专利名称：用于环形二相管流的流分离装置的利记博彩app
技术领域：
本发明一般地涉及二相流分布系统。更特别地，本发明涉及从被结合在分布管道 网络中的侧接头三通管的两个出口排出的一对二相流动流(flow stream)的气流内改善的 液体分布。
背景技术：
在各种应用中使用管道分布网络来从源向多个端点输送在气流中承载的液体的 加压二相流。例如，此类管道分布网络的应用包括但不限于通过用于油回收的管道网络来 输送蒸汽的油田、天然气分布管线、用于核发电厂和制冷系统的冷却网络、以及灭火系统。 为了促进二相流在多个端点之间的分布，此类管道网络通常结合了一个或多个三通管接 头。可以安装在此类三通管接头处的流分离三通管存在两个基本结构。这些是一般也 称为“bull三通管(bull tee)”的冲击三通管和侧接三通管(side tee)。在冲击三通管中， 轴向地沿着三通管的杆部行进的输入流被分离成通过三通管的头部的相对端部从三通管 排出的两个流动流。因此，从bull三通管排出的两个流动流沿着相反的方向并与进入bull 三通管的单个流动流正交地通过三通管的头部离开。然而，在侧接三通管中，输入流进入三 通管的头部的第一端部并沿着三通管的头部轴向地行进。当此流遇到侧接三通管的头部与 侧接三通管的杆部的交叉点时，流的一部分进入三通管的杆部并通过三通管的杆部正交地 离开到流的其余部分，流的其余部分继续沿着三通管的头部轴向地流动并通过三通管的头 部的相对端部离开。在大多数应用中，期望的是将通过管道网络流动的液滴和气体的二相混合物遍及 管道网络均勻地分布。因此，在遇到的每个三通管接头处，每个下游流动流(亦即通过三通 管接头离开的流)中的液体与气体的质量流量比应当基本上等于上游流动流(亦即进入三 通管接头的单个二相流动流)中的液体与气体的质量流量比。在具有bull三通管构造的 三通管接头处，对于三通管出口处的类似边界条件而言，横穿bull三通管的二相混合物由 于bull三通管相对于进入bull三通管的流的几何对称性而以恒定的液体与气体质量比分
1 O然而，在被配置为侧接三通管的三通管接头处，不存在此类几何对称性。相反，输 入二相流的第一部分必须转动九十度的角以通过与侧接三通管的进口正交地设置的第一 出口离开，同时，输入流的第二部分仅仅继续轴向地流过第二出口，该第二出口被轴向地设 置为与到侧接三通管的进口相对。由于二相流中的液体具有比二相流的气体成分更大的轴 向动量，所以液体的一部分将随着气流转动九十度角而相对于气流滑动，并将替代地继续 大体上轴向地通过开口流到侧接三通管的杆部。结果，跨越侧接三通管接头，液体与气体的 质量流量比(也称为液体气体质量流量比)不保持。相反，与输入流正交地通过侧接三通管 的第一出口离开的二相混合物中的液体与气体的质量流量比将具有比进入侧接三通管的 二相流的液体气体质量流量比更低的液体与气体的质量流量比，而通过侧接三通管的第二出口离开的二相混合物中的液体与气体的质量流量比将具有比进入侧接三通管的二相流 的液体气体质量流量比更高的液体与气体的质量流量比。对于常规侧接三通管而言，当在环形二相流体系中分离流时，两个出口流动流之 间的各自液体气体质量流量比的差最明显。在环形二相流体系中，流的液相趋向于作为环 形流集中，该环形流绕轴向地流过管道的承载气体的中心芯沿着管道的圆周表面隧道式流 动。因此，在环形二相流中，液相相对于气相而言未被均勻地分布。绕环形二相流的气相特 性的中心芯的液相的集中使得离开常规侧接三通管的各自出口的分离流动流的液体气体 质量流量比之间的固有差距进一步扩大。在美国专利No. 4，824，614中公开了一种方法，以解决管道分布网络中的侧接三 通管接头处的排出流之间的不成比例的液体与气体质量比的问题。该文所公开的装置由三 个部件的组合组成，包括设置在三通管接头上游的管道中的静态混合器，后面是同样设置 在三通管接头上游的管道中的静态分层器，其后面紧接着又是在三通管内延伸的分隔壁。 所述分隔壁用于将已通过混合装置和分层器的流分离成一对隔离的流，以便通过三通管的 两个出口排出。
发明内容
提供了一种供与互连分布管道网络相结合地使用以便在接头处分离二相流的流 分离装置。该流分离装置在保持通过网络的液体气体质量比的同时一致地分离通过管道分 布网络中的侧接三通管接头的气体中液体的环形二相流。所述流分离装置包括侧接头三通管，其具有第一导管和以流体连通的方式向第 一导管开口的第二导管；流限制装置，其设置在所述第一导管中，位于所述第二导管向所述 第一导管的开口的上游；以及流屏障，其在所述第二导管向所述第一导管的开口的下游边 缘附近的位置处延伸至所述第一导管中。可以将所述流限制装置设置在第二导管向第一导 管的开口的前沿(即上游边缘)的上游高达第一导管的内部流直径约两倍的距离。在一个实 施例中，流限制装置位于流屏障的上游达第一导管的内部流直径的约两倍的距离。在一个实施例中，所述流限制装置可以是环形盘状构件，在其中具有形成流限制 孔口的中心开口。在一个实施例中，所述环形盘状构件的中心开口具有等于第一导管的内 部流直径的约0. 8倍的孔口直径。所述流屏障延伸跨越第一导管期望的距离而阻挡由第一导管限定的流面积的期 望量，从而使二相流分离最优化。在一个实施例中，所述流屏障可以延伸跨越第一导管，从 而阻挡由第一导管限定的流面积的约一半。在一个实施例中，可以由通过第一导管的侧出 口延伸到第一导管中的下游管道的端部的下游区段来形成所述流屏障。在一个实施例中， 所述流屏障可以是板构件，其跨越第一导管的侧出口的边缘下游的第一导管的一部分设 置。在本发明的一方面，提供了一种用于将气相中液相的环形二相流分离成两个流的 方法。该方法包括步骤使环形二相流通过具有进口、直通出口(thru outlet)和侧出口的 侧接头三通管；促使环形二相的液相再分散至三通管进口下游和三通管的侧出口上游的气 相中；捕获被再分散到气相中的液相的二相流的第一部分并使第一部分转向至从三通管的 侧出口流出；以及使被再分散到气相中的液相的未捕获的第二部分通过三通管的直通出口尚开。
结合附图来阅读本发明的以下详细说明，附图中
图1是增加液体的惰性气体灭火系统的示例性实施例的描绘图，部分地以示意图且部 分地以透视图示出；
图2是冲击三通管接头的透视图； 图3是侧接三通管接头的透视图4是示出通过水平管道路线(图4A)和通过竖直管道路线(图4B)的环形二相流的侧 立视图5是设置于水平取向的本发明的流分离装置的示例性实施例的剖视平面图； 图6是设置于水平取向的本发明的流分离装置的另一示例性实施例的剖视平面图； 图7是图5和图6所描绘的流分离装置的流限制器的示例性实施例的透视图； 图8是从侧出口的上游通过图5的流分离装置向下游看过去的立视图； 图9是在各种出口流面积比时相对于理论上期待的气体分布而言的设置于水平取向 的本发明的流分离装置的各自出口之间的实际液体分布的图形表示；
图10是与用于各种侧接三通管接头取向的常规侧接三通管相比的本发明的流分离装 置的各自出口之间的液体分布的比较的图形表示；以及 图11是Baker流态图的图形表示。
具体实施例方式在本文中将参考供在商业建筑中用于灭火的增加水的惰性气体灭火系统出于例 示而不是限制的目的来描述本发明。应理解的是本发明在应用方面不限于灭火系统，而是 还可以结合其它二相流系统得到应用，包括但不限于基于蒸汽的油回收系统、天然气管道、 用于制冷系统和核发电厂的冷却流体网络，或在环形流体系中操作的任何二相流系统。现在参考图1，灭火系统10可以包括用于存储惰性气体(亦即化学上非反应性气 体，诸如氮气、氩气、氖气、氦气、或这些气体中的两种或更多种的混合物)的一个或多个容 器20、液体存储容器30和与要保护的区域相关联的至少一个排放装置40。然而，除了当要 保护的区域是单个相当小的房间时，通常与要保护的区域相关联地提供多个排放装置40， 为在受保护区域内限定的每个房间提供一个或多个排放装置。