Спосіб очищення внутрішньої поверхні трубопроводу від фронтальних відкладень

Изобретение относится к области водоснабжения и водоотведения, может быть использовано в любой отрасли промышленности для восстановления пропускной способности трубопроводов. Существуют способы очистки внутренней поверхности трубопроводов, заключающиеся в попеременной подаче в полость трубопровода жидкостного и газожидкостного потоков и формировании в газожидкостном потоке колебаний [1, 2]. Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту к заявляемому способу является способ очистки внутренней поверхности трубопровода пневмовзрывом, включающий мгновенное воздействие сжатого воздуха на порцию жидкости в трубопроводе [3], Однако все эти способы малоэффективны при наличии в трубопроводе препятствий на пути движения потока или при степени зарастания живого сечения более 80%, когда отложения являются фронтальными. Фронтальные отложения - это отложения, расположенные нормально к направлению потока, т.е. являющиеся препятствием продвижению потока по трубопроводу. В основу изобретения поставлена задача создания способа очистки внутренней поверхности трубопровода от фронтальных отложений, в котором ударные волны действовали бы на отложения с большей разрушающей силой, обеспечивая разрушение фронтальных отложений и за счет этого восстанавливалась бы пропускная способность трубопроводов, полностью "заросших" отложениями. Поставленная задача решается тем, что в способе очистки внутренней поверхности трубопровода, включающем мгновенное воздействие сжатого воздуха на порцию жидкости, согласно изобретению на фронтальные отложения в трубопроводе воздействуют порцией жидкости, сжатой вследствие действия в ней гидравлического удара, с силой Fуд =roSv2 уд, где ro - начальная плотность жидкости; S - площадь живого сечения порции жидкости; Vуд - скорость движения порции жидкости в момент удара ее о препятствие. Для реализации способа используют пневмопатрон со встроенным стволом [4], который заполняется жидкостью, находящейся в трубопроводе. На жидкость, находящуюся в стволе пневмопатрона, мгновенно прикладывается высокое давление сжатого воздуха, действующего на объем жидкости в стволе, подобно поршню. При этом в жидкости генерируется положительная волна сжатия, повышающая давление до ударного. Сжатая жидкость в стволе пневмопатрона вылетает из него в виде снаряда, разрушающего находящиеся на его пути препятствия (отложения). Таким образом, воздействуя на фронтальные отложения порцией жидкости, сжатой вследствие гидравлического удара, достигается требуемый технический результат. То есть, существенные признаки и достигаемый технический результат находятся в причинно-следственной связи. Параметры сжатой жидкости, вылетающей из ствола пневмопатрона могут регулироваться путем изменения давления сжатого воздуха в ресивере пневмопатрона и, следовательно, путем изменения величины гидравлического удара. Осуществление способа покажем на примере. Пневмопатрон имеет ствол, который при помещении его в жидкость, заполняется ею. На чертеже показано схематическое изображение жидкости в стволе. Воздух под большим давлением (Рк) находится в ресивере пневмопатрона и отделен от воды в стволе быстродействующим устройством. Давление воды в стволе Ро, длина стерла I, площадь сечения S. На расстоянии І уд от ствола расположено препятствие отложения). В момент времени t=0 устройство срабатывает и на объем воды в стволе действует давление Р к. Под действием внезапно приложенного давления жидкость сжимается, начиная послойно двигаться. Конечная задача: определить силу динамического давления на преграду (отложения). 1. Разгон жидкой массы в стволе пневмопатрона. Пусть масса жидкости в стволе m = Slro, где rо - начальная плотность жидкости. В момент времени t=0 при срабатывании быстродействующего устройства к объему жидкости в стволе прикладывается давление Ρ к со стороны ресивера пневмопатрона. При этом со стороны внешней среды к выходному сечению пневмопатрона приложено давление Ро. Этот перепад давления действует до тех пор, пока ударная волна, движущаяся со скоростью с от ресивера не достигнет среза ствола (выходного сечения). Следовательно, до достижения ударной волной выходного сечения ствола на объем жидкости в стволе действует сила F = S(Pк Ро). Пренебрегая силой трения жидкости о стенку ствола, определим скорость ее движения в стволе. Исходя из уравнения импульсов, имеем При этом необходимо учесть, что изменение плотности за счет сжатия жидкости приводит только к изменению длины жидкого объема (заряда), а масса остается неизменной. Поэтому для m можно использовать начальное выражение (m= rо SI). Решаем дифференциальное уравнение (1) с начальным условием; Выражение (2) дает значение скорости жидкого заряда в момент t. Оно справедливо для интервала времени, в течение которого ударная волна проходит от начального до конечного сечения ствола. Определим скорость "жидкого заряда" в стволе в момент достижения ударной волной конечного (выходного) сечения ствола, 1 c (с - скорость распространенная ударной волны). При t = tk = Таким образом, формула (3) совпадает с формулой Н.Е.Жуковского для прямого гидроудара. 2. Движение "жидкого заряда" в стволе. При достижении ударной волной выходного сечения ствола жидкий заряд под действием той же силы продолжает свое движение, вылетая из ствола в сжатом состоянии, но теперь необходимо учесть и силу сопротивления давления со стороны окружающей среды где Сх - коэффициент сопротивления давления для цилиндрического тела вдоль его оси, S - площадь сечения цилиндра, ν - скорость его движения. Тогда имеем дифференциальное уравнение Уравнение (5) справедливо, пока жидкий заряд еще находится в стволе под действием силы S(Pk - Ро). Для решения этого уравнения запишем (5) в следующем виде где - являются постоянными. Так как в стволе скорость движения "жидкого заряда" возрастает от сечения к сечению, считаем, что ν = f(x) расстояние от начального сечения ствола. Тогда Уравнение (7) решаем в виде Найдем такое U = U(X), чтобы скобки в последнем выражении обращались в ноль. Тогда Решаем первое уравнение Подставляя найденное решение для U во второе уравнение системы (8), получим Интегрируя обе части последнего выражения, получим откуда находим'; Найдем из (9) постоянную С1 при X = 0; ν =vk Тогда из (9) имеем Используя значение b, a, vk, получим: Найдем скорость, с которой "заряд" вылетает из ствола. Она получается из (10) при X= I 3. Полет "заряда" до препятствия. После вылета "заряда" из ствола сила давления со стороны ресивера перестает действовать и остается только сила сопротивления, т.е. Удобносчитать, что ν = f(x), т.е. Уравнение решаем при граничных условиях указанных граничных условиях С 2: Скорость при ударе "заряда" о препятствие определяется из (12) при X = I уд 4. Сила динамического давления "заряда" на препятствие. Найдем при Определяем из уравнения импульсов: Найдем Fуд при следующих значениях: