一种含V型肋条的耐冲蚀管道弯头
技术领域:
本实用新型公开一种含V型肋条的耐冲蚀管道弯头结构，特别是一种用于输送含固体颗粒油气资源管道系统的耐冲蚀管道弯头。
背景技术:
在油气田开发过程特别是页岩气开发和水合物开采过程中，为保证生产流体的流速，井口防砂工具(如砂筛)的网眼尺寸通常会偏大。此时，生产流体中携带的较小尺寸的固体颗粒(如岩屑、沙粒、铁屑等)会通过井口防砂工具的网眼进入管道中。固体颗粒在管道系统中运动遇到转向管件(如弯头、三通)或者阀门时，会对管件和阀门造成冲蚀磨损，导致管壁减薄，承压能力降低，大大增加管道发生危险的概率。冲蚀不仅会导致重大的经济损失，同时也会威胁人民群众的生产和生活安全。
现有的管道防冲蚀方法主要有以下几种：(1)增加管件壁厚，这种方法只是延长了管件被冲蚀磨损失效的时间，并未从根本上减缓冲蚀磨损。(2) 管道内壁涂敷耐冲蚀涂层，常见的耐冲蚀涂层有金属涂层(如Ni-Cr合金)、陶瓷涂层和金属陶瓷复合材料涂层。这些涂层虽然耐磨，但是其喷涂工艺复杂、成本高，且容易出现涂敷不均匀、涂层破碎和脱落的现象。(3)耐冲蚀管件，其通过在管道内部设置不同的肋条或沟槽，改变颗粒在管件中的运动轨迹和运动速度，从而达到减缓冲蚀的效果。
吉林大学张成春等人公开的实用新型专利(CN203585670U)提出了一种仿生耐冲蚀管道弯头，其在管道受冲蚀面沿流向或垂直流向均布截面形状为半圆弧的仿生肋条来减小冲蚀。肋条部分高出壁面，相当于通过局部增加壁厚来减缓冲蚀，这种做法与整体加厚管壁相似。其摘要中提到用肋条控制流场从而保护弯头壁面，但其说明书中未提及肋条是如何改变流场从而实现对弯头保护的原理。
吉林大学张俊秋等人公开的发明专利(申请号201710313401.6)提出了一种仿生抗冲蚀管道，其通过在管道内壁设置均布的V型沟槽来减小冲蚀。但此发明也未详细说明其抗冲蚀原理。
本实用新型提出一种含V型肋条的耐冲蚀管道弯头。可改变管道内壁面附近流场和颗粒运动轨迹，减小颗粒碰撞壁面的速度，从而减小弯头冲蚀。
发明内容：
本实用新型提出一种含V型肋条的耐冲蚀管道弯头，通过弯头内的V型肋条改变弯头内壁面附近的流场，在相邻肋条之间形成漩涡，从而减小颗粒撞击壁面的速度；V型结构可引导颗粒在肋条间聚积，防止后续颗粒直接撞击壁面，进而减缓冲蚀，延长弯头使用寿命。
所述的V型肋条有若干条，均布于弯头外拱的内壁上，两个相同的横截面为类半圆弧的肋条按照一定的夹角a拼接成V型，组成V型的两个肋条关于弯头外拱中心线对称，夹角a为60°～120°，V型的开口方向与管内流体的流动方向相反。
所述的V型肋条横截面半圆弧的半径R为3mm～5mm，V型肋条的高度h为 R的1.0～1.2倍，相邻两个V型肋条沿弯头轴线方向的间距L为R的2.5～3 倍。
与现有技术相比，本实用新型具有如下有益效果：
(1)肋条凸出部分增加了弯头的局部壁厚，有助于延长弯头使用寿命；
(2)流体流经V型肋条之间的沟槽部分会形成涡旋和缓冲层，减小颗粒撞击壁面的速度；
(3)进入V型沟槽的颗粒会沿沟槽方向运动并在V型肋条夹角处汇聚，防止后续颗粒直接撞击壁面，为壁面提供保护。
附图说明：
图1为本实用新型总体结构示意图；
图2为本实用新型弯头外拱半剖图；
图3为本实用新型V型肋条的尺寸示意图；
图4为本实用新型肋条间流体漩涡形成示意图；
图5为本实用新型V型结构引导沙粒运动示意图。
具体实施方式:
下面结合附图对本实用新型的实施例做详细说明：本实施例在以发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式，本实用新型的保护范围不限于下述的实施例。
本实用新型提出一种含V型肋条的耐冲蚀管道弯头，通过弯头内的V型肋条改变弯头内壁面附近的流场，在相邻肋条之间形成漩涡，从而减小颗粒撞击壁面的速度；V型结构可引导颗粒在肋条间聚积，防止后续颗粒直接撞击壁面，进而减缓冲蚀，延长弯头使用寿命。
如图2、图3所示，所述的V型肋条有若干条，均布于弯头外拱的内壁上，两个相同的横截面为类半圆弧的肋条按照一定的夹角a拼接成V型，组成V 型的两个肋条关于弯头外拱中心线对称，夹角a为60°～120°，V型的开口方向与管内流体的流动方向相反。
如图3所示，所述的V型肋条横截面半圆弧的半径R为3mm～5mm，V型肋条的高度h为R的1.0～1.2倍，相邻两个V型肋条沿弯头轴线方向的间距L 为R的2.5～3倍。
本实用新型减缓冲蚀的原理简述如下：
如图4所示，当管内流体流经两相邻肋条间的沟槽时，流体会向沟槽内运动，受沟槽空间所限，在遇到下游肋条时，流体受到阻挡而反向运动，从而形成漩涡。漩涡的存在会对进入其中的颗粒减速，为颗粒碰撞壁面过程提供了一定的缓冲。
如图5所示，当颗粒运动经过肋条时，作用在颗粒上的惯性力会使颗粒和肋条表面划擦，然后进入两相邻V型肋条之间的沟槽，并沿沟槽汇聚至V 型肋条的交汇处形成堆积，使后续颗粒无法直接撞击壁面，从而减缓冲蚀。
本实用新型巧妙的将V型肋条结构用于弯头中。通过改变管道内壁面附近流场和颗粒运动轨迹，减缓颗粒碰撞壁面的速度，从而减小弯头冲蚀。
