[发明专利]一种仿生耐冲蚀管道弯头

说明书

技术领域

本发明涉及一种管道连接件，特别涉及一种仿生耐冲蚀管道弯头。属于化学工程领域。

技术背景

压力管道在输送流体或含固体颗粒流体方面具有运量大、效率高、损耗低的成本低等优势,广泛应用于石油化工、冶金、核电、火电、煤化、矿山及建筑等行业中，是工业装备的重要组成部分。仅就油气运输业而言，我国现有70%的石油和99%的天然气通过管道运输，全国油气管道总长度达8万公里，“十二五”期间，我国新建管道长度预计达6.4万公里。压力管道弯头是压力管道的重要连接件，由于弯头处流场变化剧烈，使用中常承受液固两相流严重的冲刷腐蚀磨损，导致管壁局部变薄而失效，造成巨大的经济损失。在某些情况下，还会引起介质泄漏焊管，由于其突发性和高风险性，往往会酿成严重的生产事故，对人身安全乃至生态环境都会造成无法估量的损害。在我国、英美及欧洲等发达国家，提高管道的耐冲蚀性能的研究，一直是研究者关注的热点。

传统提高管道耐冲蚀性传统方法如采用耐冲蚀的管道弯头材料、喷涂耐冲蚀涂层以及优化管道弯头与流场参数的关系等可在一定程度可以起到提高管道耐冲蚀的作用，但由于弯头处受固体粒子的直接冲击，仍然难以取得理想的效果。本发明受水生动物表面及沙丘表面的非光滑特性的启发，提出了一种可控制近壁区多相流流场的仿生耐冲蚀表面，增强弯头的耐蚀性能，近而提高使用寿命。

发明内容

发明受水生动物表面及沙丘表面的非光滑特性的启发，提供一种仿生耐冲蚀管道弯头，该仿生耐冲蚀管道弯头具有可控制近壁区多相流流场的仿生耐冲蚀表面，增强了弯头的耐蚀性能，进而提高了使用寿命。

本发明是在管道弯头受冲蚀面均匀布设有仿生肋条；

所述仿生肋条展向沿流向布设，仿生肋条与流场接触曲面的特征曲线为一段劣弧或半圆，根据管道弯头内连续相雷诺数的不同，两条仿生肋条间夹角α为3-15°，仿生肋条高度h为0.2-4mm，仿生肋条截面圆弧半径为0.2-5mm；

所述仿生肋条展向与来流方向垂直，仿生肋条与流场接触曲面的特征曲线为两段相外切的弧，根据管道弯头内连续相雷诺数的不同，两条仿生肋条夹角β为3-12°，仿生肋条高度h为0.2-4mm,两段弧的半径r₁为0.2-5mm,r₂为1-20mm。

本发明的有益效果是：

1、仿生肋条结构为固体粒子受冲蚀的主要位置，该区域高出壁面一定高度，相当于局部增大了弯头的厚度；

2、仿生肋条有效地控制多相流连续相的近壁区流场，从而控制了固体粒子对壁面的冲击角度，从流场控制角度有效地保护了管道弯头的壁面。

附图说明

图1为本发明第一实施例的仿生肋条顺流布设示意图。

图2为图1中的A—A向剖视图。

图3为图2中的B—B向剖视图。

图4为本发明第一实施例的仿生肋条结构示意图。

图5为本发明第二实施例的仿生肋条与来流方向垂直布设示意图。

图6为图5中C—C向剖视图。

图7为本发明第二实施例的仿生肋条结构示意图。

具体实施方式

请参阅图1至图4所示，为本发明的第一实施例，本实施例是在管道弯头受冲蚀面均匀布设有仿生肋条1，所述仿生肋条1展向沿流向布设，仿生肋条1与流场接触曲面的特征曲线为一段劣弧或半圆，根据管道弯头内连续相雷诺数的不同，两条仿生肋条间夹角α为3-15°，仿生肋条高度h为0.2-4mm，仿生肋条截面圆弧半径r为0.2-5mm。

在本实施例中，当管道直径为100mm,管内两相流分别为油及沙粒，油的密度为800kg/m³,粘度为0.048kg/m·s，速度为6m/s,砂粒的平均粒径为0.55mm,流量为2.2kg/s时,仿生肋条1的高度h为0.5mm，仿生肋条1截面圆弧半径r为1.5mm,两条仿生肋条1的夹角α为5°时，有较好的冲蚀磨损性能，同时能保证压力损失增加不大。

请参阅图5至图7所示，为本发明的第二实施例，本实施例是在管道弯头受冲蚀面均匀布设有仿生肋条1，所述仿生肋条1展向与来流方向垂直，仿生肋条1与流场接触曲面的特征曲线为两段相外切的弧，根据管道弯头内连续相雷诺数的不同，两条仿生肋条夹角β为3-12°，仿生肋条高度h为0.2-4mm,两段弧的半径r₁为0.2-5mm,r₂为1-20mm。

在本实施例中，当管道直径为100mm,管内两相流分别为油及沙粒，油的密度为800kg/m³,粘度为0.048kg/m·s，速度为15m/s,砂粒的平均粒径为0.3mm,流量为0.8kg/s时,仿生肋条1高度h为0.6mm，构成仿生肋条1特征曲线的两段弧的半径分别为r₁为2mm、r₂为4mm，两条仿生肋条1的夹角β为10°时，有较好的耐冲蚀磨损性能。