管线补偿器结构设计与优化
城市供热管网优化设计分析研究
城市供热管网优化设计分析研究摘要：近年来，我国的城市化进程有了很大，城市供热管网建设越来越完善。
供热管网是市政工程建设中的重要组成部分，在建设工程中以保证用户的供暖需求为主要的目标，有序地实施的工程建设方法，为供热管网的运行提供重要的保障。
在前期建设过程中，设计人员需要按照供热管网工程建设的特点，选择针对性较强的设计方案，加强对管网水力平衡的有效分析，使供热效果能够得到进一步的提升，延长供热管网的使用寿命。
关键词：城镇供热管网；优化设计；水力平衡设计；管网平衡引言随着科技的不断发展，区块链技术逐渐应用于各个领域。
供热行业作为市政府民心工作及城市基础设施的重要组成部分，其热力站设备运行状态和供热管网维护保养对于保障城市居民生活质量具有重要意义。
1市政供热管网施工现状问题沟槽开挖经常遇到各类障碍物，导致基槽边坡存在安全隐患，部分检查井空间尺寸不满足施工图纸要求。
直埋段管道高程存在超高，井内管道偏离检查井中心，导致两侧不对称，不利于后期运行检修。
检查井内安装阀门、补偿器时管道出现错台现象。
顶管井施工时，每板高度不超过2m，施工完成后井内尺寸偏小。
热力管道正常直埋段和顶管井衔接处，弯头的角度、管道高程按图纸施工会存在误差，导致管道无法正常连接，采购的弯头无法使用。
热力管道一次焊接合格率较低。
2室外供热管网设计关键点2.1热负荷量和管径一次网的供、回水在130/70℃的温度范围内，通过热量的交换而变成了温度较低的水。
居住区二次供热系统是根据末端采暖形式将85/60℃或55/45℃的供、回水冷热水输送至居住区，以满足居住区的采暖需要（见图 1）。
对于一些城市的特殊区域要适当地降低温度所产生的威胁因素，保证管网的保温隔热效果，做好参数的反复核对，以此来满足当前的设计要求，提高整体的设计水平。
在前期设计中设计人员也可以融入先进的信息技术，为管网优化设计提供重要的辅助支持，保证各项工作能够具备较强科学性，同时也可以一目了然的了解管网运行的主要特点以及环境特征，全面地优化当前的设计模式。
城市热力管网的科学布局及设计要点
建筑技术开发Building Technology Development市政工程Municipal Engineering第48卷第3期2021年2月城市热力管网的科学布局及设计要点董雪峰(辽宁大唐国际葫芦岛热力有限责任公司，辽宁建昌125003)［摘要］现代化城市的发展给人们生活带来了翻天覆地飾变化，随着科技水平的不断进步，热力管网已逐渐成为当前国内城市供暖的主要方式。
主要针对城市热力管网的科学布局及设计要点进行探讨，首先对城市热力管网的基本辐射类型及其应用优势进行了概述，其次介绍了城市热力管网布局设计的基本原则，再次列举了当前城市热力管网布局设计过程中存在的几类问题，最后依据现存的问题给出了城市热力管网布局设计的合理优化措施。
［关键词］城市；热力管网；科学布局；设计要点［中图分类号］TU984［文献标志码］A［文章编号］1001-523X(2021)03-0081-02 Scientific Layout and Design Essentials of Urban Heating Pipe NetworkDong Xue-feng［Abstract］The development of modern cities has brought earth-shaking changes to people's lives.With the continuous advancement of science and technology,heat pipe network has gradually become the main way of heating domestic cities.This article mainly focuses on the scientific layout and design of urban heat pipe network the main points are discussed.First,the basic radiation types and application advantages of the urban heating pipe network are summarized,then the basic principles of the layout design of the urban heating pipe network are introduced,and then several existing in the current urban heating pipe network layout design process are listed.Finally,based on the existing problems,reasonable optimization measures are given for the layout design of urban heating pipe network.［Keywords］city；heat pipe network；scientific layout；design points1城市热力管网布局设计概述1.1城市热力管网的基本敷设类型在城市热力管网的布局设计过程中，应综合考虑该城市的实际供热负荷需求、气候环境条件及城市的具体发展规划等影响因素，并以此为根据进行管网的布设。