可以经由由供应管15、中间分布管17和多个回路管19构成的惰性气体分布网络 以与排放装置40流体连通的方式以并联布置来连接惰性气体存储容器20，排放装置40可 以是例如喷雾嘴组件。惰性气体供应管15在其终点处与中间分布管17流体连通。每个回 路管19从中间分布管17分叉并与其流体连通，并具有被设置在要保护的空间内的终点，各 自一个喷雾嘴组件被安装到所述终点。当在要保护的空间内检测到火时，惰性气体容器20 内的压力下的惰性气体由此通过供应管15到达且通过中间分布管17并因此到达且通过每 个回路管19，每个回路管19向各自一个喷雾嘴组件40供给惰性气体。每个惰性气体存储容器20具有经由支路供应线路13与供应管15流体连通地相 连的气体出口。可以将止回阀14设置在每个支路供应线路13中以便允许惰性气体通过支路供应线路13从与之相关联的各自惰性气体存储容器20流入惰性气体供应管15中，但是 阻止流返回到惰性气体存储容器中。每个惰性气体存储容器20可以装配有出口阀16以调 节通常小于存储压力的气体排出压力。例如，通常可以将惰性气体在200至300巴范围内 的压力下存储在气体存储容器20内，但是在20至50巴范围内的压力下排出到管道15中。 如果需要，则还可以将出口阀16设计为控制来自与之相关联的气体存储容器20的惰性气 流的速率。液体存储容器30限定内部容积32，其中存储有诸如水的灭火液体源。虽然在本 文中将存储在存储容器30内的液体称为水，然而应理解的是可以将诸如化学灭火剂的其 它液体存储在存储容器30中。气体进口线路34建立惰性气体供应管15与水存储容器30 的内部容积32的上部区域之间的流体连通。水出口线路36建立液体存储容器30的内部 容积的下部区域与相对于气体进口线路34分接到惰性气体供应线15中的位置处的惰性气 流而言在下游位置处的惰性气体分布网络之间的流体连通。另外，可以将流限制装置38设 置在惰性气体分布网络中，位于在其上游的气体进口线路；34分接到供应线15中的位置与 在其下游的水出口线路36向惰性气体分布网络开口的位置之间的位置处。流限制装置38 可以例如包括设置在惰性气体供应线15中的固定孔口装置，并随着惰性气体穿过流限制 装置38而促使产生压降，由此，在气体入口线路34分接到惰性气体供应管15中的上游位 置与水出口线路36向惰性气体分布网络中开口的下游位置之间建立气体压力差。可以将喷雾嘴37安装到水出口线路36的出口端以随着来自供应罐30的水被引 入惰性气流中而使水滴雾化或以其他方式产生水滴的雾。在图1所描绘的灭火系统10的 实施例中，水出口线路36向在相对于流限制装置38的气流而言在下游的位置处设置在惰 性气体分布网络的惰性气体供应管15中的混合室35中开口。然而，应理解的是所限定的 混合室35不是必须的。可替换地，水出口线路36可以直接排放到由惰性气体供应管15限 定的内部容积中，来自存储容器30的水从水出口线路36通过喷雾嘴37直接进入流过供应 管的惰性气流。喷雾嘴37将水转换成液滴的雾并将液滴喷洒到流过混合室35或惰性气体 供应管15的惰性气流中，从而形成二相流体流，其继续通过供应管15以及流分布网络的其 余部分至多个喷雾嘴40。可以将流控制装置33设置在水出口线路36中以调节从中流过的 水的量。在惰性气体的高速流与注入的水喷雾相互作用时，形成夹带在惰性气体中并由惰 性气体载送的水滴的二相混合物。此二相混合物经由分布管的网络被分布到可操作地与要 保护的区域相关联的排出喷嘴。排出喷嘴将水雾液滴和惰性气体散布在期望的区域上以便 有效地使该区域充满水雾液滴和惰性气体，以便熄灭受保护区域中的火。惰性气体通过将受保护区域内的氧含量稀释至较低水平并且还从火中吸收热量 来抑制受保护区域内的火。另外，水雾液滴通过提高受保护容积内的大气的总热容来增强 灭火。由于水滴的存在，水雾液滴和惰性气体的二相混合物具有比单独的惰性气体更高的 总容量。