=CdxAx=CdxAx(7)式(I) (7)中，Cd为流量系数，Cd=Cc X Cv它是实际流量q与理论流量qT之比，即Cd=q/qT (工程计算中假定各支路的流量系数相等，且均为Cd)；Λ P1S主管道中支路一至支路二之间的压力损失，等于主管道中支路一至支路二间的管道阻力；Λ P1=P1-P2=A X (L/d)X[pXVl2/2]，λ为主管道沿程阻力系数(假定各支管路之间主管道沿程阻力系数相同，且均为λ，νι，V27V3…………Vlri分别为各支路之间主管道中的液体介质流速);Δ P2为主管道中支路二至支路三之间的压力损失，等于主管道中支路二至支路三间的管道阻力；Λ P2=P2-P3= λ X (L/d) X [ P xv22/2]；Λ P3为主管道中支路三至支路四之间的压力损失，等于主管道中支路三至支路四间的管道阻力；Λ P3=P3-P4= λ X (L/d) X [ P xv32/2]；......Δ Pffl^1为主管道中支路m-1至支路m之间的压力损失，等于主管道中支路m-1至支路 m 间的管道阻力；Λ P^^P^rP.= λ X (L/d) X [ P xvj/2]；Δ Pffl为主管道中支路m至支路m+1之间的压力损失，等于主管道中支路m至支路m+1 间的管道阻力；Λ Pm=Pm-Pm+1= λ X (L/d) X [ P xvm2/2]；......APn^1为主管道中支路n-1至支路η之间的压力损失，等于主管道中支路η-l至支路 η 间的管道阻力；Λ Pn-^Pn-rPn= λ X (L/d) X [ P xnJ/2]；......P1, P2, P3……Pm-^Pm……Pn分别为各支管路入口的压力；如图I所示，假设支管路二中有液体流过，支管路一中没有液体流过，即Q1=O,Q2>0。由公式I和公式2可以得出，P1=Oj2XL支管路二中有液体流过，支管路二和支管路一之间的主管道中也会有液体通过，即
2AP =P -P = lx —X )0，即 Pi〉 2，与 Pi=0，P2〉0 相矛盾，所以上述假设
112 d 2不成立，支管路二中有液体流过，支管路一中肯定也有液体流过，而且，由公式I和公式2可以得出，支管路一中的液体流量大于支管路二中的液体流量，即Q1X^同样的道理，如果支管路三中有液体流过，支管路二中肯定也会有液体流过，而且支管路二中的液体流量大于支管路三中的液体流量，即Q2>Q3。由以上定性分析可以知道，沿着主管道入口处到主管道末端方向，流过各支管路的液体流量逐渐减少，最后可能在某一支管路处出现断流情况。假定支管路m出现断流，此时Qi+Q2+Q 3+……+Qlrt=Qo而且在实际制作中，各支管路管道长度比较长，很难制作得完全一致，再加上各支管路入口很难保证在同一水平面上，各支管路出口也很难保证在同一水平面上。由管道沿
2 2程阻力公式局部阻力公式^和流量公式
d 2 2
Q =CdxAx^2J^-^-=CdxAx^2xj可以定性得出结果管道沿程阻力和局部阻
力均与管道内液体介质流速的平方成正比，由于主管道的液体介质分流到各支管路，各支管路的液体介质流量比较小，流速比较低，所以各支管路的管道阻力比较小，各支路管道制作上的微小差别、各支管路入口处液体介质位能的微小差别、各支管路出口处液体介质位能的微小差别，都会引起各支管路入口处液体介质压力产生比较大的差异。根据流量公式可知流经各支管路液体介质流量就会产生较大差异，甚至某一支管路出现断流情况，从而导致加热或冷却不均匀现象，甚至出现局部不能被加热或冷却现象。采用如图I所示的并联管路所形成的加热或冷却系统，由以上定性分析可知，流过各支管路的液体流量均不相同，而且可能会在某一支管路处出现断流现象，从而导致加热或冷却不均匀，甚至可能会出现局部不能被加热或冷却，从而影响加热或冷却效果。本发明采用如图2所示的并联管路(在主管道和各支管路之间增加一段截面积比较小的细管道)所形成的加热或冷却系统，通过缩小主管道与各支管路之间连接的细管道的管道截面积来提高此处管道阻力，相对降低各支管路管道阻力和各支管路之间的主管道的管道阻力对流经各支管路液体介质流量的影响，达到流经各支管路的液体介质流量基本相同，这样就可以解决加热或冷却不均匀现象，以及局部不能被加热或冷却现象。在实际设计中为了简化设计和加工，将连接各支管路和主管道之间的细管道设计成截面积和长度均相等，所有连接各支管路和主管道之间的细管道截面积之和近似等于主 管道截面积，连接各支管路和主管道之间的细管道长度要满足管路系统总的阻力要小于泵的出口压力，连接各支管路和主管路的细管道的管道阻力之和达到(O. 75、. 