射频相位补偿电路-概述说明以及解释
射频相位补偿电路-概述说明以及解释1.引言1.1 概述射频相位补偿电路是一种用于调整射频信号相位的电路。
在射频系统中，由于信号在传输过程中会受到各种因素的影响，如传输介质、器件参数和环境噪声等，导致信号的相位发生偏移或失真。
相位补偿电路的作用就是通过改变信号的相位，使其能够准确地传输和重构。
相位补偿电路主要通过引入额外的电路元件来补偿信号的相位差。
常用的补偿方法有多种，包括：延迟补偿、相位环路和数字补偿等。
这些方法在射频通信、雷达、无线电和卫星通信等领域得到了广泛应用。
延迟补偿是最基本的相位补偿方法之一，它通过控制信号的传输延时来实现相位的调整。
相位环路则是通过测量信号的相位差，并通过反馈控制来修正相位，以实现准确的相位补偿。
数字补偿则是利用数字信号处理技术，对信号进行采样和处理，从而实现相位的校正和补偿。
射频相位补偿电路设计与实现需要考虑多种因素，如射频信号频率范围、补偿的相位偏移大小以及电路的稳定性和可靠性等。
通常需要进行电路仿真和实验验证，以确保补偿电路的效果和性能符合设计要求。
本文将详细介绍射频相位补偿电路的原理、设计和实现步骤。
通过对相关理论的探讨和案例分析，希望能够为读者提供一些有关射频相位补偿电路设计和优化的参考和指导。
文章结构是指为了达到文章的目的，在整篇文章中所采用的组织方式和顺序。
一个清晰、有条理的文章结构能够帮助读者更好地理解和掌握文章的内容。
本文的结构分为引言、正文和结论三个部分。
具体的结构如下：1. 引言1.1 概述引言部分首先简要介绍了射频相位补偿电路的背景和重要性，以引起读者的兴趣。
同时，它也提供了射频相位补偿电路的定义和相关概念。
1.2 文章结构在本部分，将详细解释整篇文章的组织结构，明确每个部分的内容和重点。
这样读者就可以清楚地了解文章的框架，以便更好地理解和阅读后续内容。
1.3 目的简要阐述了本文的目的，即通过研究射频相位补偿电路的原理、设计与实现，为读者提供相关的知识和技术指导。
老旧小区供热管网改造的问题与建议
老旧小区供热管网改造的问题与建议摘要：供热管网工程建设关系着民生民用。
为了提升整体施工质量，有关人员要分析与研究施工中容易出现的问题，以及制定良好的施工措施，从而保障工程质量，使人民群众受益。
基于此，本文主要分析了老旧小区供热管网改造的问题与建议。
关键词：老旧小区；供热管网；改造引言在供热管网施工中，要不断总结经验，并多同国内外优秀先例进行学习。
而在实际的供热管网施工中，一定要综合多方因素及发展趋势进行考量，合理规划施工和不断完善、优化施工技术，充分利用新型科技技术和新经验，不断的推促着供热行业走向持续、高效和安全的方向发展。
1老旧小区供热管网存在的问题（1）老旧小区供热管网中的组件，如管道、阀门、支架、表计、保温等，缺乏应有的维护，造成供热设施不同程度的腐蚀和损坏。
支架倾斜、错位，保温层破损严重，阀门锈蚀无法开关等等，是老旧供暖小区中最常见的现象。
一旦管线泄漏，停暖抢修，将会给小区整个供热系统造成巨大冲击，也会影响到其他区域内的正常供热。
另外，泄漏往往同时造成庭院、楼道或者用户室内积水，带来经济损失。
（2）老旧小区供热管网管径、用热负荷、设计参数等不匹配，管网水利失调严重，又缺少必要的控制和调节手段，造成各楼栋、各单元冷热不均，用户投诉量大。
（3）由于供热体制改革滞后，个别小区仍是由物业或开发商自行负责供热。
在前期供热管线建设过程中，选用管材、保温、补偿器及阀门等材料时，并未按设计进行选材。
在施工过程中，施工单位偷工减料，未按国家相关标准进行施工，造成施工质量差，致使供热管网及设施在运行过程中，未老先衰，存在隐患[1]。
2老旧小区供热管网改造的建议2.1 优化管线布设对于城市供热管网系统的管线而言，其布设施工必须具备严谨且科学性的设计。
只有充分运用了先进的科学技术对其展开设计，才能更好的保障供暖效率和质量。
另一方面，科学的设计与优质的材料相结合也极为重要，不仅能节约成本，还能降低热能输送中所导致的不良问题，并提高效率。
城市热力管网的科学布局及设计要点分析
城市热力管网的科学布局及设计要点分析摘要：新时期，我国城市现代化进程不断深入，重视城市基础公共建设，其中城市热力管网承担着城市供热的需求，为了保障城市供热工作的正常稳定开展，必须对有关供热管网的布局及设计等方面进行必要的研究。
文章主要针对城市热力管网的科学布局及设计要点进行探讨，以供参考.关键词：城市；热力管网；科学布局；设计要点引言随着人们生产生活对热力供应需求的不断增加，城市供热负荷愈来愈大，这给热力管网的布局和设计带来了不小的考验，实际建设过程中，热力管网的敷设受到城市复杂环境的限制，因此为了实现热力管网的正常运行，必须从管网布局、设计、施工技术等方面入手，进行技术攻坚，改进并创新热力管网建设，从而为我国城市现代化发展保驾护航。
1热力管网布置和敷设类型目前，我国普遍应用枝状管网来实现热力管网的规划布置，这一布局类型，能够有效保证城市热力供应安全，供热干管灵活可靠，不仅如此，该管网布置类型还能够有效降低供热损耗，在结构上有显著优势，提高了供热效率。
在管网敷设方面，主要分为地上和地下两种类型，地上敷设主要用于热力供应大单位，用于工业生产供热，地下敷设主要用于居民供热，之所以采用地下敷设，主要是为了减小施工对城市正常交通运行的影响，减少管网架空敷设对城市环境的影响等。
2热力管网布局、设计和施工(1)关于城市热力供应管网布局、设计，有着一定的规范和原则。
在城市供热官网布局和设计之前，务必结合城市总体规划综合考虑。
首先，明确城市整体的地势走向，接下来，收集城市交通路线资料，了解居民、工业供热需求分布情况等，根据于此，选择科学合理的热力管网布局类型，能够在满足供热的基础上，降低工程造价。
然后就是具体设计参数的收集，这一设计流程需要的数据复杂繁多，并且对准确度有这较高的要求，主要有管线高差、管线压力、管道直径、损耗等方面的参数，满足可持续发展原则，符合城市热力管网相关规范，实现高质量热力管网的布局和设计，进而保证城市热力供应。
管道支架的选型优化简介
管道支架的选型优化简介管道支架的设置对于管道设计来说是一项极为重要的工作，尤其对于那些高温高压、有毒可燃、强腐蚀性的管道。
正确的支架设置可以满足管道强度和钢度的需要，同时能够有效的降低管道对机械设备产生较大的附加载荷，防止因管道的震动，位移等原因造成的泄露、爆炸等事故的发生，这样就可以有效的保护管道和设备管口，保障化工装置的正常生产运行。
管道支吊架是整个管道设计的难,也是核心内容,但往往很多设计人员对这一点不是很重视,管道支吊架的设置得当如否,会影响整个管系的工作情况,甚至会涉及到安全问题,这是一个很值得注意的地方,特别是对于高温\高压和特别恶劣的工况下.一、管道支架的定义以及分类：1、管道支架的定义:支架用于地上架空敷设管道支承的一种结构件。
2.管道的支架类型按支架的作用可以分为三大类：承重架、限制性支架和减振架。
限制支架又可分为：固定支架和活动支架。
固定支架：固定管道使在该点无任何方向位移，即管道在该点水平（轴向和径向）和垂直方向位移值为零。
固定支架一般设置在设备和附件（阀门、三通等）附近，以及方向、波纹补偿器两侧。
用来保护弯头、三通支管、阀门等不被过大的应力破坏。
活动支架：可以承受管道水平或垂直方向的位移，并能承受管道垂直载荷。
活动支架又分为，滑动支架、滚动支架和导向支架。
滑动支架、滚动支架：约束管道向下方向的位移，不限制管道的水平位移。
滑动支架与滚动支架只对管道一个方向上有约束力，对其他方向没有约束力。
导向支架：引导管道在轴向上的位移，限制垂直方向和另一个水平方向的位移。
导向支架可以防止管道产生纵向弯曲。
二、管道支架的受力计算：Ⅰ、支架横梁承受的主要载荷包括：支架自重、管道重量、输送介质重量以及保温等其他管道附件的重量。
管道横梁计算是除考虑以上载荷外，在某些情况下还需要考虑检修行人等产生的载荷。
1、水平直管中单个支架承受载荷（如图1所示）：图1Fb=q(a+b)/2Fb............................支架B所承受管道工作载荷，N；q............................管道单位长度载荷，N/m；a,b.........................支架间距，m。
化工工艺管道设计的配管注意事项
化工工艺管道设计的配管注意事项摘要：化工装置工艺管道作为化工设计的内容之一，其合理性直接关系到化工装置的运行情况，基于此，本文就化工装置工艺管道设计中的注意事项进行简要分析阐述。
首先，分析化工工艺设计内容及特点。
其次，就配管注意事项进行分析，其中包括配管选材及防腐、蒸汽支管设计、管廊管道设计、排液设施设计、凝液管设计等的注意事项。
最后，针对如何优化管道设计提出了一些建议。
关键词：化工工艺；管道设计；配管；注意事项1前言随着我国化工行业的不断发展，化工装置的规模也在逐渐扩大，国家对于化工管道的要求也越来越严格。
管道作为物料运输的特殊设备，起到连接各种设备和相关系统设施的作用，使得装置成为一个有机的整体，也为各种流体的运输安全提供了重要保障。
因此管道设计者需要考虑到多方面的因素，特别需要留意管道设计中的注意事项，采取有效的措施保证管道设计的安全耐用，保证管道设计的安全合理。
