渦流管的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種渦流管，包括渦流管本體(1)，所述渦流管本體(1)包括設(shè)有進(jìn)氣通道(2.1)的進(jìn)氣管(2)、設(shè)有冷氣流通道(3.1)的冷端管(3)和設(shè)有熱氣流通道(4.1)的熱端管(4)，所述冷氣流通道(3.1)的擴(kuò)張段的內(nèi)壁上設(shè)有若干個(gè)通孔(3.2)，所述渦流管本體(1)還包括回流管，所述回流管的一端與熱端管(4)的熱氣流通道(4.1)連通，另一端通過所述通孔(3.2)與冷端管(3)的冷氣流通道(3.1)連通。該渦流管能有效減少和防止冷端管凍堵、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、節(jié)省能源。
【專利說明】渦流管

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種渦流管，具體涉及一種多孔壁、防凍堵的渦流管。

【背景技術(shù)】
[0002] 渦流管是一種能夠同時(shí)產(chǎn)生冷熱氣流的新型能量分離裝置。它主要利用氣流高速 旋轉(zhuǎn)時(shí)產(chǎn)生的渦流效應(yīng)進(jìn)行工作。渦流管的工作原理是：氣體由進(jìn)口切向進(jìn)入渦流管膨脹 且進(jìn)行高速旋轉(zhuǎn)，由于外層氣體的角速度較低，在氣體剪切力的作用下，使內(nèi)層的氣體與外 層氣體的角速度趨于一致，導(dǎo)致內(nèi)層氣體的動(dòng)能降低從而總溫下降而外層氣體的動(dòng)能升高 從而總溫上升，表現(xiàn)為外層氣體通過摩擦從內(nèi)層氣體中獲得了能量。
[0003] 現(xiàn)有技術(shù)的渦流管一般包括噴嘴、渦流室、分離孔板和冷熱兩端管。工作時(shí)壓縮氣 體在噴嘴內(nèi)膨脹，然后以很高的速度沿切線方向進(jìn)入渦流室。氣流在渦流室內(nèi)高速旋轉(zhuǎn)，經(jīng) 渦流變換后分離成總溫不相等的兩部分氣流，在分離孔板作用下其中的高溫氣流從熱端管 流出、低溫氣流從冷端管流出。
[0004] 渦流管的熱端出口一般設(shè)有閥門或塞子等結(jié)構(gòu)，來調(diào)節(jié)熱端管氣體的流量和冷端 管的氣體溫度的高低，從而得到滿意的冷氣參數(shù)一輸入的壓縮空氣和產(chǎn)出的冷氣比。
[0005] 由于天然氣井口的氣體中水蒸氣含量較高?，F(xiàn)有技術(shù)從井口到下游輸運(yùn)管的傳統(tǒng) 輸運(yùn)中常采用渦流管技術(shù)。將井口的高壓氣體直接通入渦流管的進(jìn)口，在渦流管內(nèi)形成內(nèi) 層和外層這兩股流動(dòng)方向相反的氣體。其中內(nèi)層氣體的溫度較低、含濕量也相對(duì)較低，而外 層氣體的溫度較高、含濕量也相對(duì)較高。所述兩股氣體分別從渦流管的冷、熱兩端管流出。 冷端管的氣體流出后要經(jīng)過空氣換熱器，在吸收熱量升高溫度后，再在下游與熱端管流出 的氣體混合一起進(jìn)入輸運(yùn)管道。實(shí)現(xiàn)了對(duì)高壓天然氣井口氣體的降壓輸送的目的。
