EA033904B1 - Method for reduction of hydraulic losses in pipelines - Google Patents

Method for reduction of hydraulic losses in pipelines Download PDF

Info

Publication number
EA033904B1
EA033904B1 EA201401010A EA201401010A EA033904B1 EA 033904 B1 EA033904 B1 EA 033904B1 EA 201401010 A EA201401010 A EA 201401010A EA 201401010 A EA201401010 A EA 201401010A EA 033904 B1 EA033904 B1 EA 033904B1
Authority
EA
Eurasian Patent Office
Prior art keywords
pipeline
pipelines
vibrations
hydraulic losses
along
Prior art date
Application number
EA201401010A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
EA201401010A1 (en
Inventor
Виктор Степанович Лысенко
Серик Жайлауович Пралиев
Original Assignee
Виктор Степанович Лысенко
Серик Жайлауович Пралиев
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Виктор Степанович Лысенко, Серик Жайлауович Пралиев filed Critical Виктор Степанович Лысенко
Publication of EA201401010A1 publication Critical patent/EA201401010A1/en
Publication of EA033904B1 publication Critical patent/EA033904B1/en

Links

Abstract

The invention relates to hydrodynamics and is intended for lowering the hydraulic losses in pressure pipelines of hydroelectric power stations and pipelines for transportation of different liquids and gas and also in the ore mining for transportation of ore in the form of pulp. The essence of the invention is the following: the method for lowering hydraulic losses in pipelines comprising pulsation-induced vibrations is based on generation of pulsation-induced vibrations periodically along the length of the pipeline and concentrically along its diameter to the flow center and/or supplemented with operations for creation of spiral liquid flows in the region of its contact with pipeline walls and/or provision of running standing waves along the flow direction, wherein at least three spiral liquid flows are generated in the form of concentrated vortexes, and the running standing wave being provided due to generation of opposite pulses of vibrations with different frequency and parameters of concentric vibrations being selected depending on liquid properties and pipeline diameter.

Description

Изобретение относится к гидродинамике и предназначено для снижения гидравлических потерь в напорных трубопроводах гидроэнергетических станций и в трубопроводах для транспортировки различных жидкостей и газа.The invention relates to hydrodynamics and is intended to reduce hydraulic losses in pressure pipelines of hydropower stations and in pipelines for transporting various liquids and gas.

Известен способ снижения гидродинамического трения, включающий приложение внешней силы к пограничному слою жидкости или газа, омывающего поверхность твердого тела, при этом на пограничный слой воздействуют переменным электромагнитным полем (Патент РФ № 2133891. Способ снижения гидродинамического трения, опубл. 27.07.1999). Частота поля выбирается равной частоте собственных колебаний молекул жидкости или газа, а на пограничный слой начинают воздействовать полем в диапазоне, соответствующем эффекту Керра (от 109 до 1013 Гц), изменяя частоту до тех пор, пока не произойдет снижение трения.A known method of reducing hydrodynamic friction, including the application of external force to the boundary layer of liquid or gas washing the surface of a solid, the boundary layer being exposed to an alternating electromagnetic field (RF Patent No. 2133891. Method of reducing hydrodynamic friction, published on July 27, 1999). The field frequency is chosen equal to the natural vibration frequency of the liquid or gas molecules, and the field begins to be affected by the field in the range corresponding to the Kerr effect (from 10 9 to 10 13 Hz), changing the frequency until a decrease in friction occurs.

Известен также способ снижения гидродинамического сопротивления (Патент РФ № 2276035. Способ снижения гидродинамического сопротивления, опубл. 10.05.2006), при котором на соприкасающихся с жидкостью участках поверхности транспортного средства или трубопровода возбуждают изгибные и продольные упругие колебания одинаковой частоты с разностью фаз π/4, при этом продольные колебания возбуждают параллельно движению транспортного средства в воде или потока жидкости в трубопроводе, а снижение гидродинамического сопротивления осуществляют в ультразвуковой области частот.There is also known a method of reducing hydrodynamic resistance (RF Patent No. 2276035. A method of reducing hydrodynamic resistance, publ. 10.05.2006), in which bending and longitudinal elastic vibrations of the same frequency with a phase difference of π / 4 are excited in contact with the liquid surface of the vehicle or pipeline while longitudinal vibrations excite parallel to the movement of the vehicle in water or fluid flow in the pipeline, and the hydrodynamic drag is reduced in ultra sound region of frequencies.