2化工工艺设计内容及特点在实际设计过程中，设计者需要对原料选择及处理、生产加工方式、安全管理，乃至储存运输方式进行设计，如果其中某一要素设计出现失误或者不合理，会导致产品品质和装置安全性降低。
由此可见，化工工艺设计的水平关乎社会产业发展状态。
设计者在开展化工工艺设计工作全过程中，都需要充分考虑安全性，要对生产装置、仪器及管线等进行全面评估和考虑。
并且在化工工艺设计中还面临着新旧技术、工艺选择和调整，这其中涉及到的技术和管理要点更多，可见，化工工艺设计首要特点在于复杂性较强。
设计者开展工作期间，需要明确目标产品技术流程特点，严格遵循工艺流程图和技术准则进行生产系统管道布置，保证相关化学反应和系统运转效果达到工艺要求，进而完成可靠设计方案。
3化工工艺管道设计的配管注意事项3.1化工工艺管道设计与选材的注意事项在化工工艺生产中最为重要的组成部分就是管道，整个工艺流程基本都是通过管道来连接的，因而化工工艺管道的设计与选材对于整个化工生产都有着深远的影响，为此设计者必须了解材料的物理、化学特性，同时还要根据化工生产的实际环境进行选材，避免外界环境对管道产生不利影响；在管道设计中不可忽略故障易发点，必须要强化警报系统的应用，对于项目中可能存在的问题要及时的考虑并规避，从而为设备的安全性提供保障；设置紧急停车系统，这样能够避免突发事故造成的影响进一步扩大；将化工领域研发的先进技术融合到管道设计中，同时还要对工艺管路进行严密的审查，确保管道的材料和腐蚀余量满足工艺要求。
恒定导通时间控制buck变换器的建模研究及优化设计
华中科技大学硕士学位论文摘要为了保证便携式电子设备高效、稳定地工作，其电压调节模块需要快速的瞬态响应速度和高轻负载效率。
恒定导通时间控制（Constant on time，COT）技术作为一种变频控制方式，因其瞬态响应速度快以及轻载效率高等优点，被广泛应用于负载点转换器和电压调节器中，但COT控制存在着稳定性和开关频率变化范围过大的问题。
精确的小信号模型对于研究DC-DC变换器的稳定性具有十分重要的作用，文献中只研究了电阻负载下COT控制Buck变换器的建模与稳定性问题，本文基于描述函数法建立了电流模COT控制和基于纹波的COT控制Buck变换器在电流源负载下的小信号模型，模型从低频一直到1/2开关频率处都与实际情况吻合。
并将它们与电阻负载下的模型进行了对比研究。
根据建立的模型讨论了COT控制Buck变换器稳定性设计步骤和设计方案。
基于PLL的频率锁定技术在解决COT控制DC-DC变换器开关频率变化范围过大方面有很多优点。
但不合适的PLL环路设计，会导致占空比抖动、更高的输出电压纹波，甚至引起参考频率失去跟踪，并最终丧失使用PLL环路的所有好处，而这个问题在文献中还没有很多系统性的研究，因此，本文基于描述函数法建立了基于PLL的COT控制变换器中锁相环环路在CCM模式和DCM模式下的小信号模型，研究了由参数变化引起的稳定性问题，并基于导出的模型，对自适应带宽的锁相环环路结构进行了验证。
关键词：恒定导通时间控制；描述函数法；稳定性；开关频率；锁相环华中科技大学硕士学位论文AbstractIn order to guarantee portable electronic devices working efficiently and reliably, the voltage regulation module should work with fast transient response and high light-load efficiency. Constant-on-time (COT) control, which is a kind of PFM control technique, has advantages of fast transient response speed and high efficiency and is widely used in point-of-load converters and voltage regulators. But there are some problems in the system stability and switching frequency range of COT control.The accurate small-signal model plays an important role in studying the stability of DC-DC converter. In the previous literature, the modeling and stability analysis of COT-controlled Buck converter is conducted under resistive load. In this paper, based