[发明专利]热应力三通

说明书

(一)所属技术领域

本发明涉及到一种冷热流体注入混合的热应力三通装置，属于工业过程先进装备、节能和安全输送技术领域，主要提出了一种可以承受冷热流体混合时的各种复杂交变应力作用，提高混合效率，降低峰值温度应力，以及由此引起的应力腐蚀，提高其承受流体湍流冲刷作用能力，提高其工作安全可靠性的热应力三通。 

(二)背景技术

在石油、化工、石化、医药等行业中，冷热不同的两股流体介质掺混和输送对混合部位的管道元件提出了很苛刻的要求，特别是在温度较高、温差较大的场合下，很难找到一种廉价的、结构紧凑的管道元件以适应复杂交变应力作用、应力腐蚀和湍流冲刷作用。因为温度应力的特点，在设计中要降低温度应力水平和承受复杂的交变应力，单纯的增加壁厚并不能解决问题，所以本发明根据气动力学、流体动力学和传热学的原理，提出了热应力三通装置，有效地解决了这个问题。同时本发明提出的一种热应力三通装置，能有效地提高混合效率，拓宽有效工作范围，提高装置操作水平，从而可以增加经济性和安全可靠性。 

(三)发明内容

本发明的目的是提出一种热应力三通，提高混合效率和有效工作范围，适应复杂交变应力作用、应力腐蚀和湍流冲刷作用，从而达到高效节能和安全可靠的目的。 

本发明所提出的热应力三通装置，该装置由主流管道壳体(1)和次流管道壳体组成，其特征在于，主流管道壳体(1)为单层管道结构，次流管道壳体为双层套管结构，次流管道壳体由进口段(2)、外层套管(3)和内层套管(4)组成。在内层套管(4)的端部连接有各种材料和各种尺寸的或者是圆筒形(7)、或者是圆弧扩张形(8)、或者是直流波瓣形(9)、或者是斜流波瓣形(10)、或者是它们之间的任意组合的喷嘴。在喷嘴与外层套管(3)之间存在间隙，间隙由计算确定。 

主流管道壳体(1)与次流管道壳体的外层套管(3)存在连接，形成三通壳体，连接的形式可以是焊接或其它的连接方式；次流管道壳体的外层套管(3)主体部分或者是直管、或者是波纹管。 

次流管道内层套管(4)或者由过渡段(5)、或者由喷嘴(6)、或者由它们之间的组合组成。主流工艺介质由主流管道壳体(1)的进口流入，与由次流管道内层套管(4)流入的次流工艺介质混合后由出口流出。喷嘴或者是圆筒形(7)，如图1所示；或者是圆弧扩张形(8)，如图2所示；或者是直流波瓣形(9)，如图3所示；或者是斜流波瓣形(10)，如图3所示；或者是它们之间的任意组合构成。 

圆筒形喷嘴(7)的经线为直线。圆弧扩张形喷嘴(8)经线(母线)或者是圆弧线段、或者是抛物线段、或者是双曲线段、或者是展开线段、或者是直线收缩形、或者是直线扩张形、或者是它们之间的任意组合。波瓣形喷嘴的经线(母线)可以是总体上在周向没有倾斜的直线形，即直流波瓣形喷嘴(9)；也可以是总体上在周向有倾斜的斜线形或螺旋线形，即斜流波瓣形喷嘴(10)。直流波瓣形喷嘴(9)和斜流波瓣形喷嘴(10)的截面形状由或者直线段、或者圆弧线段、或者抛物线段、或者双曲线段、或者展开线段组成的空间平面曲线，然后将该空间平面曲线分别沿或者圆周方向、或者四边形方向、或者三角形方向、或者正多边形方向旋转或者延伸复制，形成一个周期性的平面曲线；所述直流波瓣形喷嘴(9)和斜流波瓣形喷嘴(10)就是将该平面曲线沿轴向或者按相同的大小和形状、或者按等比例的收缩、或者按等比例的扩大、或者按圆弧线的、或者按抛物线的、或者按双曲线的、或者按展开线的比例进行收缩或扩大进行拉伸，形成两端开口的复杂形状的中空通道；斜流波瓣形喷管(10)在拉伸时沿周向有任意角度的倾斜旋转。在直流波瓣形喷嘴(9)的出口次流介质的流动特征呈直线状射流进入主流介质中。在斜流波瓣形喷嘴(10)的出口次流介质的流动特征呈倾斜或旋转状射流进入主流介质中。 

主流管道进口段、次流管道进口段和混合流体出口端的直径可以相同，也可以互相不同。 

在直流波瓣形喷嘴(9)和斜流波瓣形喷嘴(10)的对称中心位置或者存在一个大小匹配的中心锥(11)，或者不存在中心锥。如果存在中心锥，则中心锥(11)的形状可以或者是在轴向两端为圆锥体，在中间为圆柱体的组合体；或者是在轴向两端为圆锥体，去掉中间圆柱体的组合体。中心锥(11)的形状也可以或者是在轴向两端为锥体，在中间为六面体的组合体；或者是在两端为锥体，去掉中间六面体的组合体。 

(四)附图说明

图1为本发明的圆筒形热应力三通结构示意图。图中：1、主流管道，2、次流管道进口段，3、外层套管，4、内层套管，5、内层套管过渡段，6、喷嘴，7、圆筒形喷嘴。