устройство для уменьшения гидравлических потерь в трубопроводе

Формула изобретения

Устройство для уменьшения гидравлических потерь в трубопроводе при транспортировке электропроводных жидкостей, снабженное источником постоянного тока с двумя электродами, один из которых выполнен в виде внутренней стенки трубопровода из электропроводного материала, и содержащее средство для создания пристенного слоя из рабочей среды с уменьшенным коэффициентом трения, отличающееся тем, что средство для создания пристенного слоя выполнено в виде трубки из диэлектрического материала, установленной коаксиально с трубопроводом, причем внешний диаметр трубки составляет 93-98% от внутреннего диаметра трубопровода, при этом на внешней поверхности трубки выполнена канавка в виде спирали, в которой закреплен второй электрод из проволоки.

Описание изобретения к патенту

Предлагаемое техническое решение относится к устройствам, снижающим гидравлическое сопротивление при перекачивании жидкостей по трубопроводу и может найти применение в химической, нефтехимической, фармакологической, пищевой и других отраслях промышленности, связанных с гидротранспортом вязких ньютоновских и неньютоновских жидкостей, суспензий и растворов.

Известно устройство для перекачивания транспортирующей жидкости по способу напорного гидротранспорта грузов по трубопроводу, когда в поток транспортирующей жидкости вводят сжатый воздух (Авт. св. СССР №224378, В 65 G 51/00, 1975 г.).

К причинам, препятствующим достижению заданного технического результата, относятся перемешивание воздушной прослойки с основным потоком транспортирующей жидкости и создание гетерофазной системы жидкость-воздух, гидравлическое сопротивление которой возрастает из-за разрушения воздушного маловязкого пограничного слоя.

Известно устройство для снижения гидравлического сопротивления по способу транспортирования сыпучих материалов и устройству для его осуществления (Авт. св. СССР №1221119, В 65 G 53/30, 1986 г.), заключающегося в том, что на подаваемый на наклонный желоб сыпучий материал воздействуют постоянно потоком жидкости со стороны подачи материала и импульсно/равномерно по всей длине желоба струями дополнительного рабочего агента, в качестве которого используют сжатый воздух, подачу которого осуществляют последовательно, начиная со стороны, противоположной направлению воздействия потока жидкости.

К причинам, препятствующим достижению заданного технического результата, относится ограниченность применения известного технического решения сыпучими материалами и безнапорным течением.

Наиболее близким техническим решением, принятым за прототип, является устройство для уменьшения гидравлических потерь в трубопроводе (Авт. св. СССР №566978, F 15 D 1/06, F 17 D 1/20, Бюл. №28, 1977 г.), предназначенное для транспортировки электропроводной жидкости, содержащее средство для создания пристенного слоя и рабочей среды с уменьшенным коэффициентом трения, при этом внутренние стенки трубопровода выполнены из электропроводного материала, к трубопроводу присоединен гидравлический затвор, причем устройство снабжено источником постоянного тока с двумя электродами, один из которых размещен в полости гидравлического затвора, а второй выполнен в виде внутренней стенки трубопровода.

К причинам, препятствующим достижению заданного технического результата, относится сложность известного устройства для уменьшения гидравлических потерь в трубопроводе, связанная с установкой в гидравлическом затворе одного из электродов, а также высокие затраты электроэнергии, требующейся для электролиза транспортируемой электропроводной жидкости для образования пристенного газового слоя из электролитических газов.

Задачей предлагаемого технического решения является создание устойчивого пристенного газового слоя из электролитических газов при небольших расходах электроэнергии и параметрах электричества: тока и напряжения, безопасных для рабочего персонала.

Техническим результатом предлагаемого технического решения является уменьшение гидравлических потерь в трубопроводе, упрощение конструкции и снижение расхода электроэнергии, требующейся для электролиза транспортируемой электропроводной жидкости с образованием пристенного газового слоя из электролитических газов.

Поставленный технический результат достигается в устройстве для уменьшения гидравлических потерь в трубопроводе при транспортировке электропроводных жидкостей, снабженном источником постоянного тока с двумя электродами, один из которых выполнен в виде внутренней стенки трубопровода из электропроводного материала, и содержащем средство для создания пристенного слоя из рабочей среды с уменьшенным коэффициентом трения, причем средство для создания пристенного слоя выполнено в виде трубки из диэлектрического материала, установленной коаксиально с трубопроводом с внешним диаметром трубки, составляющим 93-98% от внутреннего диаметра трубопровода, при этом на внешней поверхности трубки выполнена канавка в виде спирали, в которой закреплен второй электрод из проволоки.

Выполнение средства для создания пристенного слоя в виде трубки из диэлектрического материала и ее установка коаксиально с трубопроводом позволяют отделить основной поток электропроводной жидкости от пристенного потока, предотвратить их перемешивание и стабилизировать течение основного потока.

