專利名稱：紊流套及紊流管的制作方法
技術(shù)領域：
本實用新型涉及一種紊流套及紊流管，尤其涉及一種適用于棒材水冷裝置中的紊流套和紊流管。
背景技術(shù)：
棒材的水冷裝置是對于軋制后的高溫棒、線材進行強制冷卻和在線熱處理的設備，其原理是利用棒材熱軋后在奧氏體狀態(tài)下快速冷卻，棒材表面淬成馬氏體，隨后由其心部放出余熱進行自回火，提高棒、線材的強度和塑性，改善韌性，從而得到良好的綜合力學性能。棒材的水冷裝置主要包括預水冷裝置和穿水冷卻裝置，其中，預水冷裝置位于中 軋機組后、精軋機組前，穿水冷裝置位于精軋機組后，分段剪前。棒材的水冷裝置中的關鍵部件為水冷單元，水冷單元通常包括水冷噴嘴和連接在水冷噴嘴后的紊流管。軋件由水冷噴嘴進入紊流管內(nèi)進行冷卻時，因為冷卻水的熱容大，局部的冷卻水溫度升高時，很難在短時間內(nèi)將熱量傳遞給冷卻水的其他部分，冷卻水在紊流管內(nèi)的流動狀態(tài)將直接影響軋件與冷卻介質(zhì)的熱交換強度；另外，軋件離開水冷噴嘴進入紊流管冷卻后，在軋件表面會再一次形成渦核(隔熱保護蒸汽膜)，軋件表面的一層渦核處于負壓，緊緊包裹在軋件表面，導致接近軋件的冷卻水速度減小，而影響冷卻強度。紊流套是構(gòu)成紊流管的核心部件，紊流套的結(jié)構(gòu)決定了冷卻水在冷卻管內(nèi)的流動狀態(tài)；同時，為了強化冷卻，就要減少渦核厚度，紊流套的結(jié)構(gòu)是解決渦流厚度的關鍵。現(xiàn)有技術(shù)中的紊流套具有一沿軸向貫通的貫穿孔，該貫穿孔一端具有錐形收縮口，另一端具有錐形擴張口，在錐形收縮口和錐形擴張口之間形成喉部。多段紊流套串聯(lián)于冷卻導管內(nèi)形成紊流管，每段紊流套的錐形收縮口與相鄰的紊流套的錐形擴張口對接配合，多段紊流套的貫穿孔串聯(lián)而成內(nèi)徑呈周期性變化的貫通通道。冷卻水從紊流管中通過時，由于紊流管的變內(nèi)徑結(jié)構(gòu)特點，使冷卻水具有紊流狀態(tài)，冷卻水除沿軸向流動外，由于截面變化，造成壓力的變化，在軋材的垂直表面形成劇烈的攪動，冷卻水的各個質(zhì)點有更多的機會接觸或撞擊熱態(tài)線材的表面，沖擊其表面的蒸汽膜，并將其中的高溫質(zhì)點擠走，充分地進行熱交換，從而獲得良好冷卻效率。但是，目前用于棒材水冷中的紊流套通常其錐形收縮口與錐形擴張口之間的喉部極短，從而冷卻水流體從錐形收縮口直接進入錐形擴張口，流體紊流程度高，換熱系數(shù)鉸大，但是預水冷軋件由于規(guī)格較大，不希望太高的換熱系數(shù)，否則軋件沿斷面方向的溫度梯度太大，會影響軋件進入精軋機組的軋制，同時，這種結(jié)構(gòu)的紊流管水冷強度大，易產(chǎn)生馬氏體等不良組織。

實用新型內(nèi)容為了解決以上現(xiàn)有技術(shù)中紊流管所存在的由于喉部極短而導致的冷卻水紊流程度過高、換熱系數(shù)大、冷卻強度高、溫度梯度大的問題，本實用新型提供了一種紊流套及由該紊流套構(gòu)成的紊流管，其結(jié)構(gòu)簡單，冷卻效果好。[0007]本實用新型所提供的技術(shù)方案為一種紊流套，具有沿軸向貫通的貫穿孔，所述貫穿孔一端為錐形收縮口，另一端為錐形擴張口，所述錐形收縮口和所述錐形擴張口之間形成喉部，所述喉部為沿所述紊流套的軸向延伸的等徑喉管，所述等徑喉管的內(nèi)壁上具有至少一組泄壓孔，每組泄壓孔包括沿所述等徑喉管周向呈放射狀分布的多個通孔。進一步的，所述等徑喉管的內(nèi)壁上具有多組所述泄壓孔，且多組所述泄壓孔沿所述等徑喉管的軸向排布。進一步的，所述錐形收縮口的收縮角度為20° 23°，所述錐形擴張口的擴張角度為20° 23。。