一种适用于宽范围多流型的轴流式环状流转换装置

本发明涉及环状流转换，尤其涉及一种适用于宽范围多流型的轴流式环状流转换装置。

背景技术：

1、环状流转换是一种关键的流体处理技术，可用于改变流体在管道或容器中的流动模式。在许多工业领域，如化工、石油和能源等，环状流转换技术被广泛应用于增强传热、提高混合效果、改善反应器性能和提高多相流测量精度等方面。

2、环状流是一种速度分布与相分布轴对称的多相流流动形态，除了自然形成的环状流外，其主要出现在基于离心方法的两相流分离器中。离心分离法的主要原理为混合液经过旋流设备发生高速旋转，形成周向速度，进而产生离心力。由于两相存在密度差异，在离心力的作用下，密度大的重相被甩向管壁聚集在环形区域，密度小的轻相则聚集在管道中心，从而形成环状流动。最后轻相和重相分别从不同出口引出，实现两相分离。目前的旋流分离器主要有切向入口旋流分离器和轴向入口旋流分离器两类。切向入口水力旋流分离器利用流体切向流入的方式进行环状流转换，具有结构形式简单、不受流体粘度影响、可靠性高等优点，是目前使用最为广泛的离心式分离器。但存在气芯的稳定性差、压降大、湍流度高、分离效率偏低等问题。不同于切向入口式离心分离器，轴向入口离心分离器利用旋流器叶片产生周向速度进行环状流转换，具有湍流度低、压降小、能耗小等优点。

3、然而目前的轴流式环状流转换多为单一旋流器，存在动力不足的问题，虽然也存在结合多级旋流器的分离器，但基本都针对单一、稳定流型而设计，无法满足多样化和复杂的两相流流型入口需求，缺乏可在宽范围和多种流型下，特别是不稳定流型下进行多级并高效运行的轴流式环状流转换装置。

4、因此，本领域的技术人员致力于开发一种适用于宽范围多流型具有多级处理与多元叶片结构的轴流式环状流转换装置，以实现流体环状流流动的优化和控制。

技术实现思路

1、有鉴于现有技术的上述缺陷，本发明所要解决的技术问题是：

2、(1)现有环状流转换装置结构较为简单，往往采用单级处理，缺乏足够的动力，只能适应特定的流程要求，无法满足多样化和复杂的两相流流型入口需求。且旋流器叶片结构具有局限性，形式单一，型线大多为直线型，限制其效率。因此，存在流体在管截面分布不均，转换不稳定、效率低以及对不稳定流动的适应性差等问题。

3、(2)现有的固定式旋流器主要靠流体轴向流入旋流器旋转流道进而产生旋转动力，存在动力不足的问题。

4、(3)单级处理通常是针对特定的流动条件进行优化，无法适应不同的流型进口要求，只能实现有限的环状流转换效果。

5、(4)由于旋流器进口常出现两相流体截面分布不均匀问题，导致流体在流经旋流器旋转流道时，在流道内也存在管截面分布不均的问题，影响环状流转换效果。

6、为实现上述目的，本发明提供了一种适用于宽范围多流型的轴流式环状流转换装置，包括入口管、动力旋转管、出口管、动力源、多级旋流器，所述入口管、动力旋转管、出口管依次连接，所述动力旋转管与所述入口管和出口管的连接处分别设置有密封装置，所述动力源被配置为驱动所述动力旋转管相对于所述入口管和出口管旋转，所述动力源包括电机和传动装置，所述电机通过所述传动装置连接所述动力旋转管，所述多级旋流器同轴设置在所述动力旋转管内，所述多级旋流器中的每级均采用叶片式旋流器，所述叶片式旋流器包括多个旋流叶片，所述多个旋流叶片的出口段具有小翼，叶片高度与所述动力旋转管的内径一致。

7、进一步地，还包括孔板，所述孔板同轴设置在所述入口管的前端内。

8、进一步地，所述多个旋流叶片中的每个上均进行开孔设置。

9、进一步地，所述叶片式旋流器还包括中心柱，所述多个旋流叶片设置在所述中心柱上。

10、进一步地，所述叶片式旋流器多级旋流器均为空心。

11、进一步地，所述叶片式旋流器从上游至下游中心部分逐渐过渡为空心。

12、进一步地，所述多个旋流叶片的上游均进行开孔设置。

13、进一步地，所述多个旋流叶片中的每个上的开孔设置为轴向渐进孔隙率，具体表现为上游前段孔隙率随着沿轴向由上游方向向下游孔隙率逐渐减小。

14、进一步地，所述多个旋流叶片中的每个上的开孔设置为径向渐进孔隙率，具体表现为沿径向由中心向外环孔隙率逐渐减小的形式。

15、进一步地，所述动力旋转管包括多级动力旋转管，所述多级旋流器数量为多个，每级动力旋转管内分别同轴设置一个多级旋流器，所述动力源包括多个电机和多个传动装置，每个电机通过相应的传动装置连接相应级动力旋转管，分别单独驱动相应级动力旋转管旋转，使得每级动力旋转管能够以不同的转速旋转。