on the description function method, a small signal model of current mode COT control and ripple-based COT control Buck converter under current source load is established, and the model is accurate up to the frequency of 1/(2T CLK). Then, the current source load model is compared with the the resistive load model. Based on the derived model, the design schemes of the stability of COT control Buck converter are discussed.PLL-based frequency locking technology has many advantages in solving the wide range of the switching frequency of the DC-DC converter. But an inappropriate PLL loop design will result in duty cycle jitter, higher output voltage ripple, and even cause the lost tracking to the reference frequency, and eventually lose all the benefits of using the PLL loop, but this problem has not been systematic studied in the previous literature. Therefore,华中科技大学硕士学位论文in this paper, a small signal model of PLL in CCM mode and DCM mode is established based on the description function method. The stability problem caused by parameter change is studied in PLL-based COT control converters. And based on the derived model, an adaptive bandwidth phase-locked loop structure is verified.Key words：Constant on time；Describing function method；Stability；Switching frequency；PLL华中科技大学硕士学位论文目录摘要 (I)Abstract............................................................................................................. I I 1 绪论1.1 论文研究背景和意义 (1)1.2 国内外研究现状 (2)1.3 论文的主要内容和安排 (5)2 COT控制Buck变换器的小信号建模研究2.1 Buck型DC-DC变换器小信号建模方法回顾 (7)2.2 电流模COT控制Buck变换器的建模研究 (14)2.3 基于纹波的COT控制Buck变换器建模研究 (25)2.4 本章小结 (45)3 COT控制Buck变换器的开关频率稳定性研究3.1 研究现状 (46)3.2 CCM模式下锁相环环路建模 (52)3.2 DCM模式下锁相环环路建模 (58)3.3 锁相环环路设计 (65)3.4 自适应带宽锁相环 (69)3.5 本章小结 (72)4 总结和展望4.1 总结 (73)4.2 展望 (74)致谢 (75)参考文献 (76)华中科技大学硕士学位论文1 绪论1.1 论文研究背景和意义电源作为所有电子设备的“心脏”，担负着给各个模块供电的任务，在电子产品中有着举足轻重的地位。
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管线补偿器结构设计与优化 刘玉洲;王方祥;刘楠;刘海超;张博渊 【摘 要】在井下作业时经常出现管线长短不合适的情况,造成管线与作业设备的连接困难,增加劳动强度,延长施工周期,还存在安全隐患.设计了一种管线补偿器.通过数值模拟,优选了三角形齿迷宫密封结构,优化的齿数为3,空腔深度为1 mm,齿尖角为30°.现场试验表明,该管线补偿器可以快速连接作业设备和管线,密封可靠.
