一种基于固定式扭带的蒸汽冷凝诱发水锤消除装置的制作方法

本发明属于传热学和流体力学领域，具体涉及一种基于固定式扭带的蒸汽冷凝诱发水锤消除装置。

背景技术：

在汽液两相系统中，高温蒸汽与过冷水接触时，汽液交界面会产生较大的波动，当较大的蒸汽弹与被过冷水所淹没时，会产生剧烈冷凝，导致孤立汽泡区会产生局部负压或真空，附近流体在压差作用下加速相撞，并引起较大的压力波动，即为水锤。

在汽液两相系统中，尤其是自然循环系统，蒸汽冷凝诱发水锤现象会引起系统流动不稳定，严重影响系统的正常运行。此外，水锤产生的压力波动会对管道和设备造成损坏，并伴随巨大的噪声，在工程应用中对设备具有较大的危害。因此，消除汽液两相系统中蒸汽冷凝诱发的水锤对工业应用具有重要意义。

现有技术中存在抑制和消除水锤方法，大多用于单相条件下水锤消除，对于蒸汽冷凝诱导的水锤消除方法，专利号为cn107013784a和cn107131383a分别采用隔管式和多孔管式来抑制水锤。其中隔管式是将管道分隔为多个流道来抑制水锤，但没有消除蒸汽的措施，只能保证各个分管道内不出现水锤。多孔管式水锤抑制措施，仅在一定蒸汽压力下具有良好的消除蒸汽泡作用，且多孔管的阻力较大。以上两种方法均为强迫循环条件下的两相水锤消除措施，即采用一定压力下的单相蒸汽，直接注入具有过冷水的水平段。而对于低含汽率，低流量条件下，采用上述方案，不能有效地将蒸汽和过冷水充分搅混并实现消除蒸汽弹，尤其是在分层流条件下。因此，现有的技术无法满足各两相系统在不同含汽率和流量条件下的水锤消除。本发明是采用扭带对汽液混合物进行充分搅混，将大汽弹切割多个小汽泡，从根本上消除了空心管内和管外水锤的发生。

技术实现要素：

本发明目的在于提供一种蒸汽冷凝诱发的水锤消除装置，以解决现有技术不能满足各个工况条件下消除水锤的问题。

本发明的目的是这样实现的：

一种基于固定式扭带的蒸汽冷凝诱发水锤消除装置，包括扭带1和支撑法兰2，所述的扭带1安装在空心管3内，扭带1两端与空心管3固定连接；所述的支撑法兰2固定在空心管3管口处且轴向密封。

本发明还可以包括：

该装置还包括挡环5和密封环6，挡环5外侧固定与空心管3的内壁上，挡环5内侧与扭带1固定，密封环6安装于支撑法兰2和空心管3之间。

所述的支撑法兰2为环状结构，支撑法兰2上钻有四个中心对称分布的螺栓孔。

所述的扭带1为分段式扭带，所述的分段式扭带是将空心管3中的扭带1分为扭带区11和无扭带区10，扭带区11的长度和数量应满足两相自然循环系统的实际需求；所述的扭带区11中每段扭带的两端均与空心管3固定连接。

所述的空心管3为水平空心管、竖直空心管、倾斜空心管、变径空心管、弯头空心管或三通结构件空心管中之一。

所述的挡环5是内径小于扭带1高度且外径大于扭带1高度的环状金属物，且挡环5内侧圆弧具有内凹槽，凹槽宽度大于扭带1厚度，挡环5外侧为平滑的圆弧，挡环5外侧与空心管3内壁直接焊接固定，挡环5内凹槽内放置扭带1并将其固定，挡环5的数量根据工况需求进行自适应增减；所述的密封环6，其直径小于水平管壁厚，且密封环6耐高温、耐磨损、耐腐蚀。

所述的支撑法兰2包括内凸台8和内螺纹7，支撑法兰2的法兰孔内加工有内凸台8，内凸台8宽度与空心管3壁厚相同，密封环6置于支撑法兰2内凸台8上，密封环6安装于空心管3与内凸台8之间，支撑法兰2内环侧内凸台8上端加工有内螺纹7。

所述的空心管3两端具有与支撑法兰2的内螺纹7相同规格的外螺纹，外螺纹的螺纹长度与支撑法兰2的内螺纹7长度相同，空心管3和支撑法兰2通过螺纹连接，或者采用焊接连接，或者加工成一体式。

