Устройство для создания закрученного кавитационного потока в трубопроводе
Техническое решение относится к нефтегазовой промышленности, в частности к устройствам для транспортировки нефти и нефтепродуктов и может быть использовано для транспорта высоковязкой нефти и нефтепродуктов. Технический результат - снижение пульсаций давления, возникающих при неравномерной концентрации потока, уменьшение вязкости транспортируемой жидкости и выпадения осадка, что приводит к снижению энергопотребления. Он достигается тем, что полый цилиндрический корпус переменного сечения имеет плавное сужение, создающее кавитационный порог, безотрывной диффузор, обеспечивающий пониженное гидросопротивление, а по внутреннему диаметру диффузора расположены направляющие лопатки, придающие потоку дополнительное закручивание.
Техническое решение относится к нефтяной промышленности, в частности к трубопроводному транспорту высоковязких жидкостей, и может быть использовано в нефтехимической и других отраслях промышленности для управления потоком, а именно сохранения дисперсного состава транспортируемой жидкости и уменьшения выпадения осадка в системе трубопроводов.
Известно устройство для переформирования потока в трубопроводе (см. а.с. СССР №1221466, 1984 г.), состоящее из формирующего устройства и фланцев для крепления к трубопроводу. Данное устройство позволяет повысить пропускную способность магистральных трубопроводов и уменьшить выпадение осадка. Недостатком является то, что устройство не уменьшает вязкость транспортируемого продукта.
Известно также устройство для перекачки высоковязких жидкостей (см. а.с. СССР №1657844, 1988 г.), состоящее из плавного сужения, цилиндрического участка и безотрывного диффузора. Данное устройство позволяет снизить энергозатраты на трубопроводный транспорт высоковязкой жидкости за счет повышения эффективности снижения ее вязкости. Недостатком является то, что устройство не перемешивает транспортируемый поток.
Наиболее близким по технической сути является устройство для переформирования потока в трубопроводе (см. а.с. СССР №1573291, 1988 г.), состоящее из изогнутого участка трубы, направляющих лопаток, подшипников качения и скользящих уплотнений. Данное устройство позволяет снизить энергопотребление, увеличить пропускную способность и уменьшить выпадение осадка путем перемешивания потока при транспортировании сред, содержащих мелкодисперсные частицы. Недостатком является то, что устройство не уменьшает вязкость транспортируемого потока.
Техническая задача - создание устройства, позволяющего снизить энергозатраты на трубопроводный транспорт высоковязкой жидкости, повысить пропускную способность трубопроводов, уменьшить выпадение осадка путем перемешивания потока при транспортировании сред, содержащих парафинистые частицы.
Технический результат - усовершенствование конструкции, снижение пульсаций давления, возникающих при неравномерной концентрации потока, уменьшение вязкости транспортируемой жидкости и выпадения осадка, что приводит к снижению энергопотребления.
Он достигается тем, что в линию трубопровода введен полый цилиндрический корпус переменного сечения, имеющий плавное сужение, обеспечивающее возникновение развитой кавитации, участок изогнутой трубы и располагаемый за ним безотрывной диффузор, диаметр широкой части которого равен диаметру трубопровода.
Предлагаемое устройство изображено на рисунке. Оно содержит участок трубопровода 1, плавное сужение 2, подшипники 3 качения, скользящие уплотнения 4, направляющие лопатки 5, расположенные по всему внутреннему периметру входного участка трубы, изогнутый участок трубопровода 6, обеспечивающий плавный поворот потока в вертикальной плоскости на 180° и безотрывной диффузор 7 с направляющими лопатками по внутреннему периметру.
Сужение рассчитывается по формуле Витошинского:
где R - текущий радиус проходного сечения цилиндрического корпуса;
Ro - радиус выходного сечения;
nо - коэффициент поджатия, равный отношению площадей проходного сечения на входе и выходе
где К - текущая координата по длине корпуса;
L - длина корпуса.
Воздействие сил, обусловленных развитой кавитацией, интенсивно разрушает межмолекулярные связи в жидкости и, следовательно, резко снижает ее вязкость. Таким образом, организация кавитационной области, через которую проходит весь поток транспортируемой по трубопроводу высоковязкой жидкости, позволяет существенно снизить ее вязкость по сравнению с воздействием механических колебаний и уменьшить энергозатраты на ее перекачку.
Устройство работает следующим образом.
Для возникновения кавитации давление в жидкости должно быть уменьшено до давления паров насыщения - кавитационный порог. Это происходит в плавном сужении 2. Устройство, переворачивая поток на 180°, перемешивает его во всех плоскостях, формируя вращательное движение путем закручивания направляющими лопатками 5. В то же время за счет динамического напора потока на направляющие лопатки 5 изогнутый участок трубопровода 6, установленный на подшипниках 3 качения и соединенный с основным трубопроводом скользящими уплотнениями 4, начинает вращаться в сторону, противоположную закручиванию потока, существенно улучшая перемешивание. Участок 3 - безотрывной диффузор, обеспечивающий пониженное гидросопротивление, в
котором кавитационные явления постепенно затухают, содержит направляющие лопатки, расположенные по всему внутреннему периметру, которые обеспечивают дополнительное закручивание потока транспортируемой жидкости. Вышедшая из устройства высоковязкая жидкость обладает пониженной вязкостью, при этом существенно снижается сопротивление трения, определяющее основные потери на нефте - и нефтепродуктопроводах.
На трубопроводах малого диаметра устройство может быть выполнено соответствующим профилированием собственно трубопровода без нарушения его целостности. На трубопроводах большого диаметра устройство может быть выполнено как монтируемое в трубопровод (сварка или болтовое соединение), так и в виде цилиндра, внешний диаметр которого равен внутреннему диаметру трубопровода, а внутренний - по данному устройству, который транспортируется самой транспортируемой жидкостью и фиксируется, например, механическим стопором на нужном участке трубопровода.
Учитывая, что реологические свойства обработанной жидкости со временем восстанавливаются, устройства должны устанавливаться на расстояниях друг от друга, не превышающих, например, трех четвертей расстояния, на котором вязкость полностью восстанавливается. Кроме того, наиболее эффективна установка предлагаемого устройства на участках трубопровода с наименьшим давлением, например на выходе из резервуара, на входе в насос.
Применение предлагаемого устройства резко снижает пульсации давления, возникающие при неравномерной концентрации потока, уменьшает вязкость транспортируемой жидкости и выпадение осадка, что приводит к снижению энергопотребления.
Источники информации:
1. Авторское свидетельство СССР №1657844, кл. F 17 D 1/20, 1988 г. Р.X.Сандт, К.К.Цендрик, Н.И.Чинарьян и др. Устройство для перекачки высоковязких жидкостей.
2. Авторское свидетельство СССР №1221466, кл. F 17 D 3/00, 1984 г. Р.А.Астанов, В.В.Сахаров Устройство для переформирования потока в трубопроводе.
3. Авторское свидетельство СССР №1573291, кл. F 17 D 3/00, 1988 г. П.Ф.Тюриков, А.В.Дементьев, В.С.Петровский Устройство для переформирования потока в трубопроводе.
Устройство для создания закрученного кавитационного потока в трубопроводе, содержащее подшипники качения, скользящие уплотнения, направляющие лопатки и изогнутый участок трубопровода, отличающееся тем, что полый цилиндрический корпус переменного сечения имеет плавное сужение, создающее кавитационный порог, и безотрывной диффузор, по внутреннему диаметру которого расположены направляющие лопатки, придающие потоку дополнительное закручивание.