進一步的，所述錐形收縮口的收縮角度和所述錐形擴張口的擴張角度相同。進一步的，所述紊流套的兩端分別固連有用于將多段所述紊流套串聯(lián)時進行徑向定位以及軸向定位的定位法蘭，所述定位法蘭為圓盤式結(jié)構(gòu)，其端面上沿周向設有多個定位銷孔。 進一步的，所述定位法蘭的外周面上開設有沿所述定位法蘭的軸向貫通的多個溝槽。本實用新型還提供一種紊流管，包括冷卻導管；以及，串聯(lián)于所述冷卻導管內(nèi)的多段本實用新型的紊流套。本實用新型的有益效果為本實用新型的紊流套具有錐形收縮口、等徑喉管和錐形擴張口，多段該紊流套串聯(lián)于冷卻導管內(nèi)形成內(nèi)徑呈周期性變化的紊流管，紊流管的內(nèi)徑變化促進了冷卻水之間動能和熱量的交換，通過對錐形收縮口和錐形擴張口之間的喉部改進，將喉部的長度加長而形成一沿紊流套軸向延伸而具有一定長度的等徑喉管，增加了導向作用，等徑喉管內(nèi)壁上設置泄壓孔，具有泄壓能力，降低正壓的形成，能減輕軋件在高速穿過水冷時的阻力；同時，喉部加長形成具有一定長度的等徑喉管，冷卻水流體在從錐形收縮口進入等徑喉管后，可在等徑喉管內(nèi)形成弱紊態(tài)流動，降低了水壓波動，減少了冷卻水造成對軋件的沖擊；換熱系數(shù)和冷卻強度可以有效控制，沿斷面方向的溫度梯度分布小，容易控制冷卻溫度，從而可以實現(xiàn)輕穿水、低過冷、小溫差的冷卻工藝。

圖I表示本實用新型的紊流套的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2表示圖I中A-A向結(jié)構(gòu)示意圖；圖3表示本實用新型的紊流管的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施方式
以下結(jié)合附圖對本實用新型的原理和特征進行描述，所舉實例只用于解釋本實用新型，并非用于限定本實用新型的范圍。為了解決現(xiàn)有技術(shù)中，用于棒材穿水冷裝置、預水冷裝置中的紊流管通常所采用的紊流套在結(jié)構(gòu)上由于其喉部極短，而導致的冷卻水紊流程度過高、水壓波動大，換熱系數(shù)大、冷卻強度高、溫度梯度大的問題，本實用新型提供了一種用于紊流管中的紊流套，其具有結(jié)構(gòu)簡單、冷卻均勻、冷卻效果好等優(yōu)點。如圖I所示，本實用新型的紊流套I具有一軸向貫通的用于供冷卻水通過的貫穿孔，該貫穿孔的一端為錐形收縮口 11，另一端為錐形擴張口 12，在錐形收縮口 11與錐形擴張口 12之間形成喉部，本實用新型的紊流套I改進之處就在于，加長了喉部的長度，將喉部設計為一沿該紊流套I軸向延伸而具有一定長度的等徑喉管13，等徑喉管13的內(nèi)壁上設有多組泄壓孔14，每組泄壓孔14包括沿等徑喉管13周向設置的、呈放射狀分布的多個通孔140。本實用新型的紊流套I具有錐形收縮口 11、等徑喉管13和錐形擴張口 12，多段該紊流套I串聯(lián)于冷卻導管內(nèi)形成內(nèi)徑呈周期性變化的紊流管，紊流管的內(nèi)徑變化促進了冷卻水之間動能和熱量的交換，通過對錐形收縮口 11和錐形擴張口 12之間的喉部改進，將喉部的長度加長而形成一沿紊流套I軸向延伸而具有一定長度的等徑喉管13，增加了導向作用，并且其結(jié)構(gòu)上增加了泄壓孔，具有泄壓能力，降低了正壓的形成，能減輕軋件在高速穿過水冷時的阻力，同時，喉部加長形成具有一定長度的等徑喉管13，冷卻水流體在從錐形收縮口11進入等徑喉管13后，可在等徑喉管13內(nèi)作微穩(wěn)態(tài)流動，降低了水壓波動，減少了冷卻水造成對軋件的沖擊；換熱系數(shù)和冷卻強度也可以有效控制，沿斷面方向的溫度梯度分布小，容易控制冷卻溫度，從而可以實現(xiàn)輕穿水、低過冷、小溫差的冷卻工藝。