Выполнение канавки в виде спирали на внешней поверхности трубки, в которой закреплен второй электрод из проволоки, позволяет предотвратить короткое замыкание витков проволоки второго электрода, уменьшить расход электроэнергии, стабилизировать процесс электролиза с равномерным образованием по длине трубки сначала пузырьков электролитических газов, а затем и устойчивого газового слоя на выходе из трубки, уменьшить расход электроэнергии, снизить токовые параметры: силу тока и напряжение, а в целом упростить конструкцию устройства.

Увеличение внешнего диаметра трубки выше заявляемой величины 98% от внутреннего диаметра трубопровода может привести с учетом толщины проволоки второго электрода, закрепленной в канавке, к короткому замыканию, особенно если транспортируемая жидкость является суспензией или эмульсией и частицы или капли дисперсной фазы имеют размеры, соизмеримые с размерами кольцевого зазора между трубкой и трубопроводом.

Уменьшение внешнего диаметра трубки ниже заявленной величины 93% от внутреннего диаметра трубопровода приводит к возрастанию электрического сопротивления и соответственно затратам электроэнергии, идущей на электролиз электропроводной жидкости, чрезмерному накоплению газов электролиза в кольцевом зазоре между трубкой и трубопроводом и турбулизации пристенного газового слоя на выходе из трубки.

На чертеже показан общий вид предлагаемого устройства для уменьшения гидравлических потерь в трубопроводе.

Оно состоит из трубопровода 1, выполненного из электропроводного материала, например стали, и трубки 2 из диэлектрического материала, установленной коаксиально внутри трубопровода 1 вблизи входа жидкости в трубопровод на опорах 3. На внешней поверхности трубки 2 выполнена канавка 4 в виде спирали, в которой закреплен электрод из проволоки 5. Электрод из проволоки 5 присоединен к положительному полюсу источника постоянного тока 6, а стенка трубопровода 1 - к отрицательному полюсу источника постоянного тока 6. Трубка 2 из диэлектрического материала, имеющая внешний диаметр 93-98% от внутреннего диаметра трубопровода 1, с электродом из проволоки 5, закрепленной в виде спирали в канавке 4, образуют средство для создания пристенного слоя из рабочей среды с уменьшенным коэффициентом трения.

Устройство для уменьшения гидравлических потерь в трубопроводе работает следующим образом. На клеммы источника постоянного тока 6 подается напряжение. В трубопровод 1 подается электропроводная жидкость, например вода, которая заполняет все сечение трубопровода 1. В кольцевом зазоре между внутренней поверхностью трубопровода 1, выполненного из электропроводного материала, и поверхностью электрода из проволоки 5, обращенной к внутренней поверхности трубопровода 1, под действием электрического напряжения идет электролиз воды с образованием пузырьков электролитических газов - водорода и кислорода, которые на выходе из трубки 2 образуют сплошной газовый пристенный слой из продуктов электролиза с уменьшенным коэффициентом трения.

Увеличение внешнего диаметра трубки 2 выше заявляемой величины 98% от внутреннего диаметра трубопровода 1 с учетом толщины проволоки 5, закрепленной в спиральной канавке 4, нецелесообразно так как может привести к короткому замыканию, особенно, если в электропроводной жидкости находятся частицы или капли дисперсной фазы.

Уменьшение внешнего диаметра трубки 2 ниже заявляемой величины 93% от внутреннего диаметра трубопровода 1 приводит к увеличению электрического сопротивления и расходу электричества, идущего на электролиз с образованием электролитических газов в пристенном слое, а также турбулизации газового пристенного слоя на выходе из кольцевого зазора между трубкой 2 и трубопроводом 1 и потере устойчивости всего течения.

Так как кольцевой зазор между электродами - внутренней поверхностью трубопровода 1 и поверхностью проволоки 5 - небольшой и равен толщине пристенного слоя из рабочей среды с уменьшенным коэффициентом трения - смеси газов, образующихся при электролизе, то напряжение, ток, а значит и затраты мощности на образование газового слоя будут небольшими, тем более что в электролизе будет использовано менее 0,03% массы перекачиваемой жидкости, составляющей по объему до 30% объема жидкости, так как плотности жидкости и смеси газов электролиза, движущихся в пограничном слое, отличаются в 1000 раз. Например, у воды плотность ~1000 кг/м³ , у смеси газов водорода и кислорода, образующихся при электролизе воды, при давлении на входе 2 атм ~1 кг/м³.

Таким образом, предлагаемое устройство для уменьшения гидравлических потерь в трубопроводе позволяет создать устойчивый пристенный газовый слой из электролитических газов при небольших расходах электроэнергии и параметрах электричества: тока и напряжения, безопасных для рабочего персонала. Изменяя токовые параметры, можно оптимизировать процесс электролиза для каждой перекачиваемой электропроводной жидкости с образованием устойчивого газового кольцевого слоя необходимой толщины в зависимости от удельного электрического сопротивления и способности к электролизу жидкости, ее давления и расхода. Кроме того, подача отрицательного потенциала на трубопровод по аналогии с катодной защитой уменьшает коррозию стенки трубопровода, а простота конструкции и монтажа трубки с проволокой на входе в трубопровод позволяет при постепенном анодном растворении проволоки периодически ее заменять.