RU19897U1 - Трубопровод - Google Patents

Abstract

1. Трубопровод, использующий жидкость в качестве рабочей среды, содержащий трубу, снабженную устройствами загрузки и выгрузки, отличающийся тем, что в качестве рабочей среды используют поток жидкости, являющийся частью потока, в котором полностью или частично размещена труба, при этом труба снабжена устройствами для забора жидкости, ориентированными навстречу потоку.2. Трубопровод по п.1, отличающийся тем, что труба погружена в реку.3. Трубопровод по п.1, отличающийся тем, что введена дополнительная труба, снабженная устройствами загрузки и выгрузки, причем нижние участки трубы снабжены вентилями для слива воды и соединены между собой вентилем для подачи воды в дополнительную трубу, кроме того, введен контейнер для транспортировки груза, размещенный внутри трубы.

Description

2001104651

Illlljilplllllilllllll МПК1 p ,7 D1/00

Трубопровод

Предлагаемое техническое решение относится к области транспорта, в частности, трубопроводного транспорта и может быть использовано для транспортировки грузов на большие расстояния.

В трубопроводе груз (жидкий, газообразный, сыпучий и т.д.) перемещается по трубе, в которой за счет разности давления в пункте отправки и приема создается направленный поток рабочей среды (газа или жидкости), увлекающий за собой груз и обеспечивающий таким образом его транспортировку. Разность давления создается с помощью специальных насосов, нагнетающих рабочую среду в трубу в пункте отправки груза.

Схема трубопровода, применяемого, например, в горной промышленности для транспортировки руд и концентратов, достаточно хорошо известна (Дмитриев Г.П., Смолдырев А.Е. Гидротранспорт руд и концентратов, М., 1966, стр. 11). Он состоит (фиг. 1) из трубы, насоса (насосной станции), устройств загрузки и выгрузки. В качестве рабочей среды используется вода.

Недостатком таких трубопроводов является невысокий напор в трубе, а также необходимость затрат электрической или иной энергии для работы различного типа насосов, обеспечивающих поток воды в трубе. В связи с этим протяженность таких трубопроводов невелика, они используются главным образом в пределах горнорудных предприятий.

Известны трубопроводы, использующие потенциальную энергию воды (Смолдырев А.Е. Трубопроводный транспорт в горной промышленности, М., 1959, стр. 67). Например, в напорном трубопроводе поток в трубе создается водяным столбом, образованным за счет естественного или искусственного резервуара, поднятого над трубопроводом.

Трубопроводный транспорт в горной промышленности, М., 1959, стр. 17). Подача воды на верхний участок трубы производится с помощью насосов.

Известный трубопровод (фиг 1) состоит из трубы 1, расположенной под углом к горизонту, по которой самотеком течет вода, насоса 2, устройств загрузки 3 и выгрузки 4, причем насос 2 установлен в начальном участке трубы 1, а устройства загрузки 3 и выгрузки 4 установлены соответственно в начальном и конечном участках трубы 1.

Устройство работает следующим образом. В трубу 1 насосом 2 подается вода, которая самотеком, благодаря разности высот трубы на начальном и конечном участках, перетекает от верхнего участка трубы к нижнему. В пункте загрузки 2 в трубу 1 помещается транспортируемый груз (сыпучий, твердый). Увлекаемый потоком воды, груз перемещается по трубе. В пункте выгрузки 3 груз извлекается из трубы 1.

Недостатком такого трубопровода является малая протяженность трубопровода, относительно небольшие объем транспортируемого груза и скорость его перемещения, что объясняется невысоким напором воды в трубе, который определяется разностью высот трубы на начальном и конечном участке. Кроме того, недостатком является необходимость затрат электрической энергии для работы насоса.

Заявляемое изобретение направлено на устранение указанных недостатков.

Решаемой задачей таким образом является увеличение протяженности трубопровода, увеличение объема транспортируемого груза и скорости его перемещения, снижение затрат электрической энергии.

Указанный технический результат достигается тем, что в трубопроводе, использующем жидкость в качестве рабочей среды, содержащем трубу, снабженную устройствами загрузки и выгрузки, согласно изобретению, труба трубопровода полностью или частично помещена в поток жидкости, которая одновременно является рабочей средой, при этом труба снабжена устройствами для забора жидкости, ориентированными навстречу потоку.

Поставленная задача решается также тем, что:

-труба погружена в реку;

-в качестве устройства для забора жидкости использован один из створов плотины гидроэлектростанции.

Для транспортировки грузов в направлении, не совпадающем с течением реки, например, навстречу течению реки, введена дополнительная труба, снабженная устройствами загрузки и выгрузки, причем в нижних участках трубы снабжены вентилями для слива воды и соединены между собой вентилем для подачи воды в дополнительную трубу, кроме того введен контейнер для транспортировки груза, размещенный внутри трубы.

Поясним суть предлагаемого решения.

В предлагаемом трубопроводе для создания потока жидкости в трубе использовано течение реки. При этом используются две составляющие энергии воды реки, в которую погружена труба трубопровода. Во-первых, - потенциальная энергия столба воды в трубе за счет ее наклона в соответствии с наклоном реки, во-вторых, - энергия течения реки. Первая составляющая использована в самотечных трубопроводах (Дмитриев Г.П., Смолдырев А.Е. Гидротранспорт руд и концентратов, М., 1966).

