УСТРОЙСТВО ДЛЯ УМЕНЬШЕНИЯ ГИДРАВЛИЧЕСКИХ ПОТЕРЬ В ТРУБОПРОВОДЕ

Устройство для уменьшения гидравлических потерь в трубопроводе
Полезная модель относится к трубопроводному транспорту и может быть использована в различных областях техники при напорном движении воды, пульпы, вязких структурированных жидкостей, в частности газа, нефти и нефтегазожидкостных смесей, содержащих песок и другие механические примеси, по трубопроводам.
Известно устройство для снижения гидравлических потерь в ступенчато расширяющихся трубопроводах, содержащее установленные в зоне расширения потока перегородки с центральными отверстиями, плоскость которых перпендикулярна оси трубопровода, с целью повышения эффективности работы устройства, перегородки установлены под угол α=70-75° к образующим поверхности трубопровода с переменным шагом (Патент СССР №1681072, F15D 1/02, опубл. 30.09.1991 г.).
Недостаток аналога - сложная конструкция перегородок с центральными отверстиями, которые установлены в зоне расширения потока.
Известно устройство для уменьшения гидравлических потерь в трубопроводе, включающее средство (узел) для закручивания потока жидкости, выполненное из проволоки в виде цилиндрической пружины с наружным диаметром, равным внутреннему диаметру трубы, и шагом витка, определяемым по формуле
2
где λ - шаг витка, м; υ - скорость движения жидкости, м/с; D - внутренний диаметр трубопровода, м; g=9,81 - ускорение свободного падения, м/с (Патент РФ №2285198, F17D 1/20, F15D 1/06, опубл. 10.10.2006 г.).
По наибольшему количеству сходных признаков и достигаемому при использовании результату приведенное выше устройство выбрано в качестве прототипа.
Недостаток прототипа - значительные потери напора при работе средства для закручивания потока жидкости, которое выполнено из проволоки в виде цилиндрической пружины.
Техническим результатом заявляемого устройства является снижение потерь напора узла для закручивания потока жидкости.
Для достижения указанного технического результата в устройстве для уменьшения гидравлических потерь в трубопроводе, содержащем узел для закручивания потока жидкости, узел выполнен в форме отрезка винтовой трубы прямоугольного поперечного сечения и установлен стационарно внутри трубопровода при помощи гибких уплотнений.
Кроме того, заявляемое решение имеет факультативные признаки, характеризующие его частные случаи, а именно:
- узел для закручивания потока жидкости размещен в зоне стыка труб трубопровода.
- узел для закручивания потока жидкости изготовлен, например, из композиционных материалов.
- гибкое уплотнение выполнено в форме ленты с поперечным сечением в виде двух шаров с перемычкой и изготовлено, например, из прорезиненного материала.
Отличительными признаками предлагаемого устройства от указанного выше, наиболее близкого к нему, являются - выполнение узла для закручивания потока жидкости в форме отрезка винтовой трубы прямоугольного поперечного сечения, стационарное размещение узла внутри трубопровода при помощи гибких уплотнений.
Благодаря наличию этих признаков применение предлагаемого устройства позволит увеличивать скорость потока вдоль продольной оси трубопровода, путем плавного закручивания потока жидкости вдоль внешней и внутренней винтовой поверхности узла для закручивания потока жидкости. Такое движение обеспечивает минимальные потери напора так, как поток жидкости концентрируется вокруг продольной оси и слабо контактирует с внутренней поверхностью трубопровода. Увеличение продольной скорости позволяет увеличить расход жидкости, производительность трубопровода и сократить потери напора.
Предлагаемое устройство для уменьшения гидравлических потерь в трубопроводе иллюстрируется чертежами, представленными на фиг. 1-3.
На фиг. 1 показан продольный разрез трубопровода с узлом для закручивания потока жидкости и углом закрутки стенки вдоль его продольной оси равен φ=90°.
На фиг. 2 - вид А с верховой стороны узла для закручивания потока жидкости с углом закрутки стенки вдоль продольной оси трубопровода φ=90°.
На фиг. 3 - продольный разрез трубопровода с узлом для закручивания потока жидкости и углом закрутки стенки вдоль продольной оси трубопровода φ=180°.
Устройство для уменьшения гидравлических потерь в трубопроводе содержит трубопровод 1, стык труб 2, узел для закручивания потока жидкости 3, паз 4 и гибкое уплотнение 5.
Устройство для уменьшения гидравлических потерь в трубопроводе работает следующим образом.
Поток жидкости с верховой части трубопровода 1 плавно натекает на узел для закручивания потока жидкости 3 минуя стык труб 2 и плавно закручивается вдоль внешней и внутренней винтовой поверхности (фиг. 1 - угол закрутки стенки вдоль продольной оси трубопровода равен φ=90°, фиг. 3 - угол закрутки стенки вдоль продольной оси φ=180°). Такое движение потока жидкости обеспечивает минимальные потери напора так, как поток жидкости концентрируется вокруг продольной оси и слабо контактирует с внутренней поверхностью трубопровода 1. Увеличение продольной скорости позволяет увеличить расход жидкости и производительность трубопровода 1. Узел для закручивания потока жидкости 3, выполненный например, из композиционных материалов, установлен стационарно и прикреплен к внутренней поверхности трубопровода 1 в зоне стыка труб 2 при помощи гибкого уплотнения 5, которое выполнено в форме ленты с поперечным сечением в виде двух шаров с перемычкой и изготовлено, например, из прорезиненного материала, размещенного в пазе 4, проходящего вдоль винтовой линии. Интенсивность закрутки потока зависит от величины угла φ, при увеличении которого возрастает интенсивность закрутки потока жидкости.
По сравнению с аналогом и прототипом предлагаемое устройство устанавливают внутрь трубопровода 1 в зоне стыка труб 2 при их монтаже и закрепляют при помощи гибкого уплотнения 5. Эта операция не требует конструктивных изменений существующих трубопроводов. Винтовое движение потока жидкости обеспечивает минимальные потери напора так, как поток жидкости концентрируется вокруг продольной оси и слабо контактирует с внутренней поверхностью трубопровода 1. Увеличение продольной скорости позволяет увеличить секундный расход жидкости и производительность трубопровода 1. Данное устройство позволит на всех участках трубопровода 1 обеспечить критическую скорость транспортирующего потока, которая исключает заиление трубопровода 1 в местах возможных потерь напора (подъем, крутые повороты и т.д.), а также и по всей длине трассы.