本實施例中，等徑喉管13的長度優(yōu)選為軋件直徑為l(T20mm時，等徑喉管13長度為6(Tl00mm。當然，在實際應用中，等徑喉管13的長度可根據(jù)軋件的規(guī)格尺寸以及工藝要求進行合理調(diào)整，在此不再進行列舉。等級喉管的直徑是控制換熱系數(shù)和冷卻強度的關鍵。等徑喉管13直徑過大，則冷卻水流量大，冷卻不均勻，軋件會產(chǎn)生波浪彎；而等徑喉管13直徑過小，則軋件與管壁易發(fā)生摩擦，而對軋機產(chǎn)生阻力。本實施例中，優(yōu)選的，軋件直徑為IOmm時，等徑喉管13直徑優(yōu)選為20mm，既滿足要求的正壓力值，又避免軋件與管壁發(fā)生摩擦；軋件直徑為12 16mm時，等徑喉管13直徑優(yōu)選為30mm ;軋件直徑為18 22mm時，等徑喉管13直徑優(yōu)選為35mm ;軋件直徑為25 36時，等徑喉管13直徑優(yōu)選為60mm。當然，在實際應用中，等徑喉管13的直接刻根據(jù)軋件規(guī)格尺寸以及工藝要求進行合理調(diào)整，在此不再一一列舉。本實施例中，優(yōu)選的，如圖I和圖2所示，多組泄壓孔14沿等徑喉管13的軸向排布。本實用新型的紊流套I在等徑喉管13的內(nèi)壁上設置多組泄壓孔14，軋件經(jīng)過等徑喉管13時，冷卻水可通過泄壓孔14流出等徑喉管13，減少了冷卻水的壓力沖擊，降低了軋件在高速穿過水冷時的阻力，而加長等徑喉管13的長度，等徑喉管13上的泄壓孔14可獲得大的雷諾數(shù)，調(diào)節(jié)冷卻水壓力和流體的層流和紊流狀態(tài)，對等徑喉管13內(nèi)正壓區(qū)起到泄壓作用，進一步保證換熱均勻。當然可以理解的是，實際應用中，等徑喉管13內(nèi)壁上的泄壓孔14也可以僅設置一組，每組泄壓孔14中通孔140的數(shù)量和大小可根據(jù)實際需求進行調(diào)整。錐形收縮口 11的收縮角度α的大小直接影響紊流管中湍流的大小，進而影響冷卻強度。錐形收縮口 11的收縮角度α小,冷卻水速度分布均勻；錐形收縮口 11的收縮角度α大，流體速度分布不均，但是會增加紊流程度，熱交換強度高。而冷卻區(qū)的大小取決于錐形擴張口 12的擴張角度大小，錐形擴張口 12的擴張角度β大，則均勻區(qū)愈短，錐形擴張口 12冷卻水的軸向流速低；錐形擴張口 12的擴張角度β小，則均勻區(qū)愈長，錐形擴張口 12冷卻水的軸向流速高。因此，合適的錐形收縮口 11的收縮角度α既可以使流體速度均勻又可以達到一定的紊流程度，而合適的錐形擴張口 12擴張角度β既可以保證合理的冷卻區(qū)又可以得到理想的軸向流速。[0026]本實施例中，優(yōu)選的，錐形收縮口 11的收縮角度α與錐形擴張口 12的擴張角度β均為20° 23°。錐形收縮口 11的收縮角度α與錐形擴張口 12的擴張角度β均為20° ^23°時，水流產(chǎn)生的湍流適中，在總水量相同的情況下，流速均勻，冷卻效果會更好，同時,冷卻水對軋件的阻力也小。另外，紊流套I的錐形收縮口 11的收縮角度α與錐形擴張口 12的擴張角度β相等時，為對稱型紊流套I ;錐形收縮口 11的收縮角度α與錐形擴張口 12的擴張角度β不相等時，為非對稱型紊流套I。本實施例中，優(yōu)選的，本實用新型的紊流套I設計為對稱型結(jié)構(gòu)，即錐形收縮口 11的收縮角度α與錐形擴張口 12的擴張角度β相等，采用這種對稱型的紊流套I設計方案可加強軋件的冷卻均勻。