Трубопровод-завихритель

Полезная модель относится к устройствам, создающим вращательное движение газов и жидкостей, и может быть использована при гидротранспорте нефти, масел, жидких продуктов нефтепереработки в химической, нефтехимической промышленности, а так же в отраслях, относящихся к области гидродинамики и теплотехники для организации процессов смешения и перемешивания сред, организации процесса теплообмена между средами.
Известен трубопровод для перемещения вязких нефти и нефтепродуктов, имеющий на внутренней цилиндрической поверхности винтовую нарезку, придающую потоку жидкости вращательное движение. При добавлении в поток нефти воды, более тяжелой жидкости, чем нефть, происходит ее отбрасывание к стенке трубы центробежной силой, тем самым достигается уменьшение гидравлического трения потока нефти о стенку (Коршак А.А., Шаммазов А.М. Основы нефтегазового дела: Учебник для вузов. - 3-е изд., испр. и доп. - Уфа.: ООО «ДизайнПолиграфСервис», 2005.—528 с.: ил. с. 336-337).
Недостатком известного трубопровода является высокая металлоемкость, сложность изготовления винтовых нарезок на внутренней цилиндрической поверхности, а также отсутствие возможности полной очистки внутренней поверхности от отложений парафина, накопление которого засоряет нарезанные каналы, препятствует формированию водяного кольца у стенки, что резко ухудшает параметры перекачки.
Известен завихритель, выполненный из ленты, смонтированной внутри патрубка, при этом лента согнута по прямым линиям, размещенным под углом к кромкам ленты, и свернута в цилиндрические витки, соединенные друг с другом по продольным кромкам в виде пустотелого патрубка, с образованием по периметру наружной и внутренней поверхностей его однонаправленных многозаходных винтовых линий и многозаходных винтовых поверхностей треугольной формы (см. RU №2266155, МПК B01D45/12, F15D1/06, 2005).
Недостатками известного завихрителя являются сложность конструкции, наличие значительных местных сопротивлений по периферии трубопровода, невозможность очистки отложений из транспортируемой жидкости.
Известен также трубопровод-завихритель, содержащий корпус, в полости которого размещены средства винтовой закрутки потока (см. RU № 2321779, МПК F15D1/04, 2008). Завихритель содержит корпус, на внутренней стенке которого выполнены направляющие пазы, в виде лепестков, охватывающих весь периметр внутренней поверхности корпуса, а количество пазов определяется соотношением D/2, где D - внутренний диаметр основного трубопровода; высота паза h составляет 0,3d, где d - толщина стенки основного трубопровода, при этом толщина стенки корпуса равна d+0,3d, a протяженность пазов на участке завихрения составляет 10-15D в зависимости от скорости и режима течения потока в трубопроводе.
Недостатками известного завихрителя являются высокая металлоемкость и сложность конструкции, наличие значительных местных сопротивлений по периферии трубопровода, невозможность очистки отложений, содержащихся в транспортируемой жидкости.
Задачей предлагаемой полезной модели является упрощение конструкции.
Технический результат, достигаемый при решении поставленной задачи, выражается в упрощении конструкции, снижении металлоемкости и обеспечении возможности очистки внутренней полости от отложений из транспортируемой среды.
Для решения поставленной задач, трубопровод-завихритель, содержащий трубчатый корпус, в полости которого размещены средства винтовой закрутки потока, отличается тем, что средства винтовой закрутки потока выполнены в виде желобов симметричного поперечного сечения, сопряженных на краях с соседними прилегающими к ним, при этом радиус кривизны сечения желобов соответствует 0,25 наибольшего диаметра полости корпуса, оси симметрии желобов лежат на восьми равноудаленных наибольших диаметральных осях, причем центр сечения корпуса принадлежит каждой из окружностей, описывающих желоба, кроме того, каждый из желобов имеет винтовую закрутку вдоль продольной оси с шагом витка, составляющим пять-десять наибольших диаметров сечения корпуса.
Сопоставительный анализ признаков заявленного решения с признаками прототипа и аналогов свидетельствует о соответствии заявленного решения критерию «новизна».
Отличительные признаки формулы полезной модели обеспечивают решение поставленной задачи, а именно - упрощение конструкции, снижение металлоемкости и обеспечение возможности очистки внутренней полости от отложений из транспортируемой среды.
На фиг. 1 показан общий вид предлагаемого устройства;
на фиг. 2 – разрез А-А на фиг.1;
на фиг. 3 – продольный разрез образующего корпус желоба.