8) hv ;各支管路管道截面积与主管道截面积相等，各支管路管道长度尽可能相等，各支管路弯头数相同，使得各支管路的管道阻力之和达到(O. Γ0. 15) hv;各支管路入口尽可能处于同一水平面上，各支管路出口尽可能处在同一水平面上，使得各支管路入口处的位能差异小于O. 05hv,各支路出口处的位能差异小于O. 05hv。由于连接主管道和各支管路的细管道管道长度短，所以很容易制作的比较一致，其管道阻力也基本上相等，且均为APffl。各支管路管道长度比较长，很难制作得完全一致，其管道阻力分别为▽ Pl'V p2'V P3*……▽ Pm-^V PnT……▽ Pn* (由于各支管路中液体介质流速很低，而管道阻力(包括沿程阻力和局部阻力)均与液体介质流速的平方成正比，所
以可以认为▽ P广 Vp/ Vp/...... Pffl^1* p；...... Vpn*),由于各支管路
管道截面积比较大，管道中液体介质流速小，连接主管道和各支管路的细管道管道截面积比较小，管道中液体介质流速大，而管道阻力和液体介质流速的平方成正比，在工程设计中通过调整连接主管道和各支管路的细管道的长度和系统中并联支管路的数量使得管路系统总的管道阻力达到(O. 85^0. 95) hv。各支管路入口处压力分别为ρΛ P2*> P3*……Pm-A P；……Ρη%各支管路的液体介质流量分别为 Q1' Q2、Q3......Qm、Qni......Qn。P^=Apffl+ V P1*(8)p2*= Δ P + V p2*(9)P3*= Δ p + V p3*(10)......Pm-!*= Δ p + V pm_1<N(11)p；=Apffl+Vp；(12)......pn*= Δ p + V pn*(13)由公式(8Γ(13)可知，而且^ 1*、^ 2*、^ 3*……Vpm-AVpi;……▽ P:远小于Apffl，所以可以近似认为各支管路入口处的压力近似相等，即……* *m-1 ^ Pm ^...... Pn。Q1 == Cd X Ax X=Cd X Ax X(14)Q2 = Cd xAx J2X (尸2 O) = Cd xAx llx—( 15 )
V P\ PQ3 = 二 CdxAx 2x—-— = Cd X Ax j2x —(16)
VPV P...... I ' ψIQm—1 = Cci X A X J 2 X ———=Cd X Ax.'12 X 1(17)
VPV PQm = C, xAx 2x ————=CdxAx 2x^l-(18)
VPV P......Qn= CdxAxAlx^n _0) =CdxAxj2x^-(19)
1 V P\ P式(14) (19)中A为各支管路和连接主管道与各支管路的细管道组成各并联支路的管道当量截面积，由于各并联支路的管道组成情况基本相同，所以各并联支路的当量截面积相等，且均为A(所谓当量截面积，指的是制作单一直径大小的管道，使其管道阻力与并联支路的管道阻力大小相等，则该单一直径大小的管道截面积就是该并联支路的当量截面积)；各并联支路的流量系数Cd也相等，P为并联管路系统中流动的液体介质密度。由公式(14) (19)可知，由于P1* p2* p3* ......^ Pm-i* ^ Pm* ^......
二所以Q1 ^ Q2 ^ Q3 ^...... ^ Qm-! ^ Qm ^...... ^ Qn，即流经各支管路液体介质流
量近似相等。该发明解决了采用并联管路组成的加热或冷却系统加热或冷却不均匀现象、甚至局部不能被加热或冷却现象。以下为上述理论的实验验证结果在浙青快速升温罐设计中，为了使浙青快速升温，而且不能将浙青加热老化，所以采用导热油作为加热介质来加热浙青。首先用柴油燃烧器加热导热油，被加热的导热油通过导热油泵被泵入到浙青快速升温罐中的导热油换热管道，而一般的导热油泵均为离心泵，泵出口压力有限。为了使浙青快速升温罐中的浙青被快速加热，只能加大浙青快速升温罐中的导热油换热管道的换热面积，即通过加长导热油管道的长度来增大换热面积。由于罐体结构所限，导热油管道中的弯头数量比较多，如果采用串联结构，该导热油系统的管道阻力将超过导热油泵的出口压力，导致该系统不能正常工作。所以只有采用并联管道系统，通过降低各并联管道中的导热油流速来降低整个导热油系统的管道阻力，在加大导热油管道换热面积的同时降低了该系统管道阻力，满足导热油泵出口压力要求，使整个系统能够正常工作。