本发明有益效果在于：

本发明通过在汽液两相系统上水平段加入扭带结构，并扭带与上水平段通过卡环焊接固定，用于消除系统中蒸汽冷凝诱发的水锤。本发明采用管内插入扭带并将其固定于管内，使汽液两相搅混均匀，防止大汽弹的产生，进而达到消除水锤的目的；采用轴向密封和径向密封相结合的固定方式，提高水锤消除装置的可靠性。本发明结构简单，具有较高的强度和抗腐蚀性，能够消除蒸汽冷凝诱发的水锤，适用范围广；同时，该装置结构简单，改进方便易行，便于工程应用。

附图说明

图1汽液两相系统水锤消除装置。

图2挡环主视图。

图3支撑法兰主视图。

图4支撑法兰俯视图。

图5空心管主视图。

图6分段式扭带结构主视图。

具体实施方式

下面结合附图举例对本发明做进一步描述：

结合图1-6中各符号的含义分别为：1、扭带，2、支撑法兰，3、空心管，4、螺栓孔，5、挡板，6、密封环，7、内螺纹，8、内凸台，9、外螺纹，10、扭带区，11、无扭带区。

一种基于固定式扭带的蒸汽冷凝诱发水锤消除装置，包括：扭带1，支撑法兰2，空心管3，挡环5，密封环6，内螺纹7，和外螺纹9，还包括扭带1安装在空心管3内，扭带1两端置于挡环5中，并与空心管3的内壁焊接固定；支撑法兰2包括内凸台8和内螺纹7。

所述的扭带1具有一定宽度，厚度和扭率，其种类多样，如单扭带、多扭带、同曲率扭带和不同曲率扭带等。所述的扭带1，扭带1采用与工作环境相容的材料，耐高温、耐腐蚀，通过3d打印而成。此外，根据实际工程应用需求，可将扭带1分为分段式和整体式。

所述的扭带1与空心管3通过挡环5直接焊接固定，将扭带1置于挡环5内凹槽内，并焊接固定；挡环5外侧与空心管3内壁直接焊接固定，强化扭带1强度，且具有较高的抗腐蚀性和可靠性。

所述的扭带1可以实现不同流量、含汽率和压力条件下，汽液混合物在扭带1的搅混作用下，将汽液混合均匀，以消除大汽弹，防止水锤的发生。

所述的分段式扭带是将空心管3中的扭带1分为扭带区11和无扭带区10，扭带区11用于搅混流体，防止水锤的发生；无扭带区10对流体没有扰动，既可以用于减小系统阻力，又可以强化扭带1结构，防止其使用过程中发生振荡。对于不容易发生水锤的工况，采用分段式扭带可以减小其引入系统的阻力。当空心管3较长时，采用分段式扭带结构可以强化扭带1结构，防止其在使用过程中发生振荡。

所述的支撑法兰2的法兰孔加工内凸台8，其宽度与水平段管壁厚相同。支撑法兰2与空心管3可以采用一体式加工，或者直接焊接固定，也可以采用螺纹连接来进行固定，以实现轴向密封。所述的螺纹连接是指在空心管3端部加工与支撑法兰2内螺纹7相同长度的外螺纹9结构，并通过密封环6进行密封。所述的密封环6，其直径小于水平管壁厚，以防止密封环6受挤压形变对流道产生阻塞，安装与空心管3与支撑法兰2内凸台8之间，并通过螺纹旋转挤压，使密封环6形变，进而实现水锤消除装置的径向密封。

所述的空心管3不限于其安装方式，可以是水平管，竖空心管和倾斜管；同时也不局限于其结构形式，在变径，弯头，三通等结构件中均适用。所述的扭带1也可以采用焊接的方式安装在管外和管束之间，同样也能达到消除水锤的效果。

根据实际需求，本发明还包括分段布置扭带结构。

所述的扭带1，具有一定的宽度，厚度和扭率，可以交叉组合成多扭带，本专利以同轴交叉二扭带为例，但不局限此类型扭带；

所述的同轴交叉二扭带，两个扭带1绕同一中心轴十字交叉，具有相同的扭率。扭带1将蒸气弹被分割成小气泡并与过冷水混合后冷凝，实现空心管3内和管外的水锤消除。在实际应用过程中，可以通过改变扭率，以满足不同条件下的工程应用需求。

所述的支撑法兰2，支撑式法兰的法兰孔内加工凸台，其宽度与空心管3壁厚相同，法兰孔内加工螺纹结构，可与空心管3实现螺纹连接。

所述的挡环5，挡环5内径小于扭带1高度，外径大于扭带1高度；内侧圆弧具有一定深度的内凹槽，凹槽宽度略大于扭带1厚度，其外侧为平滑的圆弧；扭带1置于挡环5内凹槽，并焊接固定；挡环5外侧与空心管3内壁直接焊接固定，保证扭带1的强度和抗腐蚀能力；挡环5的数量根据工况需求进行自适应增减。