此外，本實施例中，優(yōu)選的，如圖I和圖2所示，紊流套I的兩端分別固連有定位法蘭15，定位法蘭15為圓盤式結(jié)構(gòu)，其端面上沿周向設有多個定位銷孔150。當多段紊流套I進行串聯(lián)組裝于冷卻水管內(nèi)時，定位法蘭15的外圓與冷卻水管的內(nèi)壁接觸，而對該紊流套I進行徑向定位，每段紊流套I上的定位銷孔150與其相鄰的紊流套I上的定位銷孔150對 應連接一起，而對多段紊流套I進行軸向定位。此外，本實施例中，優(yōu)選的，在定位法蘭15的外周面上沿定位法蘭15軸向還開設有軸向貫通的多個溝槽151，在多段紊流套I串聯(lián)組成紊流管時，多個溝槽151與冷卻水管內(nèi)壁之間、以及多段紊流套I的外壁與冷卻水管內(nèi)壁之間可進行相互貫通，從而調(diào)節(jié)紊流套I內(nèi)的冷卻水。本實用新型還提供了一種紊流管，如圖3所示，其包括冷卻導管2和冷卻導管2內(nèi)的多段紊流套1，多段紊流套I依次串聯(lián)，其中，中間位置的每一紊流套I的錐形擴張口 12與串聯(lián)于其后的紊流套I的錐形收縮口 11對接匹配，從而將多段紊流套I的貫穿孔串聯(lián)形成一內(nèi)徑呈周期性變化的貫通通道；每段紊流套I通過其定位法蘭15端面上的定位銷孔150與其相鄰的紊流套I采用定位銷串接一起，并保證每段紊流套I的定位法蘭15上的溝槽151和與其相鄰的紊流套I定位法蘭15上的溝槽151對中；而紊流套I的定位法蘭15外周面與冷卻導管2的內(nèi)壁接觸而對紊流套I進行徑向定位，從而保證紊流套I的貫穿孔安裝精度；冷卻導管2兩端分別具有用于與水冷噴嘴連接的第一法蘭21以及用于與出口定位導管連接的第二法蘭22。本實用新型的紊流管在對軋機進行水冷處理時，其進口端與水冷噴嘴3連接固定，且在冷卻導管2的第一法蘭21與水冷噴嘴3的法蘭之間設有第一密封墊24 ;冷卻導管2的出口端通過第二法蘭22可以與出口定位導管4固定連接，在冷卻導管2的第二法蘭22與出口定位導管4法蘭之間設有第二密封墊25。如圖3所示，本實用新型的紊流管在對軋件機進行水冷時，冷卻水流體進入其中一段紊流套的錐形收縮口，經(jīng)錐形收縮口進入到等徑喉管內(nèi)時，由于等徑喉管內(nèi)徑最小，此處的流體速度最大，壓力最??；再進入錐形擴張口時，流體逐漸擴散，速度下降，引起壓力逐漸升高；然后再進入下一段紊流套的錐形收縮口，由于收縮壁面阻擋，一部分流體受到撞擊而向回流動，從而在兩段紊流套之間形成渦流，渦流的存在增加流體的紊流程度，有利于換熱。本實用新型的紊流管所采用的紊流套由于喉部加長形成一沿其軸向延伸的具有一定長度的等徑喉管，冷卻水在等徑喉管內(nèi)可以作弱紊流態(tài)流動，當遇到等徑喉管內(nèi)壁上的泄壓孔時，流體的斷面發(fā)生變化會產(chǎn)生局部紊流，流體會加速流動，而當流體再進入錐形擴張口時，會由層流和弱紊流狀態(tài)轉(zhuǎn)變成強紊流。當流體經(jīng)過一連串的紊流套時，除沿棒材軸向高速流動外，由于內(nèi)徑的周期性變化，造成壓力的周期性變化，而由于波動壓力的沖擊，冷卻水在棒材表面也有較劇烈的攪動，有利于軋件表面蒸汽膜破壞和氣泡分離，由于水流兩種狀態(tài)運動的結(jié)合，保證了流體具有較大的冷卻動能，保證了合適的換熱系數(shù)，控制了冷卻強度，同時，保證了冷卻均勻性，軋件運動方向與流體運動方向相同，而等徑喉管內(nèi)的流體為層流運動，使得冷卻水與軋件全面接觸，提高冷卻水利用率。由此可見，本實用新型的紊流管通過采用將喉部加長為等徑喉管的紊流套，加長了正壓區(qū)的長度，能減輕軋件在高速穿過水冷時的阻力，同時，紊流套的喉部加長形成具有一定長度的等徑喉管，等徑喉管內(nèi)壁上設置泄壓孔，冷卻水流體在從錐形收縮口進入等徑喉管后，可在等徑喉管內(nèi)作層流和弱紊流狀態(tài)運動，換熱系數(shù)和冷卻強度得到有效控制，沿斷面方向的溫度梯度分布小，容易控制冷卻溫度，從而可以實現(xiàn)輕穿水、低過冷、小溫差的冷卻工藝。