Недостатком аналогов является не достаточная эффективность снижения гидравлического трения в трубах.The disadvantage of analogues is the insufficient efficiency of reducing hydraulic friction in the pipes.

Наиболее близким аналогом, то есть прототипом, является способ уменьшения отрицательной турбулентной вязкости (Высоцкий Л.И., Высоцкий И.С. Способ уменьшения отрицательной турбулентной вязкости. Патент РФ № 2424450, опубл. 20.07. 2011) в продольно-однородных турбулентных потоках жидкости или газа вблизи гладких стенок трубопровода или канала, заключающийся в том, что на стенки трубопровода или канала накладывают импульсные колебания, направленные по нормали к поверхности соприкосновения потока со стенками трубопровода или канала, при этом колебания накладывают из условия увеличения второго одноточечного статистического момента, при этом колебания накладывают с частотой от 10 до 100 Гц, а импульсные колебания представляют собой механические или акустические, или электромагнитные колебания.The closest analogue, that is, the prototype, is a method for reducing negative turbulent viscosity (Vysotsky LI, Vysotsky IS A method for reducing negative turbulent viscosity. RF Patent No. 2424450, publ. 20.07. 2011) in longitudinally uniform turbulent fluid flows or gas near the smooth walls of the pipeline or channel, which consists in the fact that impulse oscillations are applied to the walls of the pipeline or channel, directed along the normal to the contact surface of the flow with the walls of the pipeline or channel, while studies are imposed from the condition of increasing the second one-point statistical moment, while the oscillations are superimposed with a frequency from 10 to 100 Hz, and the pulsed oscillations are mechanical or acoustic or electromagnetic vibrations.

Недостатком прототипа также является недостаточная эффективность снижения гидравлического трения и его ограниченность в использовании.The disadvantage of the prototype is also the lack of effectiveness in reducing hydraulic friction and its limited use.

Целью изобретения является повышение эффективности снижения гидравлических потерь.The aim of the invention is to increase the efficiency of reducing hydraulic losses.

Поставленная цель достигается тем, что способ снижения гидравлических потерь в трубопроводах, содержащий импульсные вибрации, основан на том, что импульсные вибрации создаются периодически по длине трубопровода и концентрически по его диаметру к центру потока и/или дополнен операциями создания винтовых потоков жидкости в области её контакта со стенками трубопровода и/или обеспечения бегущих стоячих волн вдоль направления потока, при этом создаются по крайней мере три винтовых потоков жидкости в виде вихревых шнуров, бегущая стоячая волна обеспечивается за счет создания встречных импульсов вибраций с разной частотой, а параметры концентрических вибраций выбирают в зависимости от свойств жидкости и диаметра трубопровода.This goal is achieved in that a method of reducing hydraulic losses in pipelines containing pulsed vibrations is based on the fact that pulsed vibrations are generated periodically along the length of the pipeline and concentrically in diameter to the center of the stream and / or supplemented with operations for creating helical fluid flows in the area of its contact with the walls of the pipeline and / or providing running standing waves along the flow direction, at least three helical fluid flows are created in the form of vortex cords, standing standing in LDF is achieved by creating opposing vibration pulses with different frequencies, and the parameters of concentric vibration is selected depending on the fluid properties and pipe diameters.

За счет того, что импульсные вибрации в потоке жидкости в трубопроводе создаются концентрически по его диаметру к центру потока, обеспечивается интерференционная фокусировка волн в центре потока. Это приводит при оптимальных условиях к возрастанию амплитуды кольцевых концентрических волн. Поскольку жидкость имеет направленный градиент скорости, то центральный поток жидкости будет получать импульсы ускорений. Периодическое создание таких импульсов ускорений по длине трубопровода приведет в итоге к стабилизации естественного вихревого потока жидкости в трубе, возрастанию скорости потока, снижению хаотических турбулентных потоков и, как следствие, к снижению гидравлических сопротивлений и увеличению пропускной способности трубопровода.Due to the fact that pulsed vibrations in the fluid flow in the pipeline are created concentrically along its diameter to the center of the flow, interference focusing of waves in the center of the flow is ensured. Under optimal conditions, this leads to an increase in the amplitude of ring concentric waves. Since the fluid has a directed velocity gradient, the central fluid flow will receive acceleration pulses. The periodic creation of such acceleration pulses along the length of the pipeline will ultimately lead to stabilization of the natural vortex fluid flow in the pipe, an increase in the flow velocity, a decrease in chaotic turbulent flows, and, as a result, a decrease in hydraulic resistances and an increase in the throughput of the pipeline.

