Устройство для уменьшения гидравлических потерь в трубопроводе

Полезная модель относится к области строительства и транспортирования жидких и газообразных продуктов с помощью магистральных трубопроводов, выполненных из стальных или пластмассовых (полиэтиленовых) материалов. В качестве продуктов для транспортирования могут быть природный газ, нефть, вода, масла, растворы, эмульсии и суспензии, расплавы полимеров и другие ньютоновские и неньютоновские жидкости.
Известны устройства для уменьшения гидравлического сопротивления трубопровода за счет подачи в пограничный слой на внутренней поверхности трубопровода маловязкой жидкости, воды, пара, эмульсий, химических реагентов, полимерных растворов и проч. (1). Недостатком данных устройств являются необходимость дополнительных затрат на эти материалы и сложности, связанные с необходимостью их последующего удаления из транспортируемого продукта.
Известны трубопроводы для текучей среды, снабженные на своей внутренней поверхности покрытием с малым сопротивлением трения потоку. Однако нанесение таких покрытий является довольно трудоемкой операцией, что удорожает стоимость изготовления трубопровода. Кроме того, такие покрытия стойки не ко всем текучим средам, так что их применение ограничено (2).
Известно, принятое в качестве прототипа устройство для уменьшения гидравлических потерь в трубопроводе (3), включающее средство для закручивания потока жидкости, выполненное из проволоки в виде цилиндрической пружины с наружным диаметром равным внутреннему диаметру трубопровода.… Недостатком прототипа является то, что пружина установлена по всей длине трубопровода, что значительно повышает его материалоемкость и стоимость. Установка пружины в действующие трубопроводы требует их предварительного демонтажа, что существенно увеличивает стоимость практического применения данного устройства.
Целью предложенной полезной модели являются
- обеспечение снижения гидравлических потерь на действующих и строящихся трубопроводах без существенных дополнительных затрат,
- уменьшение отложений твердых фракций в нижней части поперечного сечения трубопроводов и, соответственно, снижение затрат на их очистку,
- уменьшение акустических шумов при эксплуатации трубопроводов.
Поставленная цель достигается в конструкции устройства для уменьшения гидравлических потерь в трубопроводе тем, что оно содержит установленный на его наружной поверхности вибратор, основание которого жестко соединено с хомутом, охватывающим трубопровод по окружности наружной поверхности, при этом вибратор содержит поворотный вал с эксцентриком или выполнен с возможностью использования электромагнетизма.
Полезная модель поясняется схематическими чертежами, где на фиг. 1 представлен общий вид трубопровода с предложенным устройством, а на фиг. 2 - разрез А-А по фиг. 1.
Предложенное устройство состоит из размещенного на наружной поверхности трубопровода 1 вибратора 2, основание 3 которого жестко соединено (например, сваркой) с хомутом 4, состоящим из двух половин, закрепленных на трубопроводе 1 болтами 5 (фиг 1 и 2).
Предложенное устройство работает следующим образом. Вибратор 2 с хомутом 4 устанавливается на наружной поверхности трубопровода 1. Плотность контакта хомута 4 с наружной поверхностью стенки трубопровода 1 обеспечивается затяжкой болтов 5. Вибратор 2 включается в работу от электросети или от аккумуляторной батареи (на чертеже не показаны). Вибрация от вибратора 2 через основание 3 и хомут 4 передается на внутреннюю поверхность стенки трубопровода 1. При этом происходит разрушение (скалывание) пограничного слоя жидкости (газа) на внутренней поверхности стенки трубопровода 1, так как вибрация нарушает структуру связи молекул жидкости в прилегающем к стенке слое (4). В результате резко снижается вязкость жидкости в слое, прилегающем к внутренней поверхности стенки, скорость потока жидкости в трубопроводе возрастает, а сопротивление трения снижается, как и гидравлические потери в трубопроводе. Повышение скорости потока ведет к уменьшению отложений в нижней части поперечного сечения трубопровода, а снижение интенсивности турбулентных пульсаций в ядре потока приводит к уменьшению акустических шумов (4).
Расстояние между отдельными вибраторами и их общее количество на длине трубопровода находится в прямо пропорциональной зависимости от требуемой пропускной способности трубопровода.
Амплитуда вибраций, сообщаемых стенке трубопровода не превышает величину, допустимую по условиям сохранения прочности конструктивных элементов трубопровода в длительной эксплуатации.
Литература.
1. Авт. свид. №364493, класса МПК В63в 1/34, опубл. 28.12.1973 г., бюл. №5.
2. Патент РФ №2485360, класса МПК F15B 1/06, опубл. 27.02.2008 г.
3. Патент РФ №2285198, класса МПК F15B 1/06 jn 10.10.2006 г.
4. С.А. Ищенко, А.А. Бондарец Влияние вибрации поверхности, омываемой полуограниченной струей на характеристики ее пограничного слоя. ISSN 1813-1166 Вiсник НАУ, 2010 г., №2.