[0006] 在以上降壓輸送中，渦流管的內(nèi)層低溫區(qū)的水蒸氣的相對(duì)濕度也仍然比較大，易 形成飽和蒸汽甚至形成液滴形式的液態(tài)水。在強(qiáng)旋流的離心力作用下，液滴會(huì)被甩向渦流 管的外層然后與高溫的氣體混合，汽化成水蒸氣然后從熱端管流出進(jìn)入下游管路。而若是 渦流管的工作條件是要求渦流管在一個(gè)較高的冷流率下工作時(shí)，從冷端流出的氣體除了內(nèi) 層的含濕量較低的氣體外還將有一部分來自外層含濕量較高的氣體，其中可能會(huì)有液滴的 存在，而這部分液態(tài)水會(huì)在冷端管的冷氣流通道的擴(kuò)張段的內(nèi)壁上結(jié)冰產(chǎn)生凍堵，對(duì)渦流 管的正常工作產(chǎn)生不良影響甚至引發(fā)安全隱患。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是，提供一種能有效減少和防止冷端管凍堵、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、 節(jié)省能源的渦流管。
[0008] 本發(fā)明的技術(shù)解決方案是，提供一種具有以下結(jié)構(gòu)的渦流管，包括渦流管本體，所 述渦流管本體包括設(shè)有進(jìn)氣通道的進(jìn)氣管、設(shè)有冷氣流通道的冷端管和設(shè)有熱氣流通道的 熱端管，所述冷氣流通道的擴(kuò)張段的內(nèi)壁上設(shè)有若干個(gè)通孔，所述渦流管本體還包括回流 管，所述回流管的一端與熱端管的熱氣流通道連通，另一端通過所述通孔與冷端管的冷氣 流通道連通。
[0009] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的渦流管具有以下優(yōu)點(diǎn)。本發(fā)明的渦流管通過回流管將 熱端管的部分熱流引向冷端管，經(jīng)冷端管的上的若干個(gè)通孔進(jìn)入冷氣流通道的擴(kuò)張段，在 引入的部分熱流的作用下，冷端管的擴(kuò)張段處的冷流與熱流混合后溫度升高，不容易在冷 端管的擴(kuò)張段內(nèi)結(jié)冰，從而有效減少和防止了冷端管的凍堵。而且與通過加熱器等對(duì)冷端 管進(jìn)行加熱等方式相比，本發(fā)明通過熱流回引的方式結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、也節(jié)省了能源。
[0010] 作為本發(fā)明的一種改進(jìn)，所述熱端管的進(jìn)氣端穿過進(jìn)氣管的內(nèi)腔與冷端管連接， 所述進(jìn)氣管上設(shè)有與進(jìn)氣管的內(nèi)腔連通的進(jìn)氣口，所述進(jìn)氣口、進(jìn)氣管的內(nèi)腔和熱端管的 外壁三者形成進(jìn)氣通道。高壓氣體從進(jìn)氣口經(jīng)進(jìn)氣管的內(nèi)腔與熱端管的外壁之間的通道進(jìn) 入渦流管的渦流室。
[0011] 作為本發(fā)明的另一種改進(jìn)，所述熱端管的內(nèi)腔形成為所述的熱氣流通道，所述熱 氣流通道的內(nèi)壁面上設(shè)有隔熱材料。減少熱氣流通道內(nèi)的熱量損失，可使渦流管的各項(xiàng)技 術(shù)參數(shù)更準(zhǔn)確。
[0012] 作為本發(fā)明的還有一種改進(jìn)，形成進(jìn)氣通道的熱端管的外壁面上設(shè)有隔熱材料。 更好地減少熱氣流通道內(nèi)的氣體與進(jìn)氣通道內(nèi)的氣體之間的熱交換。
[0013] 作為本發(fā)明的一種優(yōu)選，所述熱端管的進(jìn)氣端的端面上設(shè)有若干個(gè)沿周向均勻布 置的斜槽狀的噴嘴，所述熱端管的進(jìn)氣端與冷端管的連接處設(shè)有渦流室，所述噴嘴與渦流 室連通，所述渦流室與冷氣流通道、渦流室與熱氣流通道均連通。。高壓氣體從斜槽狀的噴 嘴進(jìn)入渦流室過程中就已經(jīng)形成漩渦，減少了能量的損失。