另外，本實用新型的紊流管所采用的紊流套的錐形收縮口收縮角度α較小，從而均勻區(qū)較長,有利于熱交換。 以上所述是本實用新型的優(yōu)選實施方式，應當指出，對于本技術(shù)領域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本實用新型所述原理的前提下，還可以作出若干改進和潤飾，這些改進和潤飾也應視為本實用新型的保護范圍。
權(quán)利要求1.一種紊流套，具有沿軸向貫通的貫穿孔，所述貫穿孔一端為錐形收縮口，另一端為錐形擴張口，所述錐形收縮口和所述錐形擴張口之間形成喉部，其特征在于 所述喉部為沿所述紊流套的軸向延伸的等徑喉管，所述等徑喉管的內(nèi)壁上具有至少一組泄壓孔，每組泄壓孔包括沿所述等徑喉管周向呈放射狀分布的多個通孔。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的紊流套，其特征在于所述等徑喉管的內(nèi)壁上具有多組所述泄壓孔，且多組所述泄壓孔沿所述等徑喉管的軸向排布。
3.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的紊流套，其特征在于所述錐形收縮口的收縮角度為20° ^23°，所述錐形擴張口的擴張角度為20° 23°。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的紊流套，其特征在于所述錐形收縮口的收縮角度和所述錐形擴張口的擴張角度相同。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的紊流套，其特征在于所述紊流套的兩端分別固連有用于將多段所述紊流套串聯(lián)時進行徑向定位以及軸向定位的定位法蘭，所述定位法蘭為圓盤式結(jié)構(gòu)，其端面上沿周向設有多個定位銷孔。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的紊流套，其特征在于所述定位法蘭的外周面上開設有沿所述定位法蘭的軸向貫通的多個溝槽。
7.一種紊流管，包括 冷卻導管；以及， 串聯(lián)于所述冷卻導管內(nèi)的多段紊流套； 其特征在于 所述紊流套為如權(quán)利要求I至6任一項所述的紊流套。
專利摘要本實用新型提供了一種紊流套及紊流管，其中，所述紊流套具有沿軸向貫通的貫穿孔，貫穿孔一端為錐形收縮口，另一端為錐形擴張口，錐形收縮口和錐形擴張口之間形成喉部，該喉部為沿紊流套軸向延伸的等徑喉管，所述等徑喉管的內(nèi)壁上具有至少一組泄壓孔，每組泄壓孔包括沿所述等徑喉管周向呈放射狀分布的多個通孔。本實用新型的紊流套通過將喉部的長度加長而形成等徑喉管，增加了導向作用，等徑喉管內(nèi)壁設置泄壓孔，能減輕軋件在高速穿過水冷時的阻力，有利于軋件的運行穩(wěn)定，同時，冷卻水流體在從錐形收縮口進入等徑喉管后，可在等徑喉管內(nèi)形成層流和弱紊態(tài)流動，降低了水壓波動，減少了冷卻水造成對軋件的沖擊。
文檔編號B21B45/02GK202700988SQ20122037843
公開日2013年1月30日 申請日期2012年8月1日 優(yōu)先權(quán)日2012年8月1日
發(fā)明者梁鴻, 熊堅, 馬志勇, 童鎮(zhèn), 劉煒, 李新林, 孫長城, 王任全 申請人:北京京誠瑞信長材工程技術(shù)有限公司