УСТРОЙСТВО ДЛЯ УМЕНЬШЕНИЯ ГИДРАВЛИЧЕСКИХ ПОТЕРЬ В ТРУБОПРОВОДЕ

Техническое решение относится к устройствам, снижающим гидравлическое сопротивление трубопровода при перекачивании по нему жидкостей, и может найти применение при гидротранспорте нефтей, масел, растворов, эмульсий, суспензий, воды, расплавов полимеров других ньютоновских и неньютоновских жидких сред.
Известно устройство для уменьшения гидравлических потерь в трубопроводе, включающее средство для закручивания потока жидкости, выполненное из проволоки в виде цилиндрической пружины с наружным диаметром, равным внутреннему диаметру трубы (Патент РФ №2285198, F17D 1/20, F15D 1/06, 2006 г.).
К причинам, препятствующим достижению заданного технического результата, относится невозможность использования для создания газового, воздушного или пенного пристенного слоя из-за быстрой потери устойчивости, что приводит к росту гидравлического сопротивления по длине трубопровода и требует большого расхода закручиваемой жидкости.
Известно устройство для уменьшения гидравлических потерь в трубопроводе, включающее цилиндрическую пружину, установленную внутри трубопровода с наружным диаметром, равным внутреннему диаметру трубы, отличающееся тем, что цилиндрическая пружина представляет собой теплоэлектронагреватель (Полезная модель РФ 84925, ППК 15D 1/06, F17D 1/20, 2009 г.).
К причинам, препятствующим достижению заданного технического результата, относится большие энергозатраты, необходимые для использования ТЭНа и приводящие к большому расходу нагреваемой теплоэлектронагревателем жидкости.
Наиболее близким техническим решением к заявляемому устройству является устройство для уменьшения гидравлических потерь в трубопроводе, включающем цилиндрическую пружину, установленную внутри трубопровода, с наружным диаметром, равным внутреннему диаметру трубы, и шагом витка, цилиндрическая пружина выполнена из полой трубки, на боковой поверхности которой на расстоянии, равном ¼ шага витка, выполнены отверстия таким образом, что их ось совпадает с направлением потока жидкости в трубопроводе (Патент РФ №2334134, F15Д 1/06, F17Д 1/20, 2008 г.).
К причинам, препятствующим достижению заданного технического результата, относится большой расход маловязкой жидкости, подаваемой в трубку цилиндрической пружины.
Техническим результатом предлагаемой конструкции является уменьшение расхода маловязкой жидкости, подаваемой в трубку цилиндрической пружины за счет его регулирования по длине трубопровода.
Поставленный технический результат достигается тем, что в устройстве для уменьшения гидравлических потерь в трубопроводе, включающем цилиндрическую пружину, установленную внутри трубопровода и выполненную из полой трубки с наружным диаметром, равным внутреннему диаметру трубы, и шагом витка, определяемым по формуле
2
где λ - шаг витка, м; ν - скорость движения жидкости, м/с; D - внутренний диаметр трубопровода, м; g=9,81 - ускорение свободного падения, м/с, при этом на боковой поверхности трубки на расстоянии, равном ¼ шага витка выполнены отверстия таким образом, что их ось совпадает с направлением потока жидкости в трубопроводе, причем каждое отверстие снаружи снабжено односторонним клапаном в виде эластичной трубки.
Снабжение снаружи каждого отверстия односторонним клапаном в виде эластичной трубки позволяет регулировать подачу маловязкой жидкости в зависимости от давления жидкости, перекачиваемой по трубопроводу. Так при росте гидравлического сопротивления в перекачиваемой жидкости, потери давления увеличиваются, абсолютное давление в трубе уменьшается, под избыточным давлением маловязкой жидкости в трубке, клапан открывается и из отверстия трубки вытекает маловязкая жидкость, образуя пристенный слой, снижающий гидравлическое сопротивление перекачиваемой жидкости, ее давление возрастает и клапан закрывается. Этот эффект саморегулирования подачи через отверстия в трубке с клапаном маловязкой жидкости снижает ее расход и обеспечивает создание устойчивого слоя маловязкой жидкости по всей длине трубопровода.
Общий вид в разрезе на предлагаемое устройство для уменьшения гидравлических потерь в трубопроводе представлен на фиг.
Оно состоит из трубы 1 с внутренним диаметром D, в которой установлена цилиндрическая пружина, выполненная из трубки 2 с наружным диаметром, равным внутреннему диаметру трубы 1, и шагом витка, соответствующим формуле (1). На боковой поверхности трубки 2 выполнены отверстия 3, при этом расстояния между отверстиями равны ¼ шага витка, так что на одном шаге витка находятся по одному отверстию в верхнем и нижнем секторах трубы и два в боковых секторах, причем каждое отверстие снабжено односторонним клапаном 4, например, в виде отрезка мягкой резиновой или полимерной трубки. Кроме того, отверстия 3 выполнены в боковых стенках трубки 2 таким образом, что их ось совпадает с направлением потока перекачиваемой жидкости в трубопроводе.
Устройство для уменьшения гидравлических потерь в трубопроводе работает следующим образом. В трубу 1 подают перекачиваемую жидкость со скоростью ν. В трубку 2 подают маловязкую жидкость, при росте гидравлического сопротивления в перекачиваемой жидкости, потери давления увеличиваются, абсолютное давление перекачиваемой жидкости в трубе 1 уменьшается, под избыточным давлением в трубке 2 маловязкой жидкости клапан 4 открывается и из отверстия 3 трубки 2 вытекает маловязкая жидкость, образуя пристенный слой, снижающий гидравлическое сопротивление перекачиваемой жидкости, ее давление в трубе 1 возрастает и клапан 4 закрывается.
Таким образом, установка на каждом отверстии 3 трубки 2 клапана 4 позволяет подавать маловязкую жидкость из трубки 2 через отверстия 3 в пристенный слой трубы 1 только в моменты возрастания гидравлического сопротивления и соответственно уменьшения давления перекачиваемой жидкости в трубе над этим отверстием.
Это позволяет значительно снизить расход маловязкой жидкости, подаваемой в пристенный слой трубы и обеспечить создание устойчивого кольцевого слоя маловязкой жидкости у стенки трубы по всей ее длине.