Дополнение способа операцией периодического создания винтовых потоков жидкости в области её контакта со стенками трубопровода позволит создать промежуточный обкатывающий стенки трубы поток жидкости, которая будет служить естественным жидким подшипником качения между стенками трубопровода и центральным потоком жидкости. Это приведет к снижению турбулентности и соответственно к уменьшению гидравлических потерь. Кроме того, вращающиеся периферийные потоки жидкости будут разгонять внутренний поток жидкости за счет центростремительных винтовых силовых импульсов, придавая ему вихревое ламинарное движение, при котором гидравлические потери минимизируются.Adding the method to the operation of periodically creating helical fluid flows in the area of its contact with the walls of the pipeline will allow creating an intermediate fluid flow that runs around the pipe walls, which will serve as a natural liquid rolling bearing between the walls of the pipeline and the central fluid flow. This will lead to a decrease in turbulence and, accordingly, to a decrease in hydraulic losses. In addition, rotating peripheral fluid flows will accelerate the internal fluid flow due to centripetal screw power impulses, giving it a vortex laminar motion, in which hydraulic losses are minimized.

Физическая сущность третьего признака изобретения сводится к следующему. Если навстречу друг другу в материальной среде от двух источников вибрации, которые создают колебания, например по синусоидальному закону, создать волны на одинаковой частоте, то в среде возникнет стоячая волна. Если частоту колебаний одного из источников изменить, то стоячая волна превратится в бегущую, то есть будет перемещаться от одного источника к другому. Среда же начнет перемещаться в обратном направлении. Таким образом, если вдоль трубопровода обеспечить стоячую бегущую волну, то вода в трубопроводе будет перемещаться сообразно параметрам этой волны.The physical nature of the third feature of the invention is as follows. If to meet each other in a material environment from two sources of vibration that create oscillations, for example according to a sinusoidal law, create waves at the same frequency, then a standing wave will appear in the medium. If the oscillation frequency of one of the sources is changed, then the standing wave will turn into a traveling wave, that is, it will move from one source to another. The medium will begin to move in the opposite direction. Thus, if a standing traveling wave is provided along the pipeline, then the water in the pipeline will move in accordance with the parameters of this wave.

- 1 033904- 1,033904

Таким образом, практическое использование отмеченных признаков изобретения как по отдельности, так и в совокупности позволяет добиться поставленных целей изобретения, то есть значительно снизить гидравлические потери жидкости при транспортировке в трубопроводах.Thus, the practical use of the noted features of the invention both individually and in combination allows us to achieve the objectives of the invention, that is, significantly reduce hydraulic fluid loss during transportation in pipelines.

Способ снижения гидравлических потерь в трубопроводах осуществляется следующим образов.A method of reducing hydraulic losses in pipelines is carried out by the following images.

В трубопроводах известными устройствами для создания концентрических вибраций, например основанных на обратном пьезоэлектрическом эффекте, создаются концентрические вибрации, направленные к центру потока жидкости. За счет интерференционной фокусировки увеличивается амплитуда и частота волны, что приводит к ускорению осевого потока жидкости. Через определенное расстояние создаются аналогичные концентрические вибрации и жидкость получает дополнительный импульс ускорения и так далее.Concentric vibrations are created in pipelines by known devices for generating concentric vibrations, for example, based on the inverse piezoelectric effect, directed towards the center of the fluid flow. Due to interference focusing, the amplitude and frequency of the wave increase, which leads to an acceleration of the axial fluid flow. After a certain distance, similar concentric vibrations are created and the fluid receives an additional impulse of acceleration and so on.

