УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПЕРЕМЕЩЕНИЯ ВЯЗКИХ ЖИДКОСТЕЙ

Изобретение относится к области общих технологий и может быть использовано в химической, топливной и транспортной и других отраслях промышленности при перемещении (передавливании, перекачке) вязких жидкостей по трубопроводам.
Известны способы и устройства для перемещения вязких жидкостей, связанные с подогревом перемещаемой жидкости до консистенции, необходимой для работы гидронасосов (Патент РФ №2307780, опубл. 10.10.2007 г. «Способ управления процессом слива высоковязких продуктов из емкости»; Патент РФ №2307057, опубл. 27.09.2007 г. «Устройство для разогрева и слива из емкости продуктов в холодном и вязком состоянии»).
Известен способ перемещения вязких жидкостей, реализованный в установке для выгрузки из емкостей вязких или загустевших при низких температурах жидкостей (Патент РФ №2064426, опубл. 27.07.1996 г.).
В данном способе нагревают стенку трубопровода, при этом прилегающей к ней слой загустевшей жидкости становится текучим с незначительным касательным напряжением. Вследствие этого, под действием перепада давления, создаваемого в сливном резервуаре вакуумом, загустевшая жидкость, покрытая снаружи жидким слоем, будет свободно перемещаться по трубопроводу из разгружаемой емкости в резервуар.
В устройстве для осуществления данного способа трубопровод, соединяющий опорожняемую емкость и вакуумный резервуар, состоит из нескольких шарнирно соединенных секций. Каждая из секций состоит из двух коаксиально соединенных труб, по кольцевой полости между которыми циркулирует теплоноситель. При подогреве разогретым теплоносителем внутренней трубы секции на ее внутренней поверхности образуется текучий слой загустевшей жидкости и под действием перепада давления загустевшая
жидкость в форме цилиндра, имеющего на поверхности жидкий слой, свободно перемещается по трубопроводу.
Способ и устройство, обладающие рядом положительных качеств, имеют и недостатки:
1. Необходимость нагрева теплоносителя (стенки трубопровода, слоя жидкости) и обеспечения его циркуляции, наличие в устройстве для этих целей электронагревателей и гидронасоса приводит к существенным энергетическим, а, следовательно, и к экономическим затратам.
2. Наличие циркуляционного контура, включающего обогреваемый резервуар для теплоносителя, электронагреватели и циркуляционный гидронасос делает устройство сложным и дорогостоящим. Кроме того, значительный вес устройства требует специального грузоподъемного механизма для монтажа на опорожняемую емкость.
Предлагаемый способ перемещения вязких жидкостей и устройство для его осуществления позволяют снизить экономические затраты при его реализации, связанные с расходованием тепловой энергии, упростить и снизить стоимость устройства. Предлагаемое устройство доступно к изготовлению на любом малом предприятии.
В заявляемом способе перемещения вязких жидкостей по трубопроводам между стенкой трубопровода и перемещаемой жидкостью вводят слой газа или жидкости с коэффициентом вязкости ниже коэффициента вязкости перемещаемой жидкости.
Вводят слой жидкости предпочтительно с коэффициентом вязкости не менее чем в 10 раз ниже коэффициента вязкости перемещаемой жидкости.
Устройство для перемещения вязких жидкостей, содержит, по меньшей мере, одну секцию, включающую полый корпус со щелью или отверстиями, расположенными по периметру корпуса, закрытыми с наружной стороны полой герметичной муфтой. Муфта снабжена, по крайней мере, одним патрубком для подачи газа или жидкости.
На внутренней поверхности корпуса по периметру перед щелью или отверстиями со стороны движения перемещаемой жидкости выполнен выступ для формирования пограничного слоя газа или жидкости.
Корпус дополнительно снабжен приспособлением для присоединения к трубопроводу.
cp)
1cp
2сp
1
2
Известно (Н.Н.Кременецкий и др. «Гидравлика», М, Энергия, 1973 г., с.106-107), что скорость жидкости в трубопроводе (V, находится в обратно пропорциональной зависимости от коэффициента ее вязкости (μ). При этом скорости потоков жидкостей (V; V) с разными коэффициентами вязкости (μ; μ) находятся в соотношении
1cp
2ср
2
1
V/ У=μ/μ
Целью предлагаемого способа является увеличение скорости потока вязкой жидкости путем снижения касательных напряжений в пристеночном слое перемещаемой вязкой жидкости
Решение поставленной технической задачи заключается в создании жидкого слоя между стенкой трубопровода и перемещаемой жидкостью путем введения между внутренней стенкой трубопровода и перемещаемой жидкостью тонкого слоя газа или жидкости, коэффициент вязкости которой в несколько раз ниже коэффициента вязкости перемещаемой жидкости.
Это подтверждено экспериментально и установлено, что оптимальный эффект обеспечивается при введении между стенкой трубопровода и перемещаемой жидкостью жидкости с коэффициентом вязкости не менее, чем в 10 раз ниже коэффициента вязкости перемещаемой жидкости.
При использовании жидкости с коэффициентом вязкости менее чем в 10 раз ниже коэффициента вязкости перемещаемой жидкости скорость потока начинает уменьшаться в обратно пропорциональной зависимости.