[0014] 作為本發(fā)明的還有一種改進(jìn)，所述冷端管還包括連接管體、多孔壁管和冷端出口 管，所述擴(kuò)張段設(shè)在多孔壁管內(nèi)，所述通孔設(shè)在多孔壁管的擴(kuò)張段上，所述多孔壁管設(shè)于連 接管體內(nèi)，所述多孔壁管的內(nèi)腔的進(jìn)口與渦流室連通，所述多孔壁管的內(nèi)腔的出口與所述 冷端出口管連通，所述多孔壁管的內(nèi)腔與冷端出口管的內(nèi)腔形成所述的冷氣流通道。方便 加工和安裝。
[0015] 作為本發(fā)明的還有一種改進(jìn)，所述連接管體兩端分別設(shè)有第一連接塊和第二連接 塊，所述冷端出口管連接有第一法蘭，所述冷端出口管經(jīng)第一法蘭與第二連接塊連接。方便 各部件之間的連接，連接更牢固；方便冷端管整體的安裝。
[0016] 作為本發(fā)明的另一種優(yōu)選，所述進(jìn)氣管連接有第二法蘭，所述第二法蘭與第一連 接塊連接。方便進(jìn)氣管及熱端管的連接和安裝。
[0017] 作為本發(fā)明的一種優(yōu)選，所述通孔的直徑為0. 5?3mm。方便熱流進(jìn)入冷氣流通 道，減少和防止凍堵。同時(shí)由于通孔的直徑較小，能起到對(duì)冷氣流通道均勻加熱的作用。
[0018] 作為本發(fā)明的還有一種改進(jìn)，所述回流管包括與熱端管一體連接的熱端回流管和 與冷端管一體連接的冷端回流管，所述熱端回流管與冷端回流管之間連接有軟管和控制 閥。將回流管分為熱端回流管與冷端回流管，可降低回流管的加工難度。通過控制閥可以 控制流入冷端管內(nèi)的熱流的流量和壓力等參數(shù)，從而使本發(fā)明的渦流管的各項(xiàng)技術(shù)參數(shù)更 準(zhǔn)確。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0019] 圖1所示是本發(fā)明的渦流管一種具體實(shí)施例。
[0020] 圖2所示是圖1中的多孔壁管的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0021] 圖3所示是圖1中的熱端管端部的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0022] 圖4所示是本發(fā)明的渦流管的立體結(jié)構(gòu)示意圖。
[0023] 圖中所示：1、渦流管本體，2、進(jìn)氣管，2. 1、進(jìn)氣通道，2. 2、進(jìn)氣口，2. 3、內(nèi)腔，3、冷 端管，3. 1、冷氣流通道，3. 2、通孔，3. 3、連接管體，3. 4、多孔壁管，3. 5、第一連接塊，3. 6、第 二連接塊，3. 7、第一法蘭，3. 8、冷端出口管，4、熱端管，4. 1、熱氣流通道，4. 2、噴嘴，4. 3、渦 流室，5、冷端回流管，6、熱端回流管，7、第二法蘭。

【具體實(shí)施方式】
[0024] 下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說明。
[0025] 如圖1和圖4所示為本發(fā)明的渦流管的一種具體實(shí)施例。在該實(shí)施例中，本發(fā)明 的渦流管包括渦流管本體1，所述渦流管本體1包括設(shè)有進(jìn)氣通道2. 1的進(jìn)氣管2、設(shè)有冷 氣流通道3. 1的冷端管3和設(shè)有熱氣流通道4. 1的熱端管4,所述冷氣流通道3. 1的擴(kuò)張段 的內(nèi)壁上設(shè)有若干個(gè)通孔3. 2,所述渦流管本體1還包括回流管，所述回流管的一端與熱端 管4的熱氣流通道4. 1連通，另一端通過所述通孔3. 2與冷端管3的冷氣流通道3. 1連通。 所述進(jìn)氣口 2. 2可以圓孔或橢圓孔。
[0026] 在本實(shí)施例中，所述進(jìn)氣口 2. 2為與進(jìn)氣管2的軸向方向垂直的圓孔，所述圓孔的 直徑為5?15mm，優(yōu)選為10mm。
