[发明专利]一种用于深海天然气水合物流化开采管道输送的螺旋流发生装置

说明书

本发明涉及一种用于深海天然气水合物流化开采管道输送的螺旋流发生装置，具有内径为D的筒体，所述的筒体内沿流体流动方向依次设有预起旋整流器、核心起旋器和继旋粉碎器，所述预起旋整流器具有环绕中心轴均布有4～6个呈倾斜梯状的导流体，所述核心起旋器具有环绕中心固定轴均布有5～8个呈倾斜渐变叶片式的导流片，所述继旋粉碎器包括环绕固接在筒体内壁的若干组呈铲头锯齿状的导流板。本发明采用三步起旋方式，使流体产生流态稳定、不易衰减的螺旋流运动，降低了流体由于轴向流动而对核心起旋器产生的冲击以及由于碰撞而造成的能量的损耗，可对流体所含固体颗粒进行大规模破碎并对流体进行掺混，避免了沉淀物以及其他物质粘附在管道上。

技术领域

本发明涉及流体输送技术领域，尤其是一种用于深海天然气水合物流化开采管道输送的螺旋流发生装置。

背景技术

螺旋流是一种具有旋转流场的流动形式，管内流体同时具有轴向及切向速度，在现代管道流体输送中应用广泛。这种流动方式减少了介质相互之间的冲击和摩擦做功，大大降低了管线的总体能耗；并且，螺旋流对于管内固体颗粒、积液的携带效果也有一定作用。因此螺旋流的携液也是目前研究的一个方向。与此同时螺旋流的相关技术应用也进入了人们日常生活领域，如螺旋流节能煤气灶等。螺旋流应用的关键在于其发生装置，目前来讲，产生方法多种多样。

目前已有很多研究者致力于发明起旋效果更好的螺旋流发生器。例如专利“涡旋发生器”(公开号CN 2869720Y)提供了一种涡旋发生器，包括圆钢管、圆钢和四块螺旋叶片。此装置可以产生一定程度的螺旋流并提高部分流体的输送效率，但是依然有一些没有解决的问题：该装置制作工艺简单，但是所产生的螺旋流强度不高，安全性、可靠性较差。其通过将四支很薄的叶片设置在内壁上，起旋器前后没有任何阻滞、整流措施，当有浆体流过时，流体甚至固体颗粒会对叶片造成很大的冲击，迁延日久就会造成起旋器损坏，甚至威胁整段管道安全；由附图还可发现，有一部分流体不与叶片接触，直接通过相邻起旋器叶片之间的空隙，会对已起旋的流体造成干扰，并且，在此之后没有采取任何强化措施，会显著降低旋流效果。另外，专利“一种螺旋流发生装置”(公开号CN208578807U)，专利采用整理叶片、启旋叶片、增强叶片以及轴相互组合的方式起旋，相对于前者来说，缓解了浆体对于起旋器的大规模冲击，而且螺旋流流型保持好。但是该发明也存在明显的缺陷：1、启旋叶片结构过于简单，流体流过后产生的螺旋流效果不好，因此启旋作用相当于全部由增强叶片承担。2、此装置需要外部能源加持，而且增强叶片采用传统的螺旋桨式动力旋叶，能耗依然较大。专利“一种螺旋流发生装置”(公开号CN102913516A)，该装置由起旋器主板、导流片和加固物构成，通过过流孔以及导流片相互组合的方式来达到起旋效果。该装置的优势在于制作简单，拆装方便，起旋效果明显。但是，当管内浆体流量较大时，管道中的浆体无法及时通过过流孔，会与起旋器平面发生碰撞，对起旋器产生冲击，并损耗流体部分能量，还有一定可能会在起旋器与管道形成的夹角出发生固态颗粒积聚。专利“一种圆锥式螺旋流发生器”(公开号CN102927443A)，该发生器由法兰、筒体和翅片三部分组成，其中，所述筒体下段为圆柱形筒体，上段为圆锥形型筒体，圆锥形筒体上设有过流孔与翅片。相对于之前几种发明，该装置优势显著，通过采用圆锥翅片式起旋，结构新颖，螺旋效果好，螺旋强度大，且整体易于安装，能耗低，且抗流体冲击能力强，可靠性好。但是仍有一些瑕疵，当流体流量较大时，起旋器仍然会对浆体产生一定程度的阻滞，消耗浆体自身能量，并有可能造成一定程度的水击现象。就目前来说，已经存在相当多的螺旋流发生装置，但是或多或少都有一些缺陷，例如抗冲击强度不高、能耗大以及螺旋流流型保持效果差、未对多相混合流体中的固体颗粒进行处理等问题。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：为了克服现有技术中之不足，本发明提供一种用于深海天然气水合物流化开采管道输送的螺旋流发生装置，在产生螺旋流时更加高效节能，注重起旋强度、旋流保持效果以及大幅降低流体与起旋器碰撞接触而造成的能量损失。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种用于深海天然气水合物流化开采管道输送的螺旋流发生装置，具有内径为D的筒体，所述的筒体内沿流体流动方向依次设有预起旋整流器、核心起旋器和继旋粉碎器。