CN119934327A - 用于流体管道系统的组合式流动调整器及流体管道系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于流体管道系统的组合式流动调整器及流体管道系统，所述组合式流动调整器包括三级整流段和两段整流腔，所述第一级整流段为V型导流锥、导流叶片、空心变径筒的嵌套组合，且变径筒侧壁上设有多个沿管道中心阵列分布、具有不同直径的导流孔。所述第二级整流段为栅格孔板与流线型叶片交替排列的组合结构，并采用与前一个叶片组角度不同的叶片组交错布置。所述第三级整流段为六边形整直孔道。所述第一整流腔为先扩后缩式结构，且扩张段和收缩段长度一致，进出口直径一致。本发明通过优化流道结构和调整流动方向，旨在改善流体在弯管、阀门等扰动流件后的流动特性，减少不均匀流动，从而提高管道系统的性能和能效。

Description

用于流体管道系统的组合式流动调整器及流体管道系统

技术领域

本申请涉及流体管道技术领域，尤其涉及一种用于优化流体管道系统流动技术的组合式流动调整器。

背景技术

在流体流量管道系统中，弯管、阀门、变型管道等扰流部件常对管内流动的稳定性都会产生显著影响，难以满足扰流部件近距离稳定准确流量计量信号的采集要求。安装整流器已成为当前流场优化的有效途径。从而有效改善入流条件，使流场在较短的流动距离内趋于稳定，显著提高流量计量的准确性，并降低流体输送成本。尽管整流器在改善流动稳定性方面具有一定的效果，但传统的整流结构往往无法有效应对流程阀门后偏心射流等特征流动，其整流效果有限相较于经典的调整器结构，组合式流动调整器表现出较优的性能。现有技术主要集中于对经典的孔板式和叶片式结构进行简单改进，通常是改变孔板孔径和聚心角度，以期形成均匀的流动，而对来流进行重新整合、流道重新划分、引导流体流动等方面的创新结构研究较少，例如在CN117869794A-多级复合式整流器及流体管道输送系统设计中，对来流进行了常用的起旋式结构，这也是目前大多数组合整流器用的思路，这种结构虽然可以改善流动的稳定性，但也可能引发局部不均匀的旋涡，也未考虑到第二级导流叶片尾部的涡流问题。

发明内容

本申请实施例的目的是提供一种用于优化流体管道系统流动技术的组合式流动调整器，以解决相关技术中存在的阀门后或管道中的偏心流、涡流等扰流的技术问题以及普通整流器效果不佳的技术难题。本申请实施例通过调整流体流动方向和速度分布，有效减少流动中的湍流和不均匀性，从而显着提升系统的整体效率和性能。

根据本申请实施例的第一方面，提供一种多级组合式整流器，包括：

第一级整流段，所述第一级整流段包括第一整流管以及安装在所述第一整流管内且沿流体流动方向依次布置的V型导流锥、第一级导流叶片、空心变径筒，所述V型导流锥固定于空心变径筒的来流端，若干所述第一级导流叶片围绕V型导流锥环状均匀分布在所述第一整流管的扩张段末端管壁上，若干所述第一级导流叶片靠近流道中轴线的一端固定在空心变径筒，所述空心变径筒的前端侧壁上开有若干均布的第一整流孔，后端侧壁上开有若干均布的第二整流孔；

第二级整流段，所述第二级整流段包括第二整流管以及安装在所述第二整流管内的第二级导流叶片、薄壁套筒和方形栅格孔板，所述栅格孔板与第二级导流叶片沿管道轴向交替排列布置，并采用与第一级导流叶片角度不同的叶片组交错布置，若干不等径的薄壁套筒沿管道径向等距离排列，第二级导流叶片通过薄壁套筒被均匀分割后固定在第二整流管内壁；

第三级整流段，所述第三级整流段包括第三整流管和固定在所述第三整流管内的蜂窝型整流结构；

第一整流腔，连通所述第一级整流段和第二级整流段；

第二整流腔，连通所述第二级整流段和第三级整流段。

进一步地，所述第一整流腔的出口直径与第一级整流段、第二级整流段入口直径相等，均为D₁；所述第二整流腔的直径与第二级整流段和第三级整流段连接处的直径相等，均为D₂。

进一步地，所述第一整流腔的长度为h₁，h₁=0.25D₁，第二整流腔的长度为h₂，h₂=0.25D₂。

进一步地，所述第一整流管1为先扩后缩的变径式结构，扩管最大直径为D₁，缩管最小直径为D₂，扩张段和收缩段的长度相等，长度均为0.5D₁，第一整流管进出口直径相等，均为D₂。