因此，水雾液滴和惰性气体的二相混合物将更有效地从受保护容积内的火吸收热 量达到受保护容积内的空气温度下降至阈值温度之下的程度，在该阈值温度之下，燃烧不 能持续，例如在1500开氏度之下。在灭火系统10的所描绘的示例性实施例中，如图2所示，供应管15和中间分布管 17在T形接头中交叉，供应管15被连接到冲击接头三通管50的杆部，其形成接头三通管50的进口支腿52，并且中间分布管17的段17A和17C被连接到接头三通管50的头部的各 自端部，其形成接头三通管50的两个出口支腿M、56。通过接头三通管50的进口支腿52 从惰性气体供应管15接收到的二相流分离成两个部分，一个部分通过接头三通管50的第 一出口支腿M排出到中间分布管17的段17A中，并且另一部分通过接头三通管50的第二 出口支腿56排出到中间分布管17的段17C中。另外，如图3所示，每个回路管19在T形接头中与中间分布管17交叉，中间分布 管17的上游段17A被连接到侧接头三通管60的头部的第一端部，其形成侧接头三通管60 的进口支腿62，并且中间分布管17的下游段17B被连接到侧接头三通管60的头部的另一 端部，其形成侧接头三通管60的出口支腿66，并且回路管19被连接到侧接头三通管60的 杆部，其形成侧接头三通管60的出口支腿64。通过侧接头三通管60的进口支腿62从中间 分布管17的上游段17A接收到的二相流分离成两个部分，一个部分转动九十度以通过侧接 头三通管60的侧出口支腿64排出到回路管19中且另一部分轴向地继续通过侧接头三通 管60的端部出口支腿66排出到中间分布管17的下游段17B中。如参考本发明自始至终 使用的，上游和下游是相对于二相流当其通过系统10的流动而言的。通过管道的二相流体流将根据液相和气相的压力和质量流率采取许多不同流型 中的一种。对于通过水平管的二相流而言，已知的是流型将随着气体流率增加而从泡状 流，变化至栓塞流，变化至层流，变化至波流，变化至活塞流，变化至环形流并最终变化至雾 流。这些参数可以用来预测通过特定尺寸管道的二相流是否将处于环形流体系中或其它上 述流型的一种中。例如，Ovid Baker先生在其发表于1卯4年Oil and Gas Journal第53 卷第 185-195 页的题为 “Designing for Simultaneous Flow of Oil and Gas” 的文章中 给出了流态图。Baker流态图给出了作为纵坐标(y轴)的对比作为横坐标(χ轴)的 GlA Ψ/Ge的图表，其中
Gg是每管道横截面面积的气体质量流率，以及
Gl是每管道横截面面积的液体质量流率；两者均以磅质量每平方英尺每秒为单位来表
示；
其中
P和μ分别表示二相流的气相(下标G)、二相流的液相(下标L)、20 1和1大气压下 的空气(下标A)、和20 1和1大气压下的水(下标W)的密度和动态粘度；并且σ表示液相 (下标L)或水(下标W)的表面张力。类似地，对于通过竖直管的二相流而言，已知的是流型将随着气体流率增加而从 泡状流，变化至活塞流，变化至搅混流(churn )，并随后变化至环形流。给定通常在约20至约50巴范围内的高压，在此高压之下惰性气体可以从气体储 存容器20释放到管道15中，以及在受保护区域内建立灭火气氛所需的惰性气体的体积，气 体质量流率足够高，使得穿过系统管道网络的二相流通常在典型的惰性气体灭火系统中采 取环形流型。例如，在具有2英寸(5. 08 cm)的管内径的分布系统并以在20至50巴范围 内的线路压力操作的典型惰性气体灭火系统中，二相水和惰性气体(氮气)流将很好地在环形流态200内，其由图11所示的Baker流态图上示出的虚线指示，其中，数据点A、B、C和D 表示以下条件下的存在于侧接三通管接头上游的示例性二相流
权利要求