[0027] 在本實(shí)施例中，所述回流管包括與熱端管4 一體連接的熱端回流管6和與冷端管 3 -體連接的冷端回流管5。
[0028] 在一個(gè)未示出的實(shí)施例中，所述熱端回流管6與冷端回流管5之間連接有軟管和 控制閥。
[0029] 在本實(shí)施例中，所述熱端管4的進(jìn)氣端穿過進(jìn)氣管2的內(nèi)腔2. 3與冷端管3連接， 所述進(jìn)氣管2上設(shè)有與進(jìn)氣管2的內(nèi)腔2. 3連通的進(jìn)氣口 2. 2,所述進(jìn)氣口 2. 2、進(jìn)氣管2 的內(nèi)腔2. 3和熱端管4的外壁三者形成進(jìn)氣通道2. 1。
[0030] 在另一個(gè)未示出的實(shí)施例中，所述熱端管4的內(nèi)腔形成為所述的熱氣流通道4. 1， 所述熱氣流通道4. 1的內(nèi)壁面上設(shè)有隔熱材料。
[0031] 在還有一個(gè)未示出的實(shí)施例中，形成進(jìn)氣通道2. 1的熱端管4的外壁面上設(shè)有隔 熱材料。
[0032] 所述的隔熱材料為隔熱漆。隔熱漆通過噴焊、涂刷等方式設(shè)在熱端管4的內(nèi)壁面 和外壁面。所述隔熱漆的厚度為0. 1?1. 5mm。
[0033] 如圖3所示，所述熱端管4的進(jìn)氣端的端面上設(shè)有若干個(gè)沿周向均勻布置的斜槽 狀的噴嘴4. 2,所述熱端管4的進(jìn)氣端與冷端管3的連接處設(shè)有渦流室4. 3,所述噴嘴4. 2 與渦流室4. 3連通，所述渦流室4. 3與冷氣流通道3. 1、渦流室4. 3與熱氣流通道4. 1均連 通。
[0034] 如圖1所示，所述冷端管3還包括連接管體3. 3、多孔壁管3. 4和冷端出口管3. 8， 所述擴(kuò)張段設(shè)在多孔壁管3. 4內(nèi)，所述通孔3. 2設(shè)在多孔壁管3. 4的擴(kuò)張段上，所述多孔壁 管3. 4設(shè)于連接管體3. 3內(nèi)，所述多孔壁管3. 4的內(nèi)腔的進(jìn)口與渦流室4. 3連通，所述多孔 壁管3. 4的內(nèi)腔的出口與所述冷端出口管3. 8連通，所述多孔壁管3. 4的內(nèi)腔與冷端出口 管3. 8的內(nèi)腔形成所述的冷氣流通道3. 1。
[0035] 所述連接管體3. 3兩端分別設(shè)有第一連接塊3. 5和第二連接塊3. 6,所述冷端出口 管3. 8連接有第一法蘭3. 7,所述冷端出口管3. 8經(jīng)第一法蘭3. 7與第二連接塊3. 6連接。
[0036] 所述進(jìn)氣管2連接有第二法蘭7,所述第二法蘭7與第一連接塊3. 5連接。
[0037] 如圖2所示，所述通孔3. 2的直徑為0· 5?3mm，優(yōu)選為1mm。所述若干個(gè)通孔3. 2 沿?cái)U(kuò)張段內(nèi)壁即沿多孔壁管3. 4周面均勻分布，所述連接管體3. 3與多孔壁管3. 4的外壁 面之間留有與冷端回流管5連通的環(huán)形腔，熱流從冷端回流管5進(jìn)入環(huán)形腔后從若干個(gè)通 孔3. 2進(jìn)入冷氣流通道3. 1，起到對(duì)冷氣流通道3. 1的擴(kuò)張段的冷氣均勻加熱從而減少凍堵 和防止再次凍堵的作用，減少凍堵的時(shí)間更迅速，效果更好。
[0038] 根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例制作了一個(gè)渦流管。該渦流管的連接管體3. 3、多孔壁管 3. 4、第一連接塊3. 5、第二連接塊3. 6均采用無色透明的有機(jī)玻璃作為材料，以方便觀察渦 流室和多孔壁管3. 4內(nèi)的凍堵情況。所述熱端回流管6與冷端回流管5之間通過軟管與閥 門連接。
[0039] 進(jìn)氣口 2. 2、冷端出口管3. 8的出口和熱端管4的出口這三個(gè)端口均與測(cè)量?jī)x器連 通。通過測(cè)量?jī)x器對(duì)這三個(gè)端口的氣體的溫度、壓力、流量進(jìn)行即時(shí)的測(cè)量和記錄。
[0040] 在本次測(cè)量中，測(cè)得進(jìn)氣口 2. 2處的氣源溫度為12. 5°C，進(jìn)氣壓力為0.3? 0.6MPa。關(guān)閉熱端回流管6與冷端回流管5之間的閥門，阻斷熱氣流的回流。通過調(diào)節(jié)熱 端管4上的熱端出口上的閥門，對(duì)冷、熱兩端管的流量分配進(jìn)行調(diào)節(jié)。觀測(cè)發(fā)現(xiàn)，當(dāng)冷流率 在40%?60%范圍內(nèi)時(shí)，多孔壁管3. 4內(nèi)均出現(xiàn)結(jié)霜現(xiàn)象。固態(tài)水在多孔壁管3. 4出現(xiàn)， 逐漸增多加厚以至堵塞冷氣流通道3. 1，影響冷端出口管3. 8的出口和熱端管4的出口的 流量。穩(wěn)定后測(cè)得冷端出口管3. 8的出口處的溫度為-9. 0°C、熱端管4的出口處的溫度為 22. rc。
[0041] 然后，打開熱端回流管6與冷端回流管5之間的閥門。熱端管4內(nèi)的熱氣流經(jīng)多 孔壁管3. 4上的多個(gè)1mm的通孔3. 2進(jìn)入多孔壁管3. 4的擴(kuò)張段內(nèi)腔。此時(shí)觀測(cè)到多孔 壁管3. 4內(nèi)的結(jié)霜迅速減少，至15s之后完全消失。連續(xù)觀察10分鐘，多孔壁管3. 4內(nèi)的 結(jié)霜消除后并沒有再出現(xiàn)結(jié)霜凍堵的現(xiàn)象。穩(wěn)定后測(cè)得冷端出口管3. 8的出口處的溫度 為-3. 8°C、熱端管4的出口處的溫度為22. 7°C，滿足氣體安全輸運(yùn)的要求。也就是說本發(fā) 明的渦流管在使用時(shí)不僅能減少冷端擴(kuò)張段的凍堵而且能防止冷端擴(kuò)張段再次結(jié)霜。
[0042] 雖然已經(jīng)結(jié)合具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了描述，然而可以理解，在不脫離本發(fā)明 的范圍的情況下，可以對(duì)其進(jìn)行各種改進(jìn)或替換。尤其是，只要不存在結(jié)構(gòu)上的沖突，各實(shí) 施例中的特征均可相互結(jié)合起來，所形成的組合式特征仍屬于本發(fā)明的范圍內(nèi)。本發(fā)明并 不局限于文中公開的特定實(shí)施例，而是包括落入權(quán)利要求的范圍內(nèi)的所有技術(shù)方案。
【權(quán)利要求】
1. 一種渦流管，包括渦流管本體（1)，所述渦流管本體（1)包括設(shè)有進(jìn)氣通道（2. 1)的 進(jìn)氣管（2)、設(shè)有冷氣流通道（3. 1)的冷端管（3)和設(shè)有熱氣流通道（4. 1)的熱端管（4)， 其特征在于，所述冷氣流通道（3. 1)的擴(kuò)張段的內(nèi)壁上設(shè)有若干個(gè)通孔（3. 2)，所述渦流管 本體⑴還包括回流管，所述回流管的一端與熱端管⑷的熱氣流通道（4. 1)連通，另一端 通過所述通孔（3. 2)與冷端管（3)的冷氣流通道（3. 1)連通。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的渦流管，其特征在于，所述熱端管（4)的進(jìn)氣端穿過進(jìn)氣管 (2)的內(nèi)腔（2. 3)與冷端管（3)連接，所述進(jìn)氣管（2)上設(shè)有與進(jìn)氣管（2)的內(nèi)腔（2. 