进一步地，所述空心变径筒与流道中轴线之间存在倾斜角θ₁，0＜θ₁＜90°。

进一步地，所述第一级导流叶片中部与流道中轴线之间存在倾斜角θ₂，0＜θ₂＜90°。

进一步地，所述第一整流孔的直径为d₁，第二整流孔的直径为d₂，d2>d1。

进一步地，所述第一级导流叶片尾部和第二级导流叶片均为流线型设计。

根据本申请实施例的第二方面，提供一种流体管道系统，包括第一方面所述的多级组合式整流器。

进一步地，所述多级组合式整流器位于流体管道系统的扰流部件的后面。

本申请的实施例提供的技术方案可以包括以下有益效果：

由上述实施例可知，本申请采用多级分段整流，当流体通过第一级整流段时，第一整流管为先扩后缩结构，流体通过扩管段时，流体受到V型导流锥的导流作用和第一级导流叶片对流道的均匀分割，以及围绕中轴线均匀分布在变径筒侧壁上第一级整流孔的作用，流速减慢，尤其是边界层的流体得到缓和，从而减少了偏心流的形成，降低了流动中的非均匀性，随着流体进入收缩部分，流速增加，流动效率提高，位于流道边缘的局部偏心射流会改变流动方向，向管道中轴线汇合，通过第二级整流孔可以保证流体有序进入第二级整流段，避免因局部压力骤降或局部流速过高导致的能量损失，实现对流体的初步整流。当流体通过第二级整流段时，通过格栅板保持流体流动的稳定性，交错布置的流线型叶片引导流体流动，减弱流动阻力，减小不均匀流速和叶片尾部涡流的产生，进一步实现对流体的再次整流。当流体通过第三级整流段时，通过规则的孔道结构，使得流体在通过时沿着一致的方向和流速流动，下游的流动效率和稳定性得到进一步提升。通过上述第一、二、三级整流段的多级分段式整流，实现了在较短的管道距离内最大程度的改善了流体的流动稳定性和均匀性

应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本申请。

附图说明

此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本申请的实施例，并与说明书一起用于解释本申请的原理。

图1为本发明实施例提供的多级组合式整流器结构示意图。

图2为本发明实施例提供的多级组合式整流器尺寸图。

图3为本发明实施例提供的第一级整流段结构示意图。（a）为立体图，（b）为左视图。

图4为本发明实施例提供的第二级整流段结构示意图。（a）为立体图，（b）为左视图。

图5为本发明实施例提供的格栅式孔板结构示意图。（a）为立体图，（b）为左视图。

图6为本发明实施例提供的第三级整流段结构示意图。（a）为立体图，（b）为左视图。

图7为本发明实施例提供的第一级导流叶片和空心变径筒结构示意图及尺寸图。

图8为本发明实施例提供的流线型叶片结构示意图。

附图标记：

1、第一整流管；2、第二整流管；3、第三整流管；4、V型导流锥；5、第一级导流叶片；6、空心变径筒；7、第二级导流叶片；8、薄壁套筒；9、格栅式孔板；10、蜂窝型整直器；11、第一整流腔；12、第二整流腔；13、第一整流孔；14、第二整流孔。

具体实施方式

这里将详细地对示例性实施例进行说明，其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本申请相一致的所有实施方式。相反，它们仅是与如所附权利要求书中所详述的、本申请的一些方面相一致的装置和方法的例子。

在本申请使用的术语是仅仅出于描述特定实施例的目的，而非旨在限制本申请。在本申请和所附权利要求书中所使用的单数形式的“一种”、“所述”和“该”也旨在包括多数形式，除非上下文清楚地表示其他含义。还应当理解，本文中使用的术语“和/或”是指并包含一个或多个相关联的列出项目的任何或所有可能组合。

应当理解，尽管在本申请可能采用术语第一、第二、第三等来描述各种信息，但这些信息不应限于这些术语。这些术语仅用来将同一类型的信息彼此区分开。例如，在不脱离本申请范围的情况下，第一信息也可以被称为第二信息，类似地，第二信息也可以被称为第一信息。取决于语境，如在此所使用的词语“如果”可以被解释成为“在……时”或“当……时”或“响应于确定”。

参考图1-图8，本发明实施例提供了一种组合式流动调整器，包括：第一级整流段、第二级整流段、第三级整流段、第一整流腔11和第二整流腔12，其中：

所述第一级整流段包括所述第一级整流段包括第一整流管1以及安装在所述第一整流管1内且沿流体流动方向依次布置的V型导流锥4、第一级导流叶片5、空心变径筒6，所述V型导流锥4固定于空心变径筒6的来流端，若干所述第一级导流叶片5围绕V型导流锥4环状均匀分布在所述第一整流管1的扩张段末端管壁上，若干所述第一级导流叶片5靠近流道中轴线的一端固定在空心变径筒6，所述空心变径筒6的前端侧壁上开有若干均布的第一整流孔13，后端侧壁上开有若干均布的第二整流孔14。