При помощи специальных направляющих или конструктивного исполнения внутренней поверхности трубопровода обеспечиваются винтовые потоки жидкости в области её контакта со стенками трубопровода. Этим создается промежуточный обкатывающий стенки трубы поток жидкости, которая будет служить естественным жидким подшипником качения между стенками трубопровода и центральным потоком жидкости. Последний при этом получает силовые импульсы в винтовом направлении, ускоряется и формируется в ламинарный вихревой поток. При этом устраняются турбулентные хаотические потоки и, как результат, снижаются гидравлические сопротивления.Using special guides or a design of the inner surface of the pipeline, helical fluid flows are provided in the area of its contact with the walls of the pipeline. This creates an intermediate fluid flow around the pipe wall, which will serve as a natural liquid rolling bearing between the pipe walls and the central fluid stream. The latter at the same time receives power pulses in the helical direction, accelerates and forms into a laminar vortex flow. In this case, turbulent chaotic flows are eliminated and, as a result, hydraulic drags are reduced.

При помощи специальных вибраторов или при помощи концентрических вибраторов с дополнительной функцией создается на отдельных участках трубопровода или по всей его длине бегущая стоячая волна, которая обеспечивает дополнительное движение жидкости по трубопроводу. Так как при этом движение жидкости будет подчинено параметрам бегущей стоячей волны, то при их оптимальных значениях гидравлические потери будут снижаться.Using special vibrators or using concentric vibrators with an additional function, a traveling standing wave is created in separate sections of the pipeline or along its entire length, which provides additional fluid movement through the pipeline. Since in this case the fluid motion will be subordinate to the parameters of the traveling standing wave, then at their optimal values, the hydraulic losses will decrease.

Для различных технологических потребностей водопроводов описанные признаки изобретения могут использоваться отдельно, либо в комбинациях совместного использования. Например, для напорных водосбросов по трубам для гидроэнергетических установок, где движение воды обеспечивается перепадом высот, требуется лишь операция создания винтовых потоков жидкости в области её контакта со стенками трубопровода для повышения эффективности преобразования энергии воды в механическое вращение ротора гидротурбины.For various technological needs of water supply systems, the described features of the invention can be used separately or in combination combinations. For example, for pressure spillways through pipes for hydropower plants, where the water movement is provided by a height difference, only the operation of creating helical fluid flows in the area of its contact with the walls of the pipeline is required to increase the efficiency of converting water energy into mechanical rotation of the turbine rotor.

Совместное использование указанных признаков изобретения может быть использовано для транспортирования различных жидкостей (воды, нефти, технологических и агрессивных жидких сред), пульпы и руды в горнодобывающей промышленности со значительной экономией энергии за счет снижения гидравлических потерь и снижения затрат на дополнительные насосные станции.The joint use of these features of the invention can be used for transporting various liquids (water, oil, technological and aggressive liquids), pulp and ore in the mining industry with significant energy savings by reducing hydraulic losses and reducing costs for additional pumping stations.

Claims (6)

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯCLAIM 1. Способ снижения гидравлических потерь в трубопроводах, содержащий импульсные вибрации, отличающийся тем, что импульсные вибрации создаются периодически по длине трубопровода и концентрически по его диаметру к центру потока.1. A method of reducing hydraulic losses in pipelines, containing pulsed vibrations, characterized in that the pulsed vibrations are generated periodically along the length of the pipeline and concentrically along its diameter to the center of the stream. 2. Способ снижения гидравлических потерь в трубопроводах, содержащий импульсные вибрации, отличающийся тем, что он дополнен операциями создания винтовых потоков жидкости в области её контакта со стенками трубопровода, которые создаются при помощи направляющих или конструктивного исполнения внутренней поверхности трубопровода.2. A method of reducing hydraulic losses in pipelines, containing pulsed vibrations, characterized in that it is supplemented by the operations of creating helical fluid flows in the area of its contact with the walls of the pipeline, which are created using guides or structural design of the inner surface of the pipeline. 3. Способ снижения гидравлических потерь в трубопроводах, содержащий импульсные вибрации, отличающийся тем, что он дополнен операцией обеспечения бегущих стоячих волн вдоль направления потока, которые создаются при помощи вибраторов.3. A method of reducing hydraulic losses in pipelines, containing pulsed vibrations, characterized in that it is supplemented by the operation of providing traveling standing waves along the flow direction, which are created using vibrators. 4. Способ по п.1, отличающийся тем, что параметры концентрических вибраций выбирают в зависимости от свойств жидкости и диаметра трубопровода.4. The method according to claim 1, characterized in that the parameters of the concentric vibrations are selected depending on the properties of the liquid and the diameter of the pipeline. 5. Способ по п.2, отличающийся тем, что создают по крайней мере три винтовых потока жидкости в виде вихревых шнуров.5. The method according to claim 2, characterized in that at least three helical fluid flows are created in the form of vortex cords. 6. Способ по п.3, отличающийся тем, что бегущую стоячую волну обеспечивают за счет создания встречных импульсов вибраций с разной частотой.6. The method according to claim 3, characterized in that the traveling standing wave is provided by creating counterpropagating vibration pulses with different frequencies.
EA201401010A 2013-10-02 2014-09-22 Method for reduction of hydraulic losses in pipelines EA033904B1 (en)

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KZ20131301 2013-10-02

Publications (2)

Publication Number Publication Date
EA201401010A1 EA201401010A1 (en) 2015-04-30
EA033904B1 true EA033904B1 (en) 2019-12-06

Family

ID=53008193

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
EA201401010A EA033904B1 (en) 2013-10-02 2014-09-22 Method for reduction of hydraulic losses in pipelines

Country Status (1)

Country Link
EA (1) EA033904B1 (en)

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB2188397A (en) * 1984-09-13 1987-09-30 Rolls Royce A low drag surface construction
US5074324A (en) * 1991-07-12 1991-12-24 The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Navy Method and apparatus for reducing drag and noise associated with fluid flow in a conduit
RU2117188C1 (en) * 1996-12-10 1998-08-10 Товарищество с ограниченной ответственностью Производственное предприятие "ГИДРОТЕХНИК" Акционерного общества "ЮЖГИПРОВОДХОЗ" Method of replacement of sliding friction by rolling friction of object moving in liquid medium

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB2188397A (en) * 1984-09-13 1987-09-30 Rolls Royce A low drag surface construction
US5074324A (en) * 1991-07-12 1991-12-24 The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Navy Method and apparatus for reducing drag and noise associated with fluid flow in a conduit
RU2117188C1 (en) * 1996-12-10 1998-08-10 Товарищество с ограниченной ответственностью Производственное предприятие "ГИДРОТЕХНИК" Акционерного общества "ЮЖГИПРОВОДХОЗ" Method of replacement of sliding friction by rolling friction of object moving in liquid medium

Also Published As

Publication number Publication date
EA201401010A1 (en) 2015-04-30

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP2024023741A (en) material flow amplifier
Kondratov et al. Mathematical model of elastic ribbed shell dynamics interaction with viscous liquid pulsating layer
US3099993A (en) Method of increasing the efficiency of fluid flow
EA033904B1 (en) Method for reduction of hydraulic losses in pipelines
RU2528545C2 (en) Pipeline transportation of gases and fluids and device to this end
RU2422733C1 (en) Heat cavitation generator
Rheem et al. A basic research on the viv response of rotating circular cylinder in flow
US20190085880A1 (en) Method of profiling openings of elements of mechanical system for generating optimal pressure waves in elastic fluids
Wu et al. Kill line model cross flow inline coupled vortex-induced vibration
Chaplin Orbital flow around a circular cylinder. Part 1. Steady streaming in non-uniform conditions
RU195692U1 (en) Device for reducing hydraulic losses in the pipeline
Sentyabov et al. Numerical investigation of the influence of special structures on suppression of pressure pulsations in the draft tube of a high-head hydraulic turbine
CN101865187A (en) Ultrasonic on-line air removing device for hydraulic system
EP3999713A1 (en) A vortex device and a method for hydroacoustic treatment of a fluid
RU2669442C2 (en) Vortex cavitator
RU2361683C1 (en) Siren of opposite resonant waves picked up from single rotor, which is homogeneous in length
RU2646270C1 (en) Method of initiation of the cavitation-hydrodynamic microdisintegration of the mineral composition of hydrosum
RU112961U1 (en) HYDRODYNAMIC VIBRATOR
Kondratov et al. Oscillating laminar fluid flow in a cylindrical elastic pipe of annular cross-section
RU2609553C2 (en) Device for heating fluid
JP6747690B2 (en) Fluid transfer method and fluid transfer device by pipeline
RU2792384C2 (en) Pressure stabilizer damping device
RU2580854C1 (en) Wear-resistant knuckle bend '' igr ''
RU2306169C1 (en) Method of the oil stripping in the separator of the first stage
RU2284229C2 (en) Sonar syren

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A Lapse of a eurasian patent due to non-payment of renewal fees within the time limit in the following designated state(s)

Designated state(s): AM AZ BY KZ KG TJ TM RU