Трубопровід

Изобретение относится к трубопроводному транспорту и предназначено для транспортировки жидкостей и газов на большие расстояния (то есть для магистральных тр убопроводов). Известно, что в расширяющихся труба х, то есть в диффузорах, в которых отсутствуе т отрыв пограничного слоя (так называемых БЕЗОТРЫВНЫХ ди ффузорах), сопротивление трения может быть меньше, чем в прямой круглой цилиндрической трубе с эквивалентным диаметром [1]. И теоретически могут существовать такие диффузоры, в которых трение равно нулю. Таким образом, снижения гидродинамического сопротивления (далее по тексту ГС) можно добиться путем замены цилиндрической трубы на трубу, состоящую из ряда диффузорных секций, то есть на трубу с периодически меняющимся поперечным круговым сечением, иначе говоря, на волновую трубу. Подобное конструктивное решение меняет также характеристики тепломассообмена, и именно поэтому подобные трубы используются в различных теплообменниках. Наиболее близким по технической сущности к заявляемому является устройство [2], которое содержит включенный в линию трубопровода полый цилиндрический корпус, включающий плавное сужение, обеспечивающее возникновение развитой кавитации, цилиндрический участок и расположенный за ним безотрывной диффузор, причем диаметр широкой части диффузора равен диаметру трубопровода. В данном трубопроводе снижение ГС происходит за счет снижения вязкости перекачиваемой жидкости путем создания в ее потоке кавитации. Однако кавитация отрицательно сказывается на стенках трубопровода. Причем, такой способ снижения ГС неэффективен при перекачивании газов. В основу настоящего изобретения поставлена задача создать такой трубопровод, в котором изменение геометрии трубы позволило бы снизить ГС и за счет этого уменьшить потери энергии на транспортировку перекачиваемой среды и снизить изнашиваемо –трубопровода. Поставленная задача решается тем, что в трубопроводе, состоящем из секций, образованных последовательно соединенными бeзотрывным диффузорами и конфузорами, имеющими криволинейные образующие, согласно изобретению, диффузор выполнен длиннее конфузора, при где а - амплитуда образующей диффузора и конфузора, м, Lo - общая длина диффузора и конфузора, м; Lд - длина диффузора, м. Выбор длины диффузора обусловлен максимальным использованием эффекта снижения ГС в длинных безотрывных диффузорах. Конфузор служит как бы переходом к следующему ди ффузору. Характер движения жидкости или газа в единичных конфузорах и диффузорах отличается от течения в секции, состоящей из диффузора и конфузора, и тем более отличается от характера течения в трубопроводе, состоящем из большого числа диффузорно-конфузорных секций. Экспериментально определено, что для волновой трубы, как и для прямой трубы, существуе т начальный участок, на котором формируются профили скорости. Только через 4-5 секций поток становится квазистационарным (что говорит о том, что существуе т не только взаимное влияние конфузоров на диффузоры, но также существует влияние одной секции на другую). Снижение сопротивления наблюдается только на стабилизированном (квазистационарном) участке волновой трубы и имеет место при следующих условиях: I) течение должно быть безотрывным; II) соотношение Lд/Lo должно быть оптимальным с точки зрения минимизации ГС. Первое условие выполняется подбором амплитуды "а" и длины волны Lo. Для безотрывного течения должно выполняться следующее условие (зависящее в общем случае от значения числа Рейнольдса): a a= = 0,00 ... 0,08 L0 Второе условие выполняется за счет правильного выбора длины диффузорного участка, пои соблюдении первого условия. Экспериментально установлено, что длина диффузорного участка Lд должна составлять (6090%= от длины волны Lo, то есть Lд Lд = = 0,6... 0,9 . Lo Взаимное влияние конфузорного течения на диффузорное на стабилизированном участке таково, что профили скорости становятся менее заполненными не только в диффузорной, но и в начальной части конфузорной области. В это означает, что сопротивление трения становится меньше, чем в прямой трубе, не только в диффузоре, но и в части конфузора ввиду инерционности, обусловленной вязкостью потока. В зависимости от геометрии трубы и соотношения длин диффузора и конфузора это изменение ГС может быть различным. Снижение ГС в трубах переменного сечения наблюдаетcя, только при некоторых сочетаниях основных геометрических параметров а, Lд, Lo. Конкретные оптимальные значения этих параметров зависят от числа Рейнольдса и определяются экспериментально. Таким образом, снижение ГС значительно уменьшает потери энергии на транспортировку перекачиваемой среды, особенно на магистральных трубопроводах, т.к. требуе тся меньше насосов и компрессоров. Кроме этого, уменьшается трение перекачиваемой среды о стенки трубопровода и, следовательно, он меньше изнашивается. На фигуре представлен общий вид заявляемого трубопровода. Трубопровод состоит из секций, образованных последовательно соединенными диффузорами 1 и конфузорами 2. Предложенный трубопровод может быть изготовлен, например, способом прокатки или с помощью взрыва. Рассмогрим конкретный пример выполнения трубопровода и полученные результаты снижения ГС. Так для эквивалентного диаметра D = 40 мм, перемещаемая среда - воздух (кинематическая вязкость 0,000015 м 2/с): в этом эксперименте образующие диффузора и конфузора имели форму полупериода синусоиды (синусоида является достаточно плавной образующей для получения безотрывного течения). Диапазон чисел Рейнольдса, характеризующий поток, составлял (15000...108000). При этом параметры трубопровода соответствовали: a = 0 .02 и L д = 0,7 Экспериментальный многосекционный трубопровод был выполнен из дюралюминиевых патрубков, соединенных на фланцах, причем внутренняя поверхность этих патр убков была обработана токарными станками (с числовым программным управлением) для получения заданного профиля. Для этих условий получен оптимум по снижению гидродинамического сопротивления на 48% по сравнению с круглой трубой равного эквивалентного диаметра. Экспериментально авторами получено еще несколько аналогичных результатов. Так при D = 90 мм, а = 0,001 и L д = 0,6 снижение ГС 2%; a = 0 .6 и L д = 0,75 , снижение ГС 15%; a = 0,08 и L д = 0,9 , снижение ГС 4%.