Наличие в секции устройства для перемещения вязких жидкостей полого корпуса со щелью или отверстиями, расположенными по его периметру и закрытыми с наружной стороны полой герметичной муфтой, обеспечивает введение между стенкой трубопровода и перемещаемой
жидкостью слоя газа или жидкости с коэффициентом вязкости ниже коэффициента вязкости перемещаемой жидкости.
Один или несколько патрубков служат для подачи жидкости или газа во внутреннюю полость муфты.
Кольцевой выступ на внутренней поверхности корпуса по периметру перед кольцевой щелью или отверстиями со стороны движения перемещаемой жидкости обеспечивает формирование слоя вводимого газа или жидкости.
Присоединение корпуса к трубопроводу обеспечивается преимущественно дополнительными приспособлениями, например, в виде фланцев.
Новые существенные признаки заявляемого изобретения в научной и технической литературе не обнаружены, предложенное решение не следует явным образом из уровня техники, а совокупность признаков обеспечивает новые свойства. Это позволяет сделать вывод, что заявляемое решение соответствует критерию изобретательский уровень.
На чертеже фиг.1 изображен профиль скоростей ламинарного потока вязкой жидкости без слоя вводимой жидкости или газа.
На чертеже фиг.2 изображен профиль скоростей ламинарного потока вязкой жидкости со слоем вводимой жидкости или газа.
На чертеже фиг.3 представлена схема устройства для перемещения вязких жидкостей, состоящего из одной секции.
Заявляемый способ перемещения вязких жидкостей реализуется в устройстве, состоящем из одной или нескольких секций. Каждая секция состоит из полого корпуса (1) с приспособлениями, например, фланцами (2) для подсоединения к трубопроводу (3). По периметру корпуса имеется сквозная щель или ряд отверстий (4), закрытых с наружной стороны корпуса полой муфтой (5) с патрубком (6), герметично соединенной с корпусом. Перед щелью или отверстиями на внутренней поверхности корпуса по периметру со стороны движения перемещаемой жидкости (7) имеется
выступ (8). В случае перемещения вязкой жидкости на значительные расстояния может быть использовано несколько соединенных между собой секций с общими резервуаром и отсечными вентилями. Соединение секций может быть выполнено шарнирно.
Устройство (состоящее из одной секции) работает следующим образом: перед началом перемещения вязкой жидкости открывают вентиль (9) (или вентиль (10) в случае подачи газа) и жидкость (11) из емкости (12) поступает через патрубок (6) в полую муфту (5) и через щель или ряд отверстий (4) поступает во внутреннюю полость корпуса (1) и смачивает стенку корпуса. При движении перемещаемой вязкой жидкости (7) (например, под действием перепада давления) вводимая менее вязкая жидкость (или газ) (11) с помощью выступа (8) образует слой между внутренней поверхностью корпуса (1) и перемещаемой вязкой жидкостью (7). При этом в несколько раз снижаются касательные напряжения, изменяется профиль скоростей потока и увеличивается скорость движения перемещаемой вязкой жидкости.
Профили скоростей ламинарного потока перемещаемой вязкой жидкости без слоя и со слоем вводимой жидкости или газа приведены на фиг.1 и фиг.2 соответственно, где
1ср
V - средняя скорость потока без слоя вводимой жидкости;
1max
V - максимальная скорость потока без слоя вводимой жидкости;
2ср
V - средняя скорость потока со слоем вводимой жидкости;
2max
V - максимальная скорость потока со слоем вводимой жидкости.
При перемещении вязких жидкостей вводили, как правило, жидкость или газ, не ухудшающие качество перемещаемой жидкости.
Пример 1.
При перемещении мазута при температуре 0°С между стенкой трубопровода и мазутом был введен керосин. Скорость перемещения мазута увеличилась в 7,5 раз по сравнению с вариантом без использования керосина и без нагрева.
Пример 2.
При перемещении винилина при температуре 20°С между стенкой трубопровода и винилином была введена вода. Скорость перемещения винилина увеличилась в примерно в 5 раз по сравнению с вариантом без использования воды и без нагрева.
Пример 3.
При перемещении эпоксидной смолы при температуре 20-25°С между стенкой трубопровода и эпоксидной смолой был введен ацетон. Скорость перемещения эпоксидной смолы увеличилась в 6,2 раза по сравнению с вариантом без использования ацетона и без нагрева. Пример 4.
При перемещении эпоксидной смолы в трубке диаметром 12 мм, длиной 450 мм при температуре 20-25°С между стенкой трубопровода и эпоксидной смолой был введен газообразный азот. Скорость перемещения эпоксидной смолы увеличилась в 4,7 раз по сравнению с вариантом без использования газообразного азота и без нагрева.
Пример 5.
При перемещении эпоксидной смолы при температуре 20-25°С между стенкой трубопровода и эпоксидной смолой был введен воздух. Скорость перемещения эпоксидной смолы увеличилась приблизительно в 5 раз по сравнению с вариантом без использования воздуха и без нагрева.
Таким образом, заявляемое изобретение позволяет производить перемещение и перегрузку вязких жидкостей, не ухудшая их качество, без нагрева, что обеспечивает снижение экономических затрат при его реализации, связанные с расходованием тепловой энергии, при этом упростить и снизить стоимость устройства. Предлагаемое устройство доступно к изготовлению на любом малом предприятии.