Для использования энергии течения реки труба снабжается устройствами для забора жидкости, например, водозаборами (в виде раструбов), которые располагаются в начале трубы и/или по ее длине (фиг. 2). Водозабор имеет расширение навстречу потоку.

Приведем функциональные зависимости увеличения скорости движения воды в трубе, происходящее в результате повышения динамического давления в ней за счет применения водозабора. Известно, что объем жидкости У, протекающей по трубе за время /, определяется формулой Пуазейля (X. Кухлинг. Справочник по физике, М., 1983, стр. 128):

Ар - разность давлений на концах трубы (в нашем случае это - динамическое давление, образуемое за счет течения реки и водозаборов);

/ - длина трубы трубопровода до следующего водозабора или до конца трубы, если водозабор последний;

/7 - динамическая вязкость (для воды ц - ,002 мПа-с). Кинетическая энергия Wk потока воды массой т в водозаборе равна mv2/2, где v - скорость течения воды в реке. Следовательно, динамическое давление, которое возникает на выходе водозабора, равно:

Ap mv2/(l7tR2).(2)

Подставляя выражение (2) в (1), и учитывая, что объем воды в трубе равен V 7iR2l, получим формулу для приращения скорости воды в трубе (Av l/f) за счет динамического давления:

Av - тJ/(67crjl).(3)

В последней формуле величина т - это масса воды в водозаборе. Для водозабора пирамидальной формы высотой и с поперечным сечением в виде прямоугольника (фиг. 2) площадью 5 величина т равна:

w pSu/З,(4)

где р - плотность воды. Окончательно получаем, что суммарная скорость воды в трубе равна:

+ + pW/f48 Л77/;.(5)

Таким образом, величина приращения скорости воды в трубе, а, следовательно, и скорости транспортировки груза трубопроводом, прямо пропорциональна объему водозабора и квадрату скорости течения реки. Учитывая, что скорость течения реки величина постоянная, достижение требуемой скорости транспортировки грузов обеспечивается выбором объема водозабора. В качестве водозабора может быть использован один из створов гидроэлектростанции (фиг. 6).

вводится труба 9 (фиг. 3) с устройствами загрузки 3 и выгрузки 4. Дополнительная труба может быть проложена как в русле реки, так и по суше. Обе трубы в нижнем по течению реки участке соединены вентилем 12 и имеют вентили 10 и 11 для слива воды. Трубы представляют собой сообщающиеся сосуды. Поток воды во второй трубе образуется при ее заполнении за счет выравнивания уровней воды в трубах при открытом вентиле 12. Контейнер 13 в трубе 9 имеет уплотнение, не пропускающее воду между внешней поверхностью контейнера и внутренней поверхностью трубы, поэтому при заполнении трубы 9 он подобно поршню перемещается в трубе.

Изобретение иллюстрируется следующими чертежами.

Фиг. 1 - функциональная схема известного устройства.

Фиг. 2 - функциональная схема предлагаемого устройства.

Фиг. 3 - функциональная схема предлагаемого устройства с обратным направлением транспортировки грузов.

Фиг. 4 - функциональная схема устройства загрузки.

Фиг. 5 - функциональная схема устройства выгрузки.

Фиг. 6 - функциональная схема предлагаемого устройства с использованием в качестве водозабора створа плотины гидроэлектростанции.

Предлагаемое устройство (фиг. 2) содержит трубу 1, снабженную устройствами загрузки 3 и выгрузки 4, каждое из которых имеет поворотную заслонку 5, а устройство выгрузки - еще и решетку 6, водозаборами 7, контейнером 8.

Предлагаемое устройство для транспортировки в направлении, не совпадающем с направлением течения реки (фиг. 3), содержит трубу 1, снабженную устройствами загрузки 3 и выгрузки 4, водозаборами 7, контейнером 8, трубу 9, снабженную устройствами загрузки 3 и выгрузки 4, в нижних участках обе трубы имеют вентили 10 и 11 для слива воды и соединены между собой вентилем 12 для подачи воды в трубу 9, труба 9 снабжена контейнером 13.

Устройства для загрузки 3 (фиг. 4) и выгрузки 4 (фиг. 5) содержат поворотные заслонки 5, а устройства выгрузки - еще и решетки 6. При этом поворотные заслонки 5 установлены таким образом, что при повороте заслонка 5 осуществляет перекрытие потока воды и отвод его из зоны загрузки или выгрузки, решетки 6 смонтированы неподвижно внутри трубы за поворотными заслонками 5 по ходу потока воды таким образом, чтобы контейнер останавливался напротив открытой заслонки 5.

Устройства могут быть выполнены с использованием следующих известных элементов.

Труба 1, труба 9 - стальная, железобетонная, пластиковая или из другого твердого материала труба, площадь и форма поперечного сечения определяется характером груза и глубиной реки.

Водозабор 7 - стальная, железобетонная или из другого твердого материала конструкция, представляющая собой воронку, узкий конец которой соединен с