[發明專利]一種仿生耐沖蝕管道彎頭

有效

• 申請號: 201310478176.3
• 申請日: 2013-10-14
• 公開（公告）號: CN103498988A
• 公開（公告）日: 2014-01-08
• 發明（設計）人: 張成春;章甘;李雪麗;王現寶;王晶;韓志武
• 申請（專利權）人: 吉林大學
• 主分類號: F16L43/00
• 分類號: F16L43/00;F16L57/06
• 代理公司: 長春市四環專利事務所 22103
• 代理人: 張建成

技術領域

本發明涉及一種管道連接件，特別涉及一種仿生耐沖蝕管道彎頭。屬于化學工程領域。

技術背景

壓力管道在輸送流體或含固體顆粒流體方面具有運量大、效率高、損耗低的成本低等優勢,廣泛應用于石油化工、冶金、核電、火電、煤化、礦山及建筑等行業中，是工業裝備的重要組成部分。僅就油氣運輸業而言，我國現有70%的石油和99%的天然氣通過管道運輸，全國油氣管道總長度達8萬公里，“十二五”期間，我國新建管道長度預計達6.4萬公里。壓力管道彎頭是壓力管道的重要連接件，由于彎頭處流場變化劇烈，使用中常承受液固兩相流嚴重的沖刷腐蝕磨損，導致管壁局部變薄而失效，造成巨大的經濟損失。在某些情況下，還會引起介質泄漏焊管，由于其突發性和高風險性，往往會釀成嚴重的生產事故，對人身安全乃至生態環境都會造成無法估量的損害。在我國、英美及歐洲等發達國家，提高管道的耐沖蝕性能的研究，一直是研究者關注的熱點。

傳統提高管道耐沖蝕性傳統方法如采用耐沖蝕的管道彎頭材料、噴涂耐沖蝕涂層以及優化管道彎頭與流場參數的關系等可在一定程度可以起到提高管道耐沖蝕的作用，但由于彎頭處受固體粒子的直接沖擊，仍然難以取得理想的效果。本發明受水生動物表面及沙丘表面的非光滑特性的啟發，提出了一種可控制近壁區多相流流場的仿生耐沖蝕表面，增強彎頭的耐蝕性能，近而提高使用壽命。

發明內容

發明受水生動物表面及沙丘表面的非光滑特性的啟發，提供一種仿生耐沖蝕管道彎頭，該仿生耐沖蝕管道彎頭具有可控制近壁區多相流流場的仿生耐沖蝕表面，增強了彎頭的耐蝕性能，進而提高了使用壽命。

本發明是在管道彎頭受沖蝕面均勻布設有仿生肋條；

所述仿生肋條展向沿流向布設，仿生肋條與流場接觸曲面的特征曲線為一段劣弧或半圓，根據管道彎頭內連續相雷諾數的不同，兩條仿生肋條間夾角α為3-15°，仿生肋條高度h為0.2-4mm，仿生肋條截面圓弧半徑為0.2-5mm；

所述仿生肋條展向與來流方向垂直，仿生肋條與流場接觸曲面的特征曲線為兩段相外切的弧，根據管道彎頭內連續相雷諾數的不同，兩條仿生肋條夾角β為3-12°，仿生肋條高度h為0.2-4mm,兩段弧的半徑r₁為0.2-5mm,r₂為1-20mm。

本發明的有益效果是：

1、仿生肋條結構為固體粒子受沖蝕的主要位置，該區域高出壁面一定高度，相當于局部增大了彎頭的厚度；

2、仿生肋條有效地控制多相流連續相的近壁區流場，從而控制了固體粒子對壁面的沖擊角度，從流場控制角度有效地保護了管道彎頭的壁面。

附圖說明

圖1為本發明第一實施例的仿生肋條順流布設示意圖。

圖2為圖1中的A—A向剖視圖。

圖3為圖2中的B—B向剖視圖。

圖4為本發明第一實施例的仿生肋條結構示意圖。

圖5為本發明第二實施例的仿生肋條與來流方向垂直布設示意圖。

圖6為圖5中C—C向剖視圖。

圖7為本發明第二實施例的仿生肋條結構示意圖。

具體實施方式

請參閱圖1至圖4所示，為本發明的第一實施例，本實施例是在管道彎頭受沖蝕面均勻布設有仿生肋條1，所述仿生肋條1展向沿流向布設，仿生肋條1與流場接觸曲面的特征曲線為一段劣弧或半圓，根據管道彎頭內連續相雷諾數的不同，兩條仿生肋條間夾角α為3-15°，仿生肋條高度h為0.2-4mm，仿生肋條截面圓弧半徑r為0.2-5mm。

在本實施例中，當管道直徑為100mm,管內兩相流分別為油及沙粒，油的密度為800kg/m³,粘度為0.048kg/m·s，速度為6m/s,砂粒的平均粒徑為0.55mm,流量為2.2kg/s時,仿生肋條1的高度h為0.5mm，仿生肋條1截面圓弧半徑r為1.5mm,兩條仿生肋條1的夾角α為5°時，有較好的沖蝕磨損性能，同時能保證壓力損失增加不大。

請參閱圖5至圖7所示，為本發明的第二實施例，本實施例是在管道彎頭受沖蝕面均勻布設有仿生肋條1，所述仿生肋條1展向與來流方向垂直，仿生肋條1與流場接觸曲面的特征曲線為兩段相外切的弧，根據管道彎頭內連續相雷諾數的不同，兩條仿生肋條夾角β為3-12°，仿生肋條高度h為0.2-4mm,兩段弧的半徑r₁為0.2-5mm,r₂為1-20mm。

在本實施例中，當管道直徑為100mm,管內兩相流分別為油及沙粒，油的密度為800kg/m³,粘度為0.048kg/m·s，速度為15m/s,砂粒的平均粒徑為0.3mm,流量為0.8kg/s時,仿生肋條1高度h為0.6mm，構成仿生肋條1特征曲線的兩段弧的半徑分別為r₁為2mm、r₂為4mm，兩條仿生肋條1的夾角β為10°時，有較好的耐沖蝕磨損性能。