Способ возбуждения колебаний жидкости в трубопроводе и в пространстве, примыкающем к трубопроводу, и устройство для его осуществления

 

Использование: для перекачивания жидкостей по трубопроводам, очистки трубопроводов, перемешивания, деэмульсации и диспергирования жидкостей. Сущность изобретения: источник колебаний размещают в трубопроводе, увеличивают давление жидкости в нем до давления страгивания источника колебаний, размещенного с натягом в трубопроводе, регулируют частоту колебаний потока как функцию подачи нососа. Устройство для возбуждения колебаний содержит глухую и сквозную 4 упругоэластичные пробки, сочленные упругими элементами 3. Сквозное отверстие одной из пробок выполнено в виде конуса с вихревой камерой, а в отверстии другой пробки размещен сердечник 7 с чашеобразным углублением 8. В качестве упругих элементов 3 используются две или более пружин сжатия с одинаковыми характеристиками. 2 с. и 3 з. п. ф-лы, 4 ил.

Изобретение относится к гидродинамике потока жидкости при перекачке ее по трубопроводам и предназначено для возбуждения гидродинамических волн давления в них с целью, например, снижения гидравлического сопротивления при перекачке высоковязких жидкостей, для очистки внутренних стенок трубопроводов от отложений солей, парафинов или других компонентов перекачиваемых жидкостей, для обеспечения технологических процессов деэмульсации или, наоборот, диспергирования смесей в процессе перекачки.

Известен способ возбуждения гидродинамических волн (ГДВ) давления жидкости в трубопроводе с целью снижения гидравлического сопротивления его путем снижения вязкости прокачиваемой жидкости, воздействием на нее, например, ГДВ ультразвукового диапазона частот с помощью, в частности, магнитострикционных или пьезокерамических излучателей.

Недостатком известного способа является необходимость длительной ультразвуковой обработки жидкости для реального снижения вязкости жидкости. В то же время глубина распространения ультразвуковых колебаний в жидкости не превышает, как известно, нескольких десятков метров. Поэтому такой способ имеет ограниченное технологическое использование.

Наиболее близким к изобретению является способ возбуждения колебаний в трубопроводе и в пространстве, примыкающем к трубопроводу, заключающийся в том, что в трубопроводе размещают источник колебаний и подают в него жидкость под давлением посредством насоса.

Недостатком известного способа является сложность его реализации, а также низкая эффективность воздействия из-за незначительности амплитуды генерируемых источником колебаний гидродинамических волн давления жидкости.

Целью настоящего изобретения является обеспечение возможности возбуждения поличастотных колебаний жидкости с дальнейшим поддержанием их по всей длине трубопровода, а также длительности гидродинамической обработки жидкости.

Поставленная цель достигается тем, что источник колебаний размещают в трубопроводе с натягом, после чего увеличивают давление жидкости в нем до давления страгивания источника колебаний, а затем регулируют подачу насоса.

Размещение в трубопроводе упругоэластичных пробок с определенным натягом позволяет задаваться той или иной жесткостью упругого элемента, расположенного между пробками, что, в свою очередь, позволяет задаваться требуемой амплитудой гидродинамических волн. В свою очередь, варьирование частотой колебаний при движении устройства в трубопроводе и возбуждении им гидродинамических волн определенной амплитуды позволяет варьировать интенсивность излучаемой энергии, т.е. позволяет управлять эффективностью гидродинамического воздействия.

Устройство для реализации описываемого способа, содержащее глухую гофрированную эластичную пробку, размещенную в трубопроводе, снабжено по меньшей мере одной дополнительной эластичной пробкой со сквозным отверстием в форме усеченного конуса с вихревой камерой, имеющей вход из последнего, и сердечником с чашеобразным углублением на одном конце, причем пробки подпружинены одна относительно другой посредством упругого элемента, расположенного между ними, а конец с чашеобразным углублением сердечника обращен к пробке со сквозным отверстием в форме усеченного конуса со стороны его меньшего основания и расположен от этой пробки на расстоянии, большем максимальной рабочей деформации упругого элемента, а другой конец сердечника жестко сочленен с другой пробкой.

