[發(fā)明專利]材料流動放大器

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201980077820.1
• 申請日: 2019-09-17
• 公開（公告）號: CN113167305B
• 公開（公告）日: 2023-03-10
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 保羅·韋恩·施密特;阿維杰特·高希
• 申請（專利權(quán)）人: 渦旋管系統(tǒng)有限責(zé)任公司
• 主分類號: F15D1/04
• 分類號: F15D1/04;B01F23/50;B01F23/47;B01F23/60;B01F25/00
• 代理公司: 北京安信方達(dá)知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11262
• 代理人: 許春波;楊明釗

本文所公開的材料流動放大器克服了與由某些類型的材料(例如，流體、漿料、微粒、可流動的骨料等)流過材料流動管道引起的已知不利流動條件(例如，表面腐蝕和壓頭損失)相關(guān)的缺點(diǎn)。這種材料流動放大器提供可流動材料在材料流動管道(例如，管路的一部分，管道等)的流動通道內(nèi)流動，以具有旋流(即，渦旋或渦流)剖面。有利地，該旋式流動剖面使流朝向流動通道的中心部分的集中，從而減小了層流的大小。與拋物線形流動剖面相比，這種旋式流動剖面提供了許多其他優(yōu)點(diǎn)(例如，增加流速、減少內(nèi)部管路磨損、更均勻的內(nèi)部管磨損、降低能耗、減少或消除騰涌等)。

相關(guān)申請的交叉引用

本PCT申請要求于2019年6月18日提交的題為“MATERIAL FLOW AMPLIFIER”的序列號為16/445,127的共同待決的美國非臨時專利申請的優(yōu)先權(quán)，該申請與本PCT申請具有共同的申請人，并且通過引用以其整體并入本文。序列號為16/445,127的共同待決的美國非臨時專利申請要求于2018年11月29日提交的題為“Multi-Chambered Vortex PipelineAmplifier(FULLY PIGGABLE)”的序列號為62/917,233的共同待決的美國臨時專利申請的優(yōu)先權(quán)，上述申請具有共同的申請人，并通過引用以其整體并入本文。

公開領(lǐng)域

本文所公開的內(nèi)容總體上涉及一種用于傳輸可流動材料的結(jié)構(gòu)裝置，并且更具體地，涉及用于增強(qiáng)諸如管路或管狀流動構(gòu)件之類的材料流動管道內(nèi)的材料的流動屬性的裝置。

背景

使材料(即，可流動的材料)流過材料流動管道的需求是眾所周知的。這種材料的示例包括但不限于流體、漿料、微粒、可流動的骨料等。這種材料流動管道的示例包括但不限于管、管路、管道、管狀流動構(gòu)件等。

如圖1所示，在材料流動管道15的流動通道10內(nèi)的常規(guī)的低可流動材料5具有以層流效應(yīng)(即層流20)為特征的流動剖面。拋物線流動剖面是沿著沿限定流動通道10的材料流動管道15的表面的層流邊界層的結(jié)果。在流動通道10的表面處的可流動材料表現(xiàn)出相當(dāng)大的摩擦和零流速，從而即使在距流動通道10的表面相當(dāng)遠(yuǎn)的距離處，也可降低可流動材料的速度。與該降低的速度相關(guān)聯(lián)地，已知層流效應(yīng)(例如，材料流動管道的表面處的摩擦)會增加壓頭損失(head loss)和可流動材料的加熱。

當(dāng)磨蝕性材料流過諸如管路之類的材料流動管道時，會產(chǎn)生各種熟知的流動考慮因素。其中一個考慮因素是材料流動管道的腐蝕(即磨損)。由于可流動材料與限定該材料所流經(jīng)的通道的表面之間的相互作用，運(yùn)輸和泵送包含磨蝕性內(nèi)容物(諸如煤和沙漿，濕沙，礫石等)的可流動材料可能導(dǎo)致與部件磨損相關(guān)聯(lián)的特別高的成本。另外，眾所周知，管道系統(tǒng)，特別是彎頭配件的腐蝕不均勻會導(dǎo)致配件故障或較早的配件更換，這兩種現(xiàn)象在材料、人力和停機(jī)時間方面都是昂貴的。

當(dāng)流體或可流動材料通過彎頭配件時，方向的變化會在彎道內(nèi)側(cè)沿管壁產(chǎn)生湍流狀況、流動分離和渦旋脫落(vortex shedding)。這種方向變化也可能會產(chǎn)生定常渦動(standing eddies)，從而在沿彎頭配件管壁的點(diǎn)處引起回流狀況。這些狀況通常會導(dǎo)致沿彎道外側(cè)的彎頭配件管壁的腐蝕比沿彎道內(nèi)側(cè)的管壁腐蝕快得多，這是因?yàn)楫?dāng)可流動材料進(jìn)入該配件并改變方向時，該可流動材料直接沿彎道外側(cè)撞擊壁。另外，由于離心力，較重的固體和微粒通常在可流動的材料改變方向時會被拋射到外壁上并且往往會不斷地沖刷外壁。

在長直管流動中也經(jīng)常會遇到類似的不均勻腐蝕作用。例如，在長直管線中，在流體的下部區(qū)域中，可流動材料的微粒濃度將增加，從而使流體流的底部部分的磨蝕比上部部分更大。另外，在大直徑管道系統(tǒng)中，可流動材料的重量由下部管壁部分承擔(dān)，從而導(dǎo)致更高的腐蝕速率。

另一個眾所周知的流動考慮因素是由于彎頭配件中的湍流和流分離所引起的壓頭損失。可以利用較高的泵送壓力來減輕由該壓頭損失引起的壓頭損失。但是，通常以較高的能量消耗和相關(guān)的成本為代價來實(shí)現(xiàn)較高的泵送壓力。另外，較高的泵送壓力的實(shí)施經(jīng)常會在管道系統(tǒng)中產(chǎn)生振動和發(fā)熱問題。