【期刊名称】《石油矿场机械》 【年(卷),期】2019(048)003 【总页数】5页(P34-38) 【关键词】管线补偿器;迷宫密封;现场应用 【作 者】刘玉洲;王方祥;刘楠;刘海超;张博渊 【作者单位】中国石油渤海钻探工程有限公司井下技术服务分公司,天津300283;中国石油渤海钻探工程有限公司井下技术服务分公司,天津300283;中国石油渤海钻探工程有限公司井下技术服务分公司,天津300283;中国石油渤海钻探工程有限公司井下技术服务分公司,天津300283;中国石油渤海钻探工程有限公司井下技术服务分公司,天津300283
【正文语种】中 文 【中图分类】TE935
在试油、压裂和大修等作业准备过程中，需要连接各种管线[1-4]，经常出现以下情况： 1) 在开工准备时，出口罐已摆放好位置，由井口到出口罐需要连接多根地面管线。由于地面管线的长度不适宜而连接不上。 2) 在试油作业过程中，需要经常根据不同的工况更换防喷器和采油树。由于原管线的长度不合适，导致不能将管线顺利连接到新的采油树上。 3) 在进行洗井、压井、汽化水等作业时，需要将水泥泵车连接到进口罐和压井管线之间，同样由于管线长短不合适，需要不断调整水泥泵车的位置，尤其在倒车过程中，存在安全隐患。 目前，施工现场出现以上情况时，需要增加、更换大量短节及活动弯头，或是用吊车调整设备位置，以求顺利连接管线。由此可见，由于管线长短不合适而造成的连接管线不方便的问题，不仅增加人工劳动强度，延长施工周期，增加施工成本，而且存在安全隐患。为了解决由于管线长短不合适而造成的连接管线不方便的问题，笔者设计了一种操作简单、连接可靠、安全有效的管线补偿器。通过数值模拟，优化了该管线补偿器中迷宫密封的结构。通过现场应用，验证了工具设计的合理性和有效性。 1 管线补偿器的整体结构 管线补偿器的整体结构如图1所示，主要包括伸缩结构、密封结构、防尘结构、锁紧结构等部件。伸缩结构由伸缩管和固定管组成，伸缩管插入固定管中，其后端的台阶限制最大伸出距离，台阶上安装的防尘圈起到刮清固定管孔内泥砂、保护密封组件的作用。密封结构选用非接触式直通型迷宫密封。锁紧结构通过开口锁紧环被油壬螺帽挤压进固定管的喇叭口内，使得开口锁紧环上锁紧牙抱紧伸缩管。开口锁紧环如图2所示。伸缩管可在固定管内边旋转边平移伸出或缩回，最大伸出距离为600 mm。该管线补偿器可直接连接到原有管线中，也可以先连接油壬或其他转换接头，再连接到采油树、水泥泵车等施工设备上，解决管线长短不合适的问题。 1—伸缩管；2—开口锁紧环；3—油壬螺帽；4—直通型迷宫密封；5—防尘圈；6—固定管。图1 管线补偿器结构示意 2 密封结构优化设计 2.1 密封结构的选择 密封结构是管线补偿器的关键部件，其密封性能的好坏直接影响到管线补偿器工作的可靠性。选择迷宫密封结构的原因是： 图2 开口锁紧环结构示意 1) 管线补偿器在安装过程中，需要人工将伸缩管拉伸或缩回，普通密封结构依靠密封圈的弹性紧箍在伸缩管上，摩擦力较大，活动伸缩管费时费力。迷宫密封采取的是非接触式的密封结构[5-7]，密封齿和壁面之间具有一定的间隙，所以不存在直接的摩擦，使得被密封件可以轻便的活动。 2) 管线补偿器输送的是高压、高含砂的流体，在伸缩管柱时避免不了会有砂子进入密封结构，若采用普通密封圈，一旦密封圈与被密封件间进入砂子，密封圈会被快速磨损而失效。由于迷宫密封的密封齿与壁面之间的间隙，在正常的工作状态下，即使间隙内进入砂子，也不会发生摩擦损耗，能够有效延长迷宫密封的使用寿命。 迷宫密封是通过在密封组件间隙中设置由一系列涡流腔组成的“曲折通道”来耗散能量，即通过流体流动过程中的沿程摩阻和局部摩阻效应，使流体的整体动能降低，从而达到密封或减少泄漏的目的[8]。