Кроме того, диаметр эластичных пробок в устройстве в свободном состоянии больше диаметра трубопровода, а число пробок со сквозным отверстием выбирают равным N n+1, где n 0, 1, 3, 5, 7, а упругие элементы выполнены в виде двух и более пружин сжатия с одинаковыми характеристиками.

Описываемое устройство в отличие от прототипа позволяет получать устойчивые поличастотные колебания жидкости в трубопроводе и в пространстве около него при одновременном увеличении глубины гидродинамического воздействия.

На фиг.1 показана схема реализации предлагаемого способа с использованием двух пробок; на фиг.2 то же, но с использованием трех пробок; на фиг.3 схема размещения вихревой камеры вне сквозной пробки; на фиг.4а, б соответственно динамограммы потока жидкости и ГВД, генерируемых в нем по предлагаемому способу.

Метод реализации предлагаемого способа заключается в следующем. В концевой участок трубопровода 1 помещают последовательно сквозную (со сквозным отверстием) пробку 2, упругий элемент 3 и глухую пробку 4 (фиг.1). Обе пробки помещены с натягом и в свободном состоянии максимальные диаметры наружных гофрированных поверхностей их больше внутреннего диаметра трубопровода (фиг. 3). После этого начинают прокачку жидкости, с потоком которой пробки перемещаются внутри трубопровода из-за наличия сил упругости упругого элемента и сил трения гофрированных поверхностей о внутреннюю поверхность труб уже прерывисто (скачкообразно). Прерывистость перемещения обеспечивается следующим образом. Задняя, вдоль направления потока, пробка 4 перемещается вместе с жидкостью, а передняя 2 стоит "на месте" до тех пор, пока силы трения ее не уравновесятся силой упругости сжимающегося упругого элемента 3. По окончании момента уравновешивания этих сил передняя пробка 2 срывается с места, упругий элемент 3 распрямляется и соответственно сила сопротивления перемещению пробки 4 снижается до минимального. Затем процесс начинается сначала. Поскольку сила сопротивления перемещению задней пробки 4 периодически изменяется от максимальной в момент сжатия упругого элемента 3 до минимальной в момент распрямления его, то в трубопроводе будут периодически же генерироваться по обе стороны от пробки 4 и ГДВ, амплитуда которых будет эквивалентна величине указанных сил сопротивления.

На фиг.4б показана полученная в стендовых условиях на натурных образцах труб наружным диаметром 146 мм и с толщиной стенки 7,7 мм динамограмма ГДВ, генерируемых двумя пробками с четырьмя пружинами между ними, и в первоначально стационарном потоке жидкости (фиг.4а), создаваемом многоступенчатым центробежным насосом высокого давления с расходом 0,015 м³ (одно деление по оси ординат эквивалентно величине давления 0,1 МПа, скорость перемещения лентопротяжного механизма 25 делений, т.е. миллиметров в секунду). Получено устойчивое возбуждение гидродинамических волн (фиг.4б) с амплитудой давления 0,4.0,7 МПа и с частотой 10,0.14,2 Гц. На них дополнительно накладываются и ГДВ за счет так называемого эффекта "биения", приводящего к периодическому увеличению с частотой 0,5.1,0 Гц амплитуды гидродинамического давления до 0,7.1,0 МПа. Наличие эффекта "биения" при использовании в качестве упругого элемента нескольких пружин сжатия с примерно одинаковыми характеристиками приводит к резкому увеличению зоны одновременной виброобработки по длине трубопровода.

