ЗАВИХРИТЕЛЬ ПОТОКА ТЕКУЧЕЙ СРЕДЫ
FLUID FLOW SWIRLER

Изобретение относится к транспортировке текучих сред по трубопроводам и может быть использовано в устройствах воздействия на поток текучей среды в трубопроводе.
Известен двухлопастный завихритель потока текучей среды, содержащий установленные в трубе под углом к потоку текучей среды плоские лопатки [1]. Две одинаковые лопатки установлены в трубе с круглым поперечным сечением, при этом каждая лопатка имеет профиль половинки эллипса, разрезанного вдоль большой его оси на две лопатки и полученного наклонным сечением трубы, выполненным под углом к оси трубы, равным углу наклона края лопатки, причем угол наклона края лопаток образован большой осью эллипса и обратно симметричен оси трубы. Данный завихритель позволяет закручивать поток текучей среды, однако интенсивность перемешивания низкая.
Известен аксиально-лопаточный завихритель потока текучей среды в трубопроводах с поворотом, содержащий цилиндрический корпус, внутри которого концентрично установлены лопатки и центральное тело, принятый за прототип [2].
Аксиально-лопаточный завихритель выравнивает скорости потока по сечению трубопровода, но недостаточно, а также слабо снижает гидравлическое сопротивление.
Техническим результатом изобретения является повышение эффективности перемешивания потока текучей среды, при снижении гидравлического сопротивления и повышении выравнивания скоростей потока по сечению трубопровода.
Технический результат достигается тем, что предлагаемый завихритель потока текучей среды содержит цилиндрический корпус, внутри которого концентрично установлены по крайней мере три лопатки треугольной формы. Лопатки закреплены по большому катету на стержне, расположенном на оси корпуса, и закреплены в основании. Основание выполнено в виде кольца с перемычками. Основание установлено на выходе корпуса. При этом на входе корпуса на стержне закреплен обтекатель с ребрами, а сам корпус со стороны обтекателя выполнен конусным, при этом боковая поверхность конуса и ребра обтекателя параллельны. Между обтекателем и основанием концентрично оси закреплена конусообразная спираль. Каждая лопатка вдоль большого катета по малому катету изогнута по радиусу и закреплена на перемычке основания, изогнутой по тому же радиусу. Спираль выполнена с шагом t, определяемым из соотношения: t=(s+d)/tg α/2, где s - просвет между соседними витками спирали размером не менее d, d - диаметре прутка или ширина ленты, из которых она навита, α - угол конуса спирали, при этом изгибы лопаток и наклоны витков спирали к оси направлены в противоположные стороны.
Наличие по крайней мере трех лопаток треугольной формы позволяет интенсивно перемешивать поток текущей среды.
Конусообразный обтекатель с ребрами выравнивает поток за счет усиления отделения газа из смеси.
Конусообразная спираль, намотанная с предлагаемым шагом, способствует дроблению потока на отдельные части и закручивает его к внутренней стенке корпуса, что способствует дополнительному выделению из потока газовой составляющей.
Изгибы лопаток, расположенных внутри спирали, и наклоны витков самой спирали к оси направлены в противоположные стороны, что позволяет получить двойную закрутку потока в разные стороны. Происходит слияние встречных потоков, что приводит к высокой степени турбулентности потока и усиленному выделению газа.
Основание, выполненное в виде кольца с перемычками, является съемной опорой, на которой крепятся все части завихрителя. Это позволяет производить их быстрый съем, что упрощает ремонт устройства.
На фиг. 1 представлен предлагаемый завихритель потока текучей среды, где:
цилиндрический корпус 1;
лопатка 2;
стержень 3;
основание с перемычками 4;
обтекатель 5;
спираль 6.
Пример
Завихритель потока текучей среды содержит цилиндрический корпус 1, имеющий со стороны входа коническую форму, выполнен из нержавеющий стали, внутри которого концентрично установлены лопатки 2. Три лопатки 2 выполнены треугольной формы из нержавеющей стали толщиной 3 мм. Каждая лопатка 2 изогнута вдоль большого катета и по малому катету на радиус 50 мм. Лопатка 2 приварена по большому катету на стержень 3, а по малому катету к перемычке основания 4. Основание 4 выполнено в виде кольца из нержавеющей стали с перемычками шириной 5 мм и установлено на выходе корпуса 1. Каждая перемычка основания 4 изогнута по тому же радиусу 50 мм, что и приваренная к ней лопатка 2. Стержень 3, выполненный из нержавеющей стали диаметром 16 мм, расположен на оси корпуса 1 и приварен к центру основания 4. На входе корпуса 1 на стержне 3 закреплен конусный обтекатель 5 с восьмью ребрами, выполненный из нержавеющей стали. Корпус 1 со стороны обтекателя 5 выполнен конусным. Боковая поверхность конуса корпуса 1 и ребра обтекателя 5 параллельны. Конусообразная спираль 6 намотана из прутка нержавеющей стали диаметром 8 мм с шагом 45 мм, угол конуса составляет 40°, просвет 8 мм. Спираль 6 закреплена между обтекателем 5 и основанием 4 концентрично оси. Лопатки 2 изогнуты к оси вправо, а витки спирали 6 наклонены к оси влево.
Завихритель потока текучей среды работает следующим образом. Поток текучей среды, в частности нефтегазовой смеси, из трубопровода поступает на вход корпуса 1 и на конический обтекатель 5, который выравнивает поток благодаря наличию ребер, что особенно важно при сильной газовой струе, проходит к спирали 6 и через просветы между витками расслаивается на отдельные цилиндрической формы струи, происходит резкое отделение газа. На выходе из спирали 6 из-за изгиба лопаток 2 возникает сильная завихренность и повышенная турбулентность текучей среды и снова выделяется газ.
Предлагаемый завихритель потока текучей среды прошел испытание на макетном образце. При прохождении текучей среды через устройство происходит повышение эффективности перемешивания потока текучей среды, при снижении гидравлического сопротивления и повышает выравнивание скоростей потока по сечению трубопровода. Увеличение количества лопаток повышает турбулентность потока смеси и ускоряет выделение газа.
Предлагаемое устройство будет использовано в измерительной установке состава компонентов газонефтяной смеси, добываемой из скважин.
Источники информации
1. Патент RU №2323386, МПК F23D, 14/24.
2. Патент RU №2142582, МПК F15D, 1/04 - прототип.