Устройство для уменьшения гидравлических потерь в трубопроводе

Техническое решение относится к устройствам, снижающим гидравлическое сопротивление трубопровода при перекачивании по нему высоковязких ньютоновских и неньютоновских жидкостей, растворов полимеров, суспензий и эмульсий и может найти применение при гидротранспорте в магистральных и региональных трубопроводах, внутризаводских и коммуникационных сетях, а также промышленных сырьевых и продуктопроводных сетях с жидкостями, не обладающими электропроводящими свойствами и не образующими при электролизе электролитических газов. Техническим результатом предлагаемого устройства для уменьшения гидравлических потерь в трубопроводе является снижение гидравлического сопротивления на всей длине трубопровода за счет создания устойчивого газового пристенного слоя одинаковой толщины. Технический результат достигается тем, что в устройстве для уменьшения гидравлических потерь в трубопроводе, включающем установленную внутри трубопровода цилиндрическую пружину, выполненную из проволоки, покрытой электроизоляционным материалом, с наружным диаметром пружины с электроизоляционным материалом равным внутреннему диаметру трубы, причем проволока присоединена к положительному полюсу источника постоянного тока, а трубопровод заземлен, при этом электроизоляционный материал выполнен из трубки с равномерно перфорированной боковой поверхностью, а отношение внутреннего диаметра трубки к диаметру проволоки определяется соотношением где d₀ и d - соответственно внутренний диаметр трубки и проволоки.

Техническое решение относится к устройствам, снижающим гидравлическое сопротивление трубопровода при перекачивании по нему высоковязких ньютоновских и неньютоновских жидкостей, растворов полимеров, суспензий и эмульсий и может найти применение при гидротранспорте в магистральных и региональных трубопроводах, внутризаводских и коммуникационных сетях, а также промышленных сырьевых и продуктопроводных сетях с жидкостями, не обладающими электропроводящими свойствами и не образующими при электролизе электролитических газов.

Известно устройство для уменьшения гидравлических потерь в трубопроводе, включающее средство для закручивания потока жидкости, выполненное из проволоки в виде цилиндрической пружины с наружным диаметром, равным внутреннему диаметру трубы (Патент РФ 2285198, F17D 1/20, F15D 1/06, 2006 г.).

К причинам, препятствующим достижению заданного технического результата, относится невозможность использования для создания газового, воздушного или пенного пристенного слоя из-за быстрой потери устойчивости, что приводит к росту гидравлического сопротивления по длине трубопровода.

Известно устройство для уменьшения гидравлических потерь в трубопроводе, включающее цилиндрическую пружину, выполненную из полой трубки и установленную внутри трубопровода с наружным диаметром, равным внутреннему диаметру трубы и шагом витка, определяемым по формуле

где - шаг витка, м; - скорость движения жидкости, м/с; D - внутренний диаметр трубопровода, м; g=9,81 - ускорение свободного падения, м/с ².

На боковой поверхности трубки на расстоянии равном шагу витка выполнены отверстия таким образом, что их ось совпадает с направлением потока жидкости в трубопроводе (Патент РФ 2285198, F17D 1/20, F15D 1/06, 2006 г.).

К причинам, препятствующим достижению заданного технического результата, относится неравномерность истечения маловязкой жидкости или газа из отверстий в боковой поверхности трубки, что приводит к неравномерности толщины пристенного слоя маловязкой жидкости или газа и увеличивает гидравлическое сопротивление по длине трубопровода.

Наиболее близким техническим решением по совокупности признаков к заявленному объекту и принятым за прототип является устройство для уменьшения гидравлических потерь в трубопроводе, включающее установленную внутри трубопровода цилиндрическую пружину, выполненную из проволоки, при этом проволока состоит из чередующихся участков, покрытых и непокрытых электроизоляционным материалом, длина которых составляет 10-40 мм, наружный диаметр пружины с электроизоляционным материалом равен внутреннему диаметру трубы, проволока присоединена к положительному полюсу источника постоянного тока, а трубопровод заземлен. (Патент РФ 84924, F15D 1/06, F17D 1/20, 2009 г.).

К причинам, препятствующим достижению заданного технического результата, относится сложность создания кольцевого газового пристенного слоя одинаковой толщины по всей длине трубопровода, что вызывает повышение гидравлического сопротивления трубопровода.

Техническим результатом предлагаемого устройства для уменьшения гидравлических потерь в трубопроводе является снижение гидравлического сопротивления на всей длине трубопровода за счет создания устойчивого газового пристенного слоя одинаковой толщины.

Поставленный технический результат достигается тем, что в устройстве для уменьшения гидравлических потерь в трубопроводе, включающем установленную внутри трубопровода цилиндрическую пружину, выполненную из проволоки, покрытой электроизоляционным материалом, с наружным диаметром пружины с электроизоляционным материалом равным внутреннему диаметру трубы, причем проволока присоединена к положительному полюсу источника постоянного тока, а трубопровод заземлен, при этом электроизоляционный материал выполнен из трубки с равномерно перфорированной боковой поверхностью, а отношение внутреннего диаметра трубки к диаметру проволоки определяется соотношением

где d₀ и d - соответственно внутренний диаметр трубки и проволоки.