Для получения высокочастотной составляющей излучаемого гидродинамического поля сквозная пробка 2 имеет центральное коническое отверстие 5, в котором дополнительно размещена вихревая камера 6, а напротив меньшего диаметра конуса отверстия 5 уже с другой пробкой жестко сочленен сердечник 7 с чашеобразным, например, параболоидным или сфероидальным углублением 8. Причем вихревая камера 6 может быть размещена или внутри пробки 2 (фиг.1), или снаружи в специальном переходнике 9 (фиг.3). Получаемая за счет наличия вихревой камеры высокочастотная составляющая ГДВ обеспечивает возможность снижения вязкости перекачиваемых растворов в зоне, прилегающей к пробкам.

На фиг. 2 представлен вариант реализации предлагаемого способа с тремя пробками, где вторая сквозная пробка 10 также сочленена упругим элементом 3. Сердечник 7 со сфероидальным чашеобразным углублением 8 в данном случае жестко сочленен уже не с глухой 4, а с дополнительной сквозной пробкой 10.

Количество сквозных пробок и параметры сочленяющих их пружин сжатия предопределяются требуемыми параметрами излучаемого гидродинамического поля, т. е. физическими параметрами обрабатываемой жидкости и технологическим предназначением применения предлагаемого способа возбуждения ГДВ.

Предлагаемый способ возбуждения колебаний в потоке и устройство для его осуществления обладают по сравнению с известными простотой и дешевизной реализации.

Позволяют варьированием количества пробок, величиной натяга их (наружного диаметра гофрированных поверхностей), а также жесткости пружин сжатия в широких пределах обеспечивать управление параметрами низкочастотной составляющей излучаемого гидродинамического поля в зависимости от свойств обрабатываемой среды.

Кроме того, наличие высокочастотной составляющей поля, генерируемой вихревой камерой и отражателями, обеспечивает длительное воздействие на жидкость и, следовательно, снижение вязкости ее в зоне, прилегающей к местонахождению пробок в потоке жидкости на расстоянии до нескольких десятков метров, что обеспечивает, в свою очередь, возможность использования эффектов, связанных с механизмом памяти жидкости.

Перемещение пробок с потоком жидкости обеспечивает возможность требуемой технологической обработки трубопроводов большой длины, в которых ГДВ, излучаемые стационарными генераторами, быстро гасятся как силами демпфирования в самой жидкости, так и трением ее о стенки канала.

Формула изобретения

1. Способ возбуждения колебаний жидкости в трубопроводе и в пространстве, примыкающем к трубопроводу, заключающийся в том, что в трубопроводе размещают источник колебаний и подают в трубопровод жидкость под давлением посредством насоса, отличающийся тем, что источник колебаний размещают в трубопроводе с натягом, после чего увеличивают давление в трубопроводе до давления страгивания с места источника колебаний, а затем регулируют подачу насоса.

2. Устройство для возбуждения колебаний жидкости в трубопроводе и в пространстве, примыкающем к трубопроводу, содержащее глухую гофрированную пробку, размещенную в трубопроводе, отличающееся тем, что оно снабжено по меньшей мере одной дополнительной пробкой, выполненной со сквозным отверстием в форме усеченного конуса с вихревой камерой, имеющей вход из последнего, и сердечником с чашеобразным углублением на одном конце, причем пробки подпружинены одна относительно другой посредством упругого элемента, расположенного между ними, а конец сердечника с чашеобразным углублением обращен к пробке со сквозным отверстием в форме усеченного конуса со стороны его меньшего основания и расположен от этой пробки на расстоянии, большем максимальной рабочей деформации упругого элемента, а другой конец сердечника жестко сочленен с другой пробкой.

3. Устройство по п.2, отличающееся тем, что диаметр гофр эластичных пробок в свободном состоянии больше диаметра трубопровода.

4. Устройство по пп.2 и 3, отличающееся тем, что число пробок со сквозным отверстием выбирают равным n + 1, где n 0, 1, 3, 5, 7, 5. Устройство по пп.2 4, отличающееся тем, что упругие элементы выполнены в виде двух и более пружин сжатия с одинаковыми характеристиками.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4