本研究选用结构简单、工作可靠的直通型迷宫密封[9]，密封效果主要与密封通道的长度和截面形状(齿形、齿数、齿尖角、空腔深度)有关[10-11]。三角形齿迷宫密封结构如图3所示。为了降低迷宫密封的泄漏量，根据管线补偿器的结构特点，采用数值模拟方法对密封长度为6.5 mm的迷宫密封结构进行优化设计。 图3 三角形齿迷宫密封结构示意 2.2 迷宫密封结构优化 利用计算动力学软件对迷宫密封中流体的流动形态进行数值模拟研究，以泄漏量最小化为原则优化设计迷宫密封的结构[12]。 2.2.1 物理模型 直通型迷宫密封的齿形主要为矩形、三角形和梯形，如图4所示。密封长度均为6.5 mm，以齿数为3、空腔深度为1 mm、齿尖角30°为例，建立物理模型，分析不同齿形对密封效果的影响。 2.2.2 计算模型 由于迷宫密封内的流场为复杂的湍流流动，所以采用三角形非结构化网格划分，在壁面附近进行适当的网格加密。 入口边界条件设置为压力入口，工作压力均为50 MPa；出口边界为充分发展的湍流；满足壁面无滑移条件，近壁区采用标准壁面函数处理。 图4 不同齿形物理模型 利用标准k-ε双方程模型在欧拉坐标下处理湍流计算[13-14]，使用基于压力修正法的SIMPLE算法求解动量方程和连续性方程，利用控制体积法对控制方程进行离散，空间离散采用一级迎风逼近格式[15]。模型常数取值：Cμ=0.09，C1ε=1.44，C2ε=1.92，σk=1.0，σε=1.3。 2.2.3 数值模拟结果分析 1) 齿形对密封效果的影响。 通过数值模拟获得不同齿形迷宫密封内流场的湍流黏度云图和速度矢量云图，如图5所示。由图5可见，矩形齿迷宫密封结构的湍流黏度最大值在迎流齿面的齿顶处，在空腔上部形成速度涡旋。三角形齿迷宫密封结构的湍流黏度最大值在空腔与节流间隙的交界面附近。同时，在三角形齿齿尖处存在较大的动能损失。梯形齿迷宫密封空腔内部的湍流黏度值在梯形齿的迎流侧较高，流体动能主要在梯形齿齿前耗散，在齿背动能损失最小；在梯形齿迎流侧的顶尖下游附近也存在动能损失；第1个空腔内的动能损失最大，后3个空腔内的损失较为平均。通过比较可知，梯形齿迷宫密封结构对流体动能的损耗主要发生在第1个空腔内，三角形齿密封结构的后3个空腔对流体动能损耗的作用较为平均，且水平较高。 a 湍流黏度云图(Pa·s) b 速度矢量云图(m/s)图5 迷宫密封内流场云图 不同齿形迷宫密封的泄漏量如图6所示。由图6可知，三角形齿更有利于流体能量的耗散，泄漏量最小，密封效果最好。 图6 泄漏量对比 2) 齿数对密封效果的影响。 以三角形齿迷宫密封结构为研究对象，通过数值模拟获得不同节流齿个数的湍流黏度云图，如图7所示。由图7可知，节流齿数为3的密封结构在节流间隙的湍流黏度梯度大，在空腔和节流间隙交界面附近形成速度涡漩。节流齿数为2的密封结构在湍流黏度最大值在第1个齿齿尖的迎流侧，空腔内湍流黏度梯度较小，节流作用不明显，密封性能较弱。所以，优选齿数为3的三角形迷宫密封结构。 图7 湍流黏度云图 3) 空腔深度和齿尖角对密封效果的影响。 根据数值模拟获得不同空腔深度、不同齿尖角对迷宫密封泄漏量的影响规律，如图8所示。由图8可知，泄漏量随着空腔深度的增大而增大，随着齿尖角的增大先减小后增大。在一定空腔深度条件下，存在使泄漏量最小的齿尖角，且不同空腔深度条件下，最优齿尖角不同。空腔深度分别为2.0、1.5和1.0 mm的条件下，泄漏量最小的齿尖角分别为20°、30°和30°。根据管线补偿器的结构尺寸，优选空腔深度为1.0 mm，齿尖角为30°。 3 现场试验 基于对管线补偿器的结构设计和对迷宫密封的优化，加工组装了管线补偿器，如图9所示。 