УСТРОЙСТВО ДЛЯ УМЕНЬШЕНИЯ ГИДРАВЛИЧЕСКИХ ПОТЕРЬ В ТРУБОПРОВОДЕ

Техническое решение относится к устройствам, снижающим гидравлическое сопротивление трубопровода при перекачивании по нему электропроводных жидкостей, и может найти применение при гидротранспорте воды, ее суспензий, эмульсий, растворов кислот, щелочей и солей в магистральных и региональных трубопроводах, внутризаводских и коммуникационных сетях трубопроводов, а также в трубопроводах промышленных и хозфекальных стоков.
Известно устройство для уменьшения гидравлических потерь в трубопроводе, включающее установку коаксиально внутри него трубки из диэлектрического материала вблизи входа жидкости в трубопровод. На внешней поверхности трубки выполнена канавка в виде спирали, в которой закреплен электрод из проволоки, присоединенный к положительному полюсу источника постоянного тока, а стенка трубопровода - к отрицательному полюсу источника постоянного тока. Трубка из диэлектрического материала имеет внешний диаметр, составляющий 0,93-0,98 долей от внутреннего диаметра трубопровода. При подаче тока в электропроводной жидкости, например воде, идет ее электролиз между стенкой трубы и электродом, закрепленном на трубке из диэлектрического материала, с образованием сплошного газового пристенного слоя, уменьшающего гидравлическое сопротивление (Патент РФ №2241868, F15D 1/06, F17D 1/20, 2004 г.).
К причинам, препятствующим достижению заданного технического результата, относится неустойчивость газового пограничного слоя за трубкой, который перемешиваясь с перекачиваемой жидкостью, создает дополнительное гидравлическое сопротивление и увеличивает энергозатраты на перекачивание жидкости, особенно на участках, где трубопровод сужается или расширяется, в местах установки компенсаторов или на поворотах трубопровода.
Известно устройство для перекачки высоковязкой нефти с водой по трубопроводу, включающему установку внутри трубы спирально свернутой проволоки и приварки ее к стенке трубы, что обеспечивает закрутку потока. В результате более тяжелая вода отбрасывается непосредственно к стенке, а поток нефти двигается внутри водяного кольца, испытывая минимальное трение (Коршак А.А., Шаммазов A.M., Основы нефтегазового дела. Учебник для ВУЗов. Издание второе, дополненное и исправленное. - Уфа: ООО «ДизайнПолиграфСервис», 2002. - 544 с., стр.343-344.).
К причинам, препятствующим достижению заданного технического результата, относится невозможность создания устойчивого пристенного слоя маловязкой жидкости - воды - по всей длине трубопровода из-за накопления отложений на внутренней поверхности трубопровода и сложности их удаления с поверхности проволоки, а также невозможность использования для создания газового, воздушного или пенного пограничного слоя, вследствие перемешивания с перекачиваемой жидкостью и увеличения гидравлического сопротивления, особенно на участках местных сопротивлений (расширения или сужения, поворотах, установке компенсаторов).
Наиболее близким техническим решением к заявляемому устройству является устройство для уменьшения гидравлических потерь в трубопроводе, включающем установленную внутри трубопровода цилиндрическую пружину, выполненную из проволоки, при этом проволока состоит из чередующихся участков, покрытых и непокрытых электроизоляционным материалом, длина которых составляет 10-40 мм, наружный диаметр пружины с электроизоляционным материалом равен внутреннему диаметру трубы, проволока присоединена к положительному полюсу источника постоянного тока, а трубопровод заземлен. (Патент РФ №84924, F15D 1/06, F17D l/20, 2009г.).
К причинам, препятствующим достижению заданного технического результата, относится недостаточная надежность устройства, связанная с контактом части оголенного провода со стенкой трубопровода и возможностью возникновения короткого замыкания, особенно на участках местных сопротивлений, где трубопровод расширяется или сужается, имеет повороты или компенсаторы.
Техническим результатом предлагаемого устройства для уменьшения гидравлических потерь в трубопроводе является повышение надежности работы, связанной с предотвращением короткого замыкания при контакте части оголенного провода со стенкой трубы, за счет покрытия электроизоляционным материалом всей длины проволоки.
Поставленный технический результат достигается тем, что в устройстве для уменьшения гидравлических потерь в трубопроводе, включают установленную внутри трубопровода пружину, выполненную из проволоки и покрытую снаружи электроизоляционным материалом с наружным диаметром пружины с электроизоляционным материалом равным внутреннему диаметру трубы, проволока присоединена к положительному полюсу источника постоянного тока, а трубопровод заземлен, при этом электроизоляционный материал выполнен в виде сфер с отверстиями, причем отношение диаметра отверстий к диаметру проволоки определяется соотношением
0
где d и d - соответственно диаметры отверстия в сфере и проволоки.