为了验证上述理论的正确性，在浙青快速升温罐设计过程中完成了以下实验实验目的为了加大导热油管道换热面积和满足导热油泵出口压力要求，浙青快速升温罐中导热油换热管路采用八个支路的并联回路，为了保证浙青快速升温罐中的浙青被均匀加热，需要通过实验来检验八个支路中流过的导热油流量是否基本相等。实验所需设备和仪器导热油泵(带电机)流量18立方米/小时，扬程40米、导热油过滤器、导热油金属软管、导热油、导热油油槽、磅秤、秒表、油桶、380伏电源和八支路导热油并联管道系统。实验要测量的数据导热油泵在正常工作状态下，在30秒时间间隔内分配到八个支路的导热油流量。实验结果记录如图3所示，各支路的流量记录如下支路I 0Kg ;支路 2 0 Kg ;支路 3 =OKg ;支路 4 :3. 5Kg ;支路 5 :8. 6 Kg ;支路 6 15. 6Kg ;支路 7 17. 9Kg ;支路 8 22. IKg。实验结果分析该并联管路系统在设计中将主管道截面积和支管路管道截面积设计成大小相等，而支管路管道长度比较长，弯头数量比较多，各支管道制作差异大，通过并联分流后各支路中导热油流量比较少，流速低，各支路的管道阻力就很小，各支管道制作中的微小差异、各支路入口处相对于水平参考面位置差异、各支路出口处相对于水平参考面位置差异，都会引起管道阻力比较大的变化，所以就会出现各支路中导热油流量不均匀现象，而且在支路I、支路2、支路3中出现断流现象。依据本发明提供的方案所作出的改进措施如图4所示在各支管路和主管道之间增加一段截面积比较小的细管道，各支路细管道的截面积之和近似等于主管道的截面积，提高局部管道阻力，降低各并联支路中粗管道制作差异对各支管路总体管道阻力的影响，并且通过管路系统总管道阻力的计算来调整细管道长度，使得管路系统总管道阻力达到(O. 85、. 95) hv。最后再完成各支路导热油流量实验，验证该改进措施是否有效。实验结果记录各支路的流量记录如下支路I 8. IKg ;支路 2 8. 3 Kg ;支路 3 8. 2Kg ;支路 4 8. OKg ;支路 5 8. O Kg ’支路 6 8. 5Kg ;支路 7 9. OKg ;支路 8 8. 6Kg。实验结果分析根据以上实验数据分析，各支路的导热油分配基本均匀，能够满足浙青快速升温罐设计要求，即使得浙青被快速加热，并且加热比较均匀，不会出现局部不能被加热现象。
权利要求1.一种均衡分流装置，包括主管道，主管道上并联有N个支管路，N >2，其特征在于所述支管路包括细管道和支路管道，细管道一端与主管道连通，另一端与支路管道连通；所述细管道的横截面积为，主管道的横截面积和各支路管道横截面积相同，且均为S±，应满足 O. 9S主彡 Sh+Sh+· · · +S支N ( I. IS主。
2.根据权利要求I所述的均衡分流装置，其特征在于所述各支管路的管道阻力之和为f支总，f支总=(O- 10 O. 15) · f总，其中f总为管道系统总阻力;所述f总=hv， -I = \，hv为单位重量流体沿流管的能量损失，设主管道连接有泵，其中P1Pg Pg为泵出口处压力，其中P2为泵入口处压力，Z1为泵出口处位能，Z2为泵入口处位能。
3.根据权利要求2所述的均衡分流装置，其特征在于所述各细管道的管道阻力之和为f细总，f细总=(O. 75 O. 80) · f总，其中f总为管道系统总阻力；所述f总=hv， -I = \，hv为单位重量流体沿流管的能量损失，设主管道连接有泵，其中P1Pg Pg为泵出口处压力，其中P2为泵入口处压力，Z1为泵出口处位能，Z2为泵入口处位能。
4.根据权利要求2或3所示的均衡分流装置，其特征在于所述S^+S^+.. . +S^n =S±。
5.根据权利要求4所述的均衡分流装置，其特征在于所述各细管道横截面积、各细管道长度、各细管道之间的距离均相同。
专利摘要本实用新型提供一种均衡分流装置，主要解决了现有分流装置流过各支管路的液体介质流量均不相同，而且会在某一支管路处出现断流现象，特别是在沥青行业中，断流或分配不均会导致加热不均匀，甚至会出现局部不能被加热，从而影响加热效果的问题。该均衡分流装置包括主管道，主管道上并联有N个支管路，N≥2，支管路包括细管道和支路管道，细管道一端与主管道连通，另一端与支路管道连通；细管道的横截面积为S支，主管道的横截面积和各支路管道横截面积相同，且均为S主，应满足0.9S主≤S支1+S支2+...+S支N≤1.1S主。
文档编号B65D88/74GK202609387SQ20112056625
公开日2012年12月19日 申请日期2011年12月20日 优先权日2011年12月20日
发明者薛向宇, 孙建西, 皇甫建红 申请人:西安达刚路面机械股份有限公司