在一实施例中，所述V型导流锥4可为实心结构，固定于空心变径筒6的来流端。

所述第二级整流段包括所述第二级整流段包括第二整流管2以及安装在所述第二整流管2内的第二级导流叶片7、薄壁套筒8和方形栅格孔板，所述栅格孔板与第二级导流叶片7沿管道轴向交替排列布置，并采用与第一级导流叶片5角度不同的叶片组交错布置，若干不等径的薄壁套筒8沿管道径向等距离排列，第二级导流叶片7通过薄壁套筒8被均匀分割后固定在第二整流管2内壁。

所述第三级整流段包括第三整流管3和固定在所述第三整流管3内的蜂窝型整流结构。

在一实施例中，所述蜂窝型整流结构包括若干开口形式为六边形的整直管，所述蜂窝型整流结构与第三整流管3内部嵌套连接。

所述第一整流腔11连通所述第一级整流段和第二级整流段；所述第二整流腔12连通所述第二级整流段和第三级整流段。

在本实施例中，所述第一整流腔11的出口直径与第一级整流段、第二级整流段入口直径相等，所述第二整流腔12的直径与与其两端连接的第二级整流段和第三级整流段连接处的直径相等，长度均为D₂，所述第一整流腔11的长度为h₁，h₁=0.25D₁，第二整流腔12的长度为h₂，h₂=0.25D₂。

在本实施例中，所述第一整流管1为先扩后缩的变径式结构，扩管最大直径为D₁，缩管最小直径为D₂，扩张段和收缩段的长度相等，长度均为0.5D₁，第一整流管1进出口直径相等，均为D₂。

在本实施例中，所述空心变径筒6与流道中轴线之间存在倾斜角θ₁，0＜θ₁＜90°，第一级导流叶片5中部与流道中轴线之间存在倾斜角θ₂，0＜θ₂＜90°，第一整流孔13的直径为d₁，第二整流孔14的直径为d₂，d2>d1，θ₂=θ₁。当流体通过第一级整流段时，第一整流管1为先扩后缩结构，流体通过扩管段时，流体受到V型导流锥4的导流作用和第一级导流叶片5对流道的均匀分割，以及围绕中轴线均匀分布在变径筒侧壁上第一级整流孔的作用，流速减慢，尤其是边界层的流体得到缓和，从而减少了偏心流的形成，降低了流动中的非均匀性，随着流体进入收缩部分，流速增加，流动效率提高，位于流道边缘的局部偏心射流会改变流动方向，向管道中轴线汇合，通过第二级整流孔可以保证流体有序进入第二级整流段，避免因局部压力骤降或局部流速过高导致的能量损失，实现对流体的初步整流。

在本实施例中，薄壁套筒8的直径分别为D3和D4，板厚均小于2mm。栅格孔板结构为对称式设计，板厚小于2mm。第一级导流叶片5尾部和第二级导流叶片7均为流线型设计。当流体通过第二级整流段时，通过格栅板保持流体流动的稳定性，交错布置的流线型叶片引导流体流动，减弱流动阻力，减小不均匀流速和叶片尾部涡流的产生，进一步实现对流体的再次整流。

在本实施例中，六边形整直孔道的整直管的壁厚均小于0.2mm。当流体通过第三级整流段时，通过规则的孔道结构，使得流体在通过时沿着一致的方向和流速流动，下游的流动效率和稳定性得到进一步提升。

由上述实施例可知，本申请位于流体管道输送系统的扰流部件的后面。通过对来流进行重新整合、流道重新划分、叶片结构优化可以在短距离内解决由于流体管道输送系统中的弯管、阀门、变截面管等扰流部件造成的偏心射流、涡流和局部流动不稳定问题。