16、与现有技术相比，本发明主要具有以下优点：

17、(1)通过增加动力源、多级处理、多元化的叶片结构来实现环状流转换的高效控制和优化。包括将叶尖小翼形式应用到旋流器的叶片上，可以改变流体流经叶片末端时的流线，控制流动方向，调节叶片末端的压力差，并减少流体的阻力损失，起到增升减阻的作用。

18、(2)通过动力旋转管外加装电机，电机提供动力，使得动力旋转管高速旋转，并带动旋流器高速旋转，从而产生更大的离心力，有效改善环状流转换效果。

19、(3)入口处加装孔板，使流体进入旋流器分离之前起到一个预均匀的作用，再通过连续排列的多级旋流器对进口流型进行环状流转换，每个旋流器都起到进一步稳定旋流的作用，从而增强旋流效果，提高环状流转换的稳定性。

20、(4)通过在叶片上开孔，可以促进进口截面分布不均的两相流体在旋流器出口前的旋转流道内逐渐分布均匀，从而稳定旋流，进一步提高装置环状流转换的范围和能力。

21、以下将结合附图对本发明的构思、具体结构及产生的技术效果作进一步说明，以充分地了解本发明的目的、特征和效果。

技术特征：

1.一种适用于宽范围多流型的轴流式环状流转换装置，其特征在于，包括入口管、动力旋转管、出口管、动力源、多级旋流器，所述入口管、动力旋转管、出口管依次连接，所述动力旋转管与所述入口管和出口管的连接处分别设置有密封装置，所述动力源被配置为驱动所述动力旋转管相对于所述入口管和出口管旋转，所述动力源包括电机和传动装置，所述电机通过所述传动装置连接所述动力旋转管，所述多级旋流器同轴设置在所述动力旋转管内，所述多级旋流器中的每级均采用叶片式旋流器，所述叶片式旋流器包括多个旋流叶片，所述多个旋流叶片的出口段具有小翼，叶片高度与所述动力旋转管的内径一致。

2.如权利要求1所述的适用于宽范围多流型的轴流式环状流转换装置，其特征在于，还包括孔板，所述孔板同轴设置在所述入口管的前端内。

3.如权利要求1所述的适用于宽范围多流型的轴流式环状流转换装置，其特征在于，所述多个旋流叶片中的每个上均进行开孔设置。

4.如权利要求1所述的适用于宽范围多流型的轴流式环状流转换装置，其特征在于，所述叶片式旋流器还包括中心柱，所述多个旋流叶片设置在所述中心柱上。

5.如权利要求1所述的适用于宽范围多流型的轴流式环状流转换装置，其特征在于，所述叶片式旋流器均为空心。

6.如权利要求1所述的适用于宽范围多流型的轴流式环状流转换装置，其特征在于，所述叶片式旋流器从上游至下游中心部分逐渐过渡为空心。

7.如权利要求4所述的适用于宽范围多流型的轴流式环状流转换装置，其特征在于，所述多个旋流叶片的上游均进行开孔设置。

8.如权利要求3所述的适用于宽范围多流型的轴流式环状流转换装置，其特征在于，所述多个旋流叶片中的每个上的开孔设置为轴向渐进孔隙率，具体表现为沿轴向由上游向下游孔隙率逐渐减小。

9.如权利要求3所述的适用于宽范围多流型的轴流式环状流转换装置，其特征在于，所述多个旋流叶片中的每个上的开孔设置为径向渐进孔隙率，具体表现为沿径向由中心向外环孔隙率逐渐减小。

10.如权利要求1所述的适用于宽范围多流型的轴流式环状流转换装置，其特征在于，所述动力旋转管包括多级动力旋转管，所述多级旋流器数量为多个，每级动力旋转管内分别同轴设置一个多级旋流器，所述动力源包括多个电机和多个传动装置，每个电机通过相应的传动装置连接相应级动力旋转管，分别单独驱动相应级动力旋转管旋转，使得每级动力旋转管能够以不同的转速旋转。

技术总结本发明公开了一种适用于宽范围多流型的轴流式环状流转换装置，包括入口管、动力旋转管、出口管、动力源、多级旋流器，所述入口管、动力旋转管、出口管依次连接，所述动力旋转管与所述入口管和出口管的连接处分别设置有密封装置，所述动力源被配置为驱动所述动力旋转管相对于所述入口管和出口管旋转，所述多级旋流器同轴设置在所述动力旋转管内，所述多级旋流器中的每级均采用叶片式旋流器，所述叶片式旋流器包括多个旋流叶片，所述多个旋流叶片的出口段具有小翼，叶片高度与所述动力旋转管的内径一致。本发明相比传统环状流转换装置，其结构紧凑，环状流转换范围大，效率高。技术研发人员：杨杨,唐雨,杨斌,张超受保护的技术使用者：上海理工大学技术研发日：技术公布日：2024/6/18