本发明有益效果在于：

(1)本发明提供一种管内插入扭带的方法，能够消除汽液两相系统的蒸汽冷凝导致水锤的现象，以缓解现有技术无法有效适应各种条件下消除水锤的问题。

(2)扭带与空心管之间采用挡环焊接固定，提高了水锤消除装置的强度和耐腐蚀性；

(3)支撑法兰与空心管之间采用螺纹连接，便于安装和更换扭带；

(4)螺纹连接的轴向密封方式和密封环形变的径向密封方式相结合，提高水锤消除装置的密封性和可靠性；

(5)采用分段式扭带结构，能够减小阻力，适用于汽液两相自然循环系统；

(6)本发明结构简单，安装和拆卸方便，可以根据实验需求改变扭带1的结构和固定方式，具有多方面的改进空间，可以满足不同汽液两相系统的工程需求。

实施例1：

按照图1所示，本发明是一种基于固定式扭带的蒸汽冷凝诱发水锤消除装置，包括扭带1，支撑法兰2，空心管3，挡板5和密封环6。其具体过程包括如下：

应当指出，扭带1具有多种类型，本发明以同轴交叉二扭带为例，对于其他类型的扭带1结构，其应用原理相同，也属于本发明的保护范围。

一种基于固定式扭带的蒸汽冷凝诱发水锤消除装置，其安装过程为：首先将扭带1置于挡板5的内凹槽内，并焊接固定，如图2所示。然后将扭带1和挡板5一同置于空心管3内，并将挡板5外侧与空心管3内壁焊接固定；其次，将密封环6放在支撑法兰2的内凸台8上，如图3所示。并通过法兰孔的内螺纹7和空心管3的内螺纹7进行轴向密封连接，挤压密封环6使其形变，实现径向密封，如图1所示。最后，空心管3两端支撑法兰2与空心管3固定后，将水锤消除装置通过法兰连接到汽液两相系统中，以实现消除水锤的目的。应当指出，空心管3并不局限于直管3，对于弯管，弯头等管路的水锤消除同样具有良好的效果，也属于本发明的应用范围。

实例2：图6给出了一种分段式扭带布置，在上述实例的基础上，进一步地，所述的分段式扭带布置包括扭带区11和无扭带区10。本实例中，以两相自然循环系统为主，该系统具有流动不稳定性的特点，尤其是沸腾喷发引起流动振荡，流量峰值较大，对空心管3内的扭带1造成较大的冲击而出现振荡。为进一步保证扭带1的稳固性，将扭带1分为扭带区11和无扭带区10，扭带区11的扭带1两端分别采用挡环5进行固定，从而进一步加强了扭带1强度，防止扭带1过长而产生局部振荡，扭带区11的长度和数量应满足两相自然循环系统的实际需求。同时，对于低压低高差自然循环系统，由于系统驱动力较小，对扭带1的冲击较小，因此采用上述技术方案时，能实现减小系统阻力的目的。

实例3：

一种基于固定式扭带的蒸汽冷凝诱发水锤消除装置，其水锤消除过程包括以下步骤：

(1)将水锤消除装置安装在汽液两相系统中，汽水混合流进水锤消除装置；

(2)汽水混合物在空心管内流动，空心管内的扭带将大蒸汽弹切割破碎成小蒸汽泡；

(3)扭带对汽液两相的搅混后，水平段内的小蒸汽泡被过冷水冷凝消失，进而无法形成大汽弹，实现消汽并从根源上达到消除水锤的目的；

(4)对于两相自然循环系统，出口含汽率较高时，容易形成大蒸汽弹；与此同时，加热段含汽率的增加会使自然循环系统驱动力增加，自然循环流量增加，因此空心管内扭带对汽泡破碎能力和搅混能力增强。因此可以抑制水锤的发生；

(5)当两相自然循环系统出口含汽率较低时，自然循环流量较低。由于扭带1的通道是绕中心轴螺旋的，加热段出口处的汽泡被分割为四个子通道，四个通道之间是相通的，并在后续流动过程中，不断与过冷水接触冷凝，防止产生大蒸汽弹，并实现消除水锤的目的。

(6)水平段1中蒸汽弹被冷凝后，也消除了空心管3在出口处的蒸汽量，使得汽水混合物在热阱中也不会产生水锤现象，进而从根本上实现了管内以及管外的水锤消除。

本发明并不局限于上面例子中所描述的具体实施方式，应当指出，尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域技术人员依据前述技术方案修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换，这些修改或替换也应该也应当落入本发明的权利要求的保护范围内。