3)連 通的進(jìn)氣口（2. 2)，所述進(jìn)氣口（2. 2)、進(jìn)氣管（2)的內(nèi)腔（2. 3)和熱端管（4)的外壁三者 形成進(jìn)氣通道（2. 1)。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的渦流管，其特征在于，所述熱端管（4)的內(nèi)腔形成為所述的熱 氣流通道（4. 1)，所述熱氣流通道（4. 1)的內(nèi)壁面上設(shè)有隔熱材料。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的渦流管，其特征在于，形成進(jìn)氣通道（2. 1)的熱端管（4)的外 壁面上設(shè)有隔熱材料。
5. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的渦流管，其特征在于，所述熱端管（4)的進(jìn)氣端的端面上設(shè)有 若干個(gè)沿周向均勻布置的斜槽狀的噴嘴（4. 2)，所述熱端管（4)的進(jìn)氣端與冷端管（3)的連 接處設(shè)有渦流室（4. 3)，所述噴嘴（4. 2)與渦流室（4. 3)連通，所述渦流室（4. 3)與冷氣流 通道（3. 1)、渦流室（4. 3)與熱氣流通道（4. 1)均連通。
6. 根據(jù)權(quán)利要求5中任一項(xiàng)所述的渦流管，其特征在于，所述冷端管（3)還包括連接管 體（3. 3)、多孔壁管（3. 4)和冷端出口管（3. 8)，所述擴(kuò)張段設(shè)在多孔壁管（3. 4)內(nèi)，所述通 孔（3. 2)設(shè)在多孔壁管（3. 4)的擴(kuò)張段上，所述多孔壁管（3. 4)設(shè)于連接管體（3. 3)內(nèi)，所 述多孔壁管（3.4)的內(nèi)腔的進(jìn)口與渦流室（4.3)連通，所述多孔壁管（3.4)的內(nèi)腔的出口 與所述冷端出口管（3.8)連通，所述多孔壁管（3.4)的內(nèi)腔與冷端出口管（3.8)的內(nèi)腔形 成所述的冷氣流通道（3.1)。
7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的渦流管，其特征在于，所述連接管體（3. 3)兩端分別設(shè)有第一 連接塊（3. 5)和第二連接塊（3. 6)，所述冷端出口管（3. 8)連接有第一法蘭（3. 7)，所述冷 端出口管（3. 8)經(jīng)第一法蘭（3. 7)與第二連接塊（3. 6)連接。
8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的渦流管，其特征在于，所述進(jìn)氣管（2)連接有第二法蘭（7)， 所述第二法蘭（7)與第一連接塊（3. 5)連接。
9. 根據(jù)權(quán)利要求1?8中任一項(xiàng)所述的渦流管，其特征在于，所述通孔（3. 2)的直徑為 0· 5 ?3mm〇
10. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的渦流管，其特征在于，所述回流管包括與熱端管（4) 一體連 接的熱端回流管（6)和與冷端管（3) -體連接的冷端回流管（5)，所述熱端回流管（6)與冷 端回流管（5)之間連接有軟管和控制閥。
【文檔編號(hào)】F25B9/04GK104121716SQ201310151679
【公開日】2014年10月29日 申請(qǐng)日期:2013年4月27日 優(yōu)先權(quán)日:2013年4月27日
【發(fā)明者】李偉, 額日其太, 黃輝, 粟科華, 段然, 李克新, 孫潔 申請(qǐng)人:中國(guó)石油化工股份有限公司, 中國(guó)石油化工股份有限公司石油勘探開發(fā)研究院