1.一种供在二相流分布网络中使用的流分离装置，包括侧接头三通管，其具有第一导管和以流体连通的方式向所述第一导管开口的第二导管；流限制装置，其设置在所述第一导管中，位于所述第二导管向所述第一导管的开口的 上游；以及流屏障，其在所述第二导管向所述第一导管的开口的下游边缘附近的位置处延伸至所 述第一导管中。
2.如权利要求1所述的流分离装置，其中，所述流限制装置包括环形盘状构件，所述环 形盘状构件在其中具有形成流限制孔口的中心开口。
3.如权利要求1所述的流分离装置，其中，所述流屏障延伸跨越所述第一导管，从而阻 挡由所述第一导管限定的流面积的约一半。
4.一种供在管道网络中用于分布二相流的流分离装置，所述流分离装置包括具有头部 和杆部的侧接头三通管，所述杆部以大致T形构造正交地与所述头部交叉，所述头部具有 被安装到所述管道网络的上游管道的进口端部和被安装到所述管道网络的第一下游管道 的出口端部，且所述杆部被安装到所述管道网络的第二下游管道，所述三通管限定用于从 所述上游管道接收二相流的第一导管，并具有与所述第一下游管道流体连通的直通出口以 及与所述第二下游管道流体连通的第二出口，所述第一导管具有内部流直径，所述流分离 装置的特征在于流屏障，其在所述第一导管的侧出口的下游边缘附近的位置处延伸至所述第一导管 中；以及流限制装置，其设置在所述第一导管中，位于所述第一导管的侧出口的前沿上游。
5.如权利要求4所述的流分离装置，其中，所述流限制装置位于所述第一导管中，在所 述第一导管的侧出口的前沿上游高达所述第一导管的内部流直径的约两倍的距离。
6.如权利要求4所述的流分离装置，其中，所述流限制装置包括环形盘状构件，所述环 形盘状构件在其中具有形成流限制孔口的中心开口。
7.如权利要求6所述的流分离装置，其中，所述环形盘状构件的中心开口具有等于所 述内部流直径的约0. 8倍的孔口直径。
8.如权利要求4所述的流分离装置，其中，所述流屏障延伸跨越所述第一导管，从而阻 挡由所述第一导管限定的流面积的约一半。
9.如权利要求4所述的流分离装置，其中，所述流屏障包括被接收在所述出口中并延 伸到所述第一导管中的所述第二下游管道的端部的区段。
10.如权利要求4所述的流分离装置，其中，所述流屏障包括板构件，所述板构件跨越 所述第一导管的侧出口的下游边缘附近的所述第一导管的一部分设置。
11.一种用于将气相中液相的环形二相流分离成两个流的方法，包括步骤使所述环形二相流通过具有进口、直通出口和侧出口的侧接头三通管；促使所述环形二相的液相再分散到在所述三通管的进口下游和在所述三通管的侧出 口上游的气相中；以及捕捉被再分散到气相中的液相的二相流的第一部分并使所述第一部分转向而从所述 三通管的侧出口流出；以及使被再分散到气相中的液相的未捕获的第二部分从所述三通管的直通出口离开。
12.如权利要求11所述的方法，其中，通过所述三通管的进口接收到的环形二相流具 有第一液相与气相质量流量比，通过所述三通管的侧出口离开的二相流的第一部分具有第 二液相与气相质量流量比，并且通过所述三通管的直通出口离开的二相流的第二部分具有 第三液相与气相质量比，第二流量质量比和第三质量流量比均与第一质量流量比近似相寸。
全文摘要
一种供在二相流分布网络中使用的流分离装置包括侧接头三通管，其具有第一导管和以流体连通的方式向第一导管开口的第二导管；流限制装置，其设置在所述第一导管中，位于所述第二导管向所述第一导管的开口的上游；以及流屏障，其在所述第二导管向所述第一导管的开口的下游边缘附近的位置处延伸至所述第一导管中。由于到两个排出流中的每个的液体气体的质量流量比基本上等于被流分离装置接收到的二相流中的气体液体的质量流量比，所以保持液相质量流量与气相质量流量的比。
文档编号F16L41/00GK102132081SQ200880130884
公开日2011年7月20日 申请日期2008年6月25日 优先权日2008年6月25日
发明者G·阿曼蒂尼, J·A·威尔金森, M·A·莱利克, M·C·索特里欧, M·L·科恩, R·K·马达赫施 申请人:Utc消防及保安公司