Выполнение электроизоляционного материала в виде сфер с отверстиями позволяет полностью закрыть всю длину проволоки электроизоляционным материалом переменной толщины, изменяющейся от диаметра сферы до нуля, то есть при подаче потенциала на проволоку и заземлении трубопровода в зонах соприкосновения сфер, где электроизоляция отсутствует, идет электролиз воды с образованием пузырьков электролитических газов и созданием маловязкого пристенного газового слоя, резко снижающего гидравлические потери в трубопроводе.
Выполнение отверстий в сферах позволяет их монтировать на
проволоку по всей ее длине.
0
Уменьшение нижнего предела соотношения диаметра отверстия в сфере к диаметру проволоки против заявленной величины d/d<1,05, уменьшает вероятность выхода пузырьков электролитических газов к стенке трубопровода и создание пристенного газового слоя, что снижает надежность устойчивой работы, а также усложняет монтаж сфер на проволоку и их перемещение вдоль ее длины.
0
Увеличение верхнего предела соотношения диаметра отверстия в сфере к диаметру проволоки против заявленной величины d/d>1,2, вызывает создание зазора переменной толщины между стенкой трубопровода и поверхностью проволоки, в котором идет электролиз, что изменяет толщину газового пристенного слоя и приводит к повышению гидравлического сопротивления, что снижает надежность работы устройства. Кроме того, это приводит к переменной плотности тока по длине проволоки-анода и ее растворению в местах повышенной плотности тока, а также уменьшает прочность стенок сферы, что может привести к ее разлому, потери электроизоляционных свойств и короткому замыканию, что также уменьшает надежность работы.
Нижний предел заявленного соотношения (1) целесообразно применять на трубопроводах большого диаметра D и соответственно большего диаметра сфер и проволоки d, а верхний предел - на трубопроводах небольшого диаметра D и соответственно маленького диаметра сфер и проволоки d.
Таким образом, выполнение электроизоляционного материала в виде сфер с отверстиями, подчиняющихся соотношению (1), позволяет предотвратить соприкасание и короткое замыкание проволоки на стенку трубопровода на всей его длине, а особенно на участках поворота, расширения или сужения и установки компенсаторов, а значит создать устойчивый пристенный слой электролитических газов и уменьшить гидравлические потери в трубопроводе, что увеличивает надежность работы устройства.
На фиг.1 представлен общий вид в разрезе предлагаемого устройства для уменьшения гидравлических потерь на повороте трубопровода, на фиг.2-вид А в разрезе сфер из диэлектрического материала, установленных на проволоке.
0
Устройство состоит из трубы 1 с внутренним диаметром D, в котором установлена цилиндрическая пружина, выполненная из проволоки 2 диаметром d, покрытой на всей длине электроизоляционным материалом, выполненным в виде сфер 3, при этом наружный диаметр пружины с электроизоляционным материалом - сферами 3 равен внутреннему диаметру трубы 1. Каждая сфера 3 имеет отверстие диаметром d,при этом отношение диаметра этого отверстия к диаметру проволоки 2 определяется соотношением (1). Проволока 2 пружины присоединена к положительному полюсу.4 источника постоянного тока, а трубопровод присоединен к заземлению 5.
Устройство для уменьшения гидравлических потерь в трубопроводе работает следующим образом. В трубу 1 подают электропроводную перекачиваемую жидкость. На проволоку 2 от положительного полюса 4 источника постоянного тока подают положительный потенциал. Под действием разности потенциалов между сферами 3, где толщина электроизоляции равна 0, и стенкой трубы 1 идет электролиз с образованием электролитических газов. Газы электролиза образуют маловязкий пристенный слой по всей длине трубы 1, поэтому поток перекачиваемой жидкости движется внутри кольцевого газового пристенного слоя, что значительно снижает гидравлическое сопротивление и увеличивает надежность работы.
Так как сферы 3, выполненные из электроизоляционного материала (например, пластмассы или резины), полностью покрывают всю длину проволоки 2, то на поворотах, сужениях или расширениях трубопровода, в местах установки компенсаторов из-за отсутствия оголенных участков проволоки 2, она при установке цилиндрической пружины в трубу 1 или во время работы под действием динамического напора перекачиваемой жидкости не может соприкасаться со стенкой трубопровода и вызвать короткое замыкание.
Предлагаемое устройство для уменьшения гидравлических потерь в трубопроводе несложно в изготовлении. Для этого достаточно на проволоку 2 через отверстия в сферах 3 на всей длине проволоки установить эти сферы, саму проволоку 2 со сферами 3 скрутить в спираль с наружным диаметром равным внутреннему диаметру D трубы 1, а спираль из проволоки 2 установить внутри трубы 1. Предлагаемое устройство можно установить как на действующих, так и на вновь прокладываемых трубопроводах для перекачивания электропроводных жидкостей, что повысит надежность их работы при эксплуатации.