图8 空腔深度和齿尖角对泄漏量的影响 图9 管线补偿器 1) 密封性检验。 将管线补偿器连入试验管线，开泵并逐渐升压至50 MPa。压力每升高10 MPa，保压30 min，观察是否发生流体渗漏，压力是否发生变化。压力达50 MPa后，保压60 min。 检验过程中，未发现明显的流体渗漏，说明管线补偿器的密封效果良好，满足工作要求。 2) 使用效果评价。 该管线补偿器在大港油田作业区推广应用。现场应用效果表明，管线补偿器操作简单方便，两人配合即可轻松伸缩，管线连接可靠，密封安全有效，可以安全高效地解决由于管线长短不合适而造成的连接管线费时费力、存在安全风险的问题，缩短施工周期，提高工作效率。 4 结论 1) 设计了一种管线补偿器，操作简单方便，管线连接可靠，密封安全有效。 2) 利用数值模拟结果优选了三角形齿迷宫密封结构，齿数为3，空腔深度为1 mm，齿尖角为30°。 3) 管线补偿器可解决由于管线长短不合适而造成的连接管线费时费力、存在安全风险的问题。 参考文献: 【相关文献】 [1] 李成岩. 油田高温高压注汽管线施工及质量控制措施[J]. 化工管理，2016(12)：65-67. [2] 徐学方，张绪平，赵黎明. 储油罐出口管线补偿器隐患分析[J]. 安全，2013，34(5)：48-51. [3] 杨帆. 降低注汽活动管线漏失率[J]. 化工管理，2016(17)：208. [4] 骆瑞平，李友清，闵国伟，等. 耐高压自密封旋转补偿器的选型及应用[J]. 大氮肥，2014，37(5)：315-318. [5] DAVID L, RHODE M. Importance of labyrinth seal though-flow deflection for enlarging clearance without increasing leakage [J]. Tribology Transaction, 1993, 36(3): 477-483. [6] 刘有军. 迷宫密封的湍流增阻 [J]. 机械工程学报，2004，40(5)：39-43. [7] 王锁芳，吕海峰，夏登勇. 封严篦齿结构特性的数值分析和实验研究[J]. 南京航空航天大学学报，2004，36(6)：732-735. [8] 王建中，黄守龙. 直通式迷宫密封的静态工作特性[J]. 武汉工业大学学报，1994，16(4)：86-90. [9] 黄守龙，陆家鹏，徐诚. 直通式迷宫瞬态压力特性的试验研究[J]. 弹道学报，1994，22(4)：7-11. [10] 高光藩，张牢牢. 迷宫密封性能影响因素分析[J]. 风机技术，1997，12(6)：17-21. [11] 黄守龙，王祖亮，马大为. 空腔倾向对泄漏影响的流动分析[J]. 推进技术，1995，16(2)：40-45. [12] 魏巍. 基于CFD的迷宫密封流场的数值模拟[D].大庆：东北石油大学，2013. [13] LAUNDER B, SPALDING D. Lectures in mathematical models of turbulence [M]. London:Academic Press, 1972. [14] ABDEL F. Numerical simulation of isothermal flow in axisymmetric turbulent opposed jets [J]. Aerospace Science and Technology, 2011, 15(4): 283-292. [15] 王方祥，王瑞和，周卫东，等. 前混式磨料射流发生系统混合腔的优化设计[J]. 石油机械，2015，43(12)：19-24.