所述组合式整流器采用多级分段整流，当流体通过第一级整流段时，第一整流管1为先扩后缩结构，流体通过扩管段时，流体受到V型导流锥4的导流作用和第一级导流叶片5对流道的均匀分割，以及围绕中轴线均匀分布在变径筒侧壁上第一级整流孔的作用，流速减慢，尤其是边界层的流体得到缓和，从而减少了偏心流的形成，降低了流动中的非均匀性，随着流体进入收缩部分，流速增加，流动效率提高，位于流道边缘的局部偏心射流会改变流动方向，向管道中轴线汇合，通过第二级整流孔可以保证流体有序进入第二级整流段，避免因局部压力骤降或局部流速过高导致的能量损失，实现对流体的初步整流。当流体通过第二级整流段时，通过格栅板保持流体流动的稳定性，交错布置的流线型叶片引导流体流动，减弱流动阻力，减小不均匀流速和叶片尾部涡流的产生，进一步实现对流体的再次整流。当流体通过第三级整流段时，通过规则的孔道结构，使得流体在通过时沿着一致的方向和流速流动，下游的流动效率和稳定性得到进一步提升。第一级整流段不仅可以引导来流在变径式结构中流动，还对流道进行了重新划分，流体速度也得到了及时调整，同时叶片的流线型设计可以减少涡流在叶片尾部的形成和堆积。通过上述第一、二、三级整流段的多级分段式整流，实现了在较短的管道距离内最大程度的改善了流体的流动稳定性和均匀性。

本发明实施例还挺一种流体管道系统，包括上述的多级组合式整流器。进一步地，所述多级组合式整流器位于流体管道系统的扰流部件的后面。

本领域技术人员在考虑说明书及实践这里公开的内容后，将容易想到本申请的其它实施方案。本申请旨在涵盖本申请的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本申请的一般性原理并包括本申请未公开的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的，本申请的真正范围和精神由权利要求指出。

应当理解的是，本申请并不局限于上面已经描述并在附图中示出的精确结构，并且可以在不脱离其范围进行各种修改和改变。本申请的范围仅由所附的权利要求来限制。

Claims (10)

1.一种多级组合式整流器，其特征在于，包括：

第一级整流段，所述第一级整流段包括第一整流管以及安装在所述第一整流管内且沿流体流动方向依次布置的V型导流锥、第一级导流叶片、空心变径筒，所述V型导流锥固定于空心变径筒的来流端，若干所述第一级导流叶片围绕V型导流锥环状均匀分布在所述第一整流管的扩张段末端管壁上，若干所述第一级导流叶片靠近流道中轴线的一端固定在空心变径筒，所述空心变径筒的前端侧壁上开有若干均布的第一整流孔，后端侧壁上开有若干均布的第二整流孔；

第二级整流段，所述第二级整流段包括第二整流管以及安装在所述第二整流管内的第二级导流叶片、薄壁套筒和方形栅格孔板，所述栅格孔板与第二级导流叶片沿管道轴向交替排列布置，并采用与第一级导流叶片角度不同的叶片组交错布置，若干不等径的薄壁套筒沿管道径向等距离排列，第二级导流叶片通过薄壁套筒被均匀分割后固定在第二整流管内壁；

第三级整流段，所述第三级整流段包括第三整流管和固定在所述第三整流管内的蜂窝型整流结构；

第一整流腔，连通所述第一级整流段和第二级整流段；

第二整流腔，连通所述第二级整流段和第三级整流段。

2.根据权利要求1所述的一种多级组合式整流器，其特征在于，所述第一整流腔的出口直径与第一级整流段、第二级整流段入口直径相等，均为D₁；所述第二整流腔的直径与第二级整流段和第三级整流段连接处的直径相等，均为D₂。

3.根据权利要求2所述的一种多级组合式整流器，其特征在于，所述第一整流腔的长度为h₁，h₁=0.25D₁，第二整流腔的长度为h₂，h₂=0.25D₂。

4.根据权利要求2所述的一种多级组合式整流器，其特征在于，所述第一整流管1为先扩后缩的变径式结构，扩管最大直径为D₁，缩管最小直径为D₂，扩张段和收缩段的长度相等，长度均为0.5D₁，第一整流管进出口直径相等，均为D₂。

5.根据权利要求1所述的一种多级组合式整流器，其特征在于，所述空心变径筒与流道中轴线之间存在倾斜角θ₁，0＜θ₁＜90°。

6.根据权利要求1所述的一种多级组合式整流器，其特征在于，所述第一级导流叶片中部与流道中轴线之间存在倾斜角θ₂，0＜θ₂＜90°。

7.根据权利要求1所述的一种多级组合式整流器，其特征在于，所述第一整流孔的直径为d₁，第二整流孔的直径为d₂，d₂>d₁。

8.根据权利要求1所述的一种多级组合式整流器，其特征在于，所述第一级导流叶片尾部和第二级导流叶片均为流线型设计。

9.一种流体管道系统，其特征在于，包括权利要求1-8任一项所述的多级组合式整流器。

10.根据权利要求9所述的一种流体管道系统，其特征在于，所述多级组合式整流器位于流体管道系统的扰流部件的后面。