На чертежах показаны трубчатый корпус 1, желоба 2, 3 и 4, их сопряжения 5 и 6, радиус кривизны 7 сечения желобов 2-4, наибольший диаметр 8 полости корпуса, оси симметрии 9 желобов 2-4, центр 10 сечения корпуса, окружности 11, описывающие желоба 2-4, винтовая закрутка 12 желобов 2-4, продольная ось 13, шаг витка Р.
Трубопровод-завихритель содержит трубчатый корпус 1, в полости которого размещены средства винтовой закрутки потока, которые выполнены в виде восьми желобов (из которых обозначена только часть - 2-4) симметричного поперечного сечения с осями симметрии 9, выпуклых наружу. Желоба 2-4 имеют сопряжения 5 на краях с соседними прилегающими к ним (например желоб 3 и желоба 2 и 4), при этом радиус кривизны сечения желобов соответствует 0,25 наибольшего диаметра 8 полости корпуса 1, оси симметрии 9 желобов лежат на восьми равноудаленных наибольших диаметральных осях 8, причем центр 10 сечения корпуса 1 принадлежит каждой из окружностей 11, описывающих желоба, кроме того, каждый из желобов имеет винтовую закрутку 12 вдоль продольной оси 13 с шагом витка Р, составляющим пять-десять наибольших диаметров 8 сечения корпуса 1.
Наружная форма корпуса 1 устройства повторяет форму внутренней за счет одинаковой толщины стенки.
Трубопровод-завихритель работает следующим образом. При вхождении в корпус 1 потока текучей среды, ее наружные слои направляются желобами 2-4, которыми сформирована внутренняя поверхность корпуса 1, что помимо продольной скорости придает им угловую скорость и приводит к вращению потока. Каждая частица среды начинает двигаться по спиралеобразной траектории. Эта форма движения состоит из сочетания четырех форм движения: двух прямолинейных (движения вдоль радиуса кривизны 7 и перпендикулярно к нему) и двух вращательных (вращения движущейся частицы вокруг собственного центра вращения 10 и вращения радиуса кривизны 7 вокруг центра кривизны), т.е. обеспечивается приобретение каждой частицы среды помимо продольной скорости движения еще и тангенциальной.
Примером использования предлагаемого устройства служит его применение в качестве входного патрубка перед рабочим колесом насоса. При закручивании потока по ходу вращения рабочего колеса, происходит псевдоуменьшение частоты вращения рабочего колеса n на частоту вращения закрученного потока жидкости, что позволит уменьшить такие технологические параметры насоса, как напор, подачу и потребляемую мощность, а значит, снизить общие затраты на гидротранспорт.
Минимизация гидравлических потерь при закручивании потока достигается тем, что по периферии предлагаемого полости корпуса 1 отсутствуют элементы, которые создают значительные сопротивления, а так же тем, что устройство по всей длине в поперечном сечении имеет одинаковую форму и одну и ту же площадь, что означает отсутствие потерь на преодоление местных сопротивлений.
Снижение металлоемкости заключается в том, что трубопровод-завихритель имеет одинаковую по всему периметру поперечного сечения толщину стенки, и при равном проходном сечении с гладкой цилиндрической трубой имеет периметр поперечного сечения на 2,5% больший периметра окружности. Кроме того «сопряжения» желобов и сами желоба являются объемными (т.е. неплоскостными) «балками», поэтому их сопротивление изгибу выше, что позволяет снизить толщину стенок корпуса.
Очистка устройства из-за постоянного поперечного сечения и небольшого количества направляющих желобов может производиться специальными скребками, содержащими радиальные штанги, оснащенные чистящими элементами. Чистящие элементы могут представлять собой комплексы щеток и дисков. Хорошая очистка внутренней поверхности завихрителя будет достигаться за счет того, что каждая щетка и диск будут перемещаться и, соответственно, очищать свой один направляющий желоб без пропуска каких-либо поверхностей. Дополнительный эффект процесса очистки будет создаваться если, каждая щетка сможет вращаться вокруг своей оси за счет воздействия на нее закрученного потока жидкости.
Предложенный трубопровод-завихритель может быть изготовлен из стальной гладкой цилиндрической трубы способом горячего протягивания с закручиванием через дорн, повторяющий заданную форму восьми-дугового сечения. Трубопровод-завихритель может также быть изготовлен путем неразъемного соединения двух заготовок, предварительно отштампованных из листового материала, при этом штампом формируется необходимая форма винтообразных желобов.
Таким образом, использование предлагаемого устройства более эффективно по сравнению с использованием устройства-прототипа.