EA033904B1 - Method for reduction of hydraulic losses in pipelines - Google Patents
Method for reduction of hydraulic losses in pipelines Download PDFInfo
- 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
Links
Abstract
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)
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)
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 |
-
2014
- 2014-09-22 EA EA201401010A patent/EA033904B1/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (3)
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 |