Выполнение электроизоляционного материала в виде трубки предотвращает короткое замыкание проволоки на поверхности трубы.

Выполнение трубки с внутренним диаметром d₀ большим диаметра проволоки d позволяет подавать в трубку электролитическую жидкость по всей длине трубки. Кроме того, это позволяет легко устанавливать проволоку внутри трубки.

Уменьшение нижнего предела соотношения d₀/d против заявленной величины 1,15 увеличивает гидравлическое сопротивление трубки при течении внутри нее электролитической жидкости, что может предотвратить ее течение на каком-то участке трубопровода (а значит образование устойчивого пристенного маловязкого слоя) и увеличить гидравлическое сопротивление трубопровода.

Увеличение верхнего предела соотношения d₀ /d против заявленной величины 1,25 может увеличить расход внутри трубки электролитической жидкости и толщину образующегося в связи с этим пристенного маловязкого слоя. Кроме того, это приводит к увеличению толщины проволоки с электроизоляционным материалом, а значит и гидравлического сопротивления, так как толщина пристенного маловязкого слоя может стать меньше диаметра d₀ трубки изоляционного материала.

Равномерная перфорация боковой поверхности трубки позволяет вытекать через отверстия перфорации электролитической жидкости с электролизом ее и образованием устойчивого газового пристенного слоя одинаковой толщины на боковой внутренней поверхности трубопровода по всей его длине, что снижает гидравлическое сопротивление трубопровода.

На фиг. представлен общий вид предлагаемого устройства для уменьшения гидравлических потерь в трубопроводе.

Оно состоит из трубы 1 с внутренним диаметром D, в которой установлена цилиндрическая пружина, выполненная из проволоки 2 с электроизоляционным материалом в виде трубки 3, при этом внутренний диаметр d₀ трубки 3 и диаметр d проволоки подчиняются соотношению (1), а наружный диаметр пружины с электроизоляционным материалом трубки 3 равен внутреннему диаметру D трубы 1. Проволока 2 пружины присоединена к положительному полюсу 4 источника постоянного тока, а труба 1 присоединена к заземлению 5. Боковая поверхность трубки 3 равномерно перфорирована по всей длине, то есть имеет отверстия 6. На входе трубка 3 присоединена к магистрали подачи электролитической жидкости (технической воды, рассола, раствора кислоты или щелочи) с помощью патрубка 7.

Устройство для уменьшения гидравлических потерь в трубопроводе работает следующим образом. В трубу 1 подают перекачиваемую жидкость, на проволоку 2 от положительного полюса источника постоянного тока 4 подают положительный потенциал, а по патрубку 7 внутрь трубки 3 электролитическую жидкость. Капли этой жидкости просачиваются через отверстия 6 в боковой равномерно перфорированной поверхности трубки 3 смачивают внутреннюю поверхность трубы 1, где под действием разности потенциалов на проволоке 2 и трубе 1 идет электролиз с образованием электролитических газов кислорода и водорода, образующих маловязкий газовый пристенный слой на всей длине трубы 1, который приводит к снижению гидравлических потерь в трубопроводе.

Устройство обладает возможностью саморегулирования электролиза с образованием слоя электролитических газов. Там, где вблизи отверстий 6 газов образовалось много, они, обладая диэлектрическими свойствами, размыкают электрическую сеть электролитической жидкости от проволоки 2 к стенке трубы 1 с прекращением процесса выделения газов, и наоборот, где слой газа уменьшается, начинает вновь идти электролиз с восстановлением газового пристенного слоя.

Предлагаемое устройство позволяет уменьшать гидравлические потери при перекачивании любых жидкостей, даже не обладающих электролитическими свойствами, то есть не проводящих электрический ток и не образующих электролитических газов при электролизе.

Устройство можно установить как на вновь строящихся, так и на реконструируемых действующих трубопроводах, особенно на участках местных сопротивлений (поворотах, расширении и сужении, вблизи запорных и регулирующих расход устройств или компенсаторах и т.п.), где гидравлическое сопротивление с газовым пристенным слоем значительно уменьшается.

Устройство для уменьшения гидравлических потерь в трубопроводе, включающее установленную внутри трубопровода цилиндрическую пружину, выполненную из проволоки, покрытой электроизоляционным материалом, с наружным диаметром пружины с электроизоляционным материалом, равным внутреннему диаметру трубы, при этом проволока присоединена к положительному полюсу источника постоянного тока, а трубопровод заземлен, отличающееся тем, что электроизоляционный материал выполнен из трубки с равномерно перфорированной боковой поверхностью, а отношение внутреннего диаметра трубки к диаметру проволоки определяется соотношением

,

где d₀ и d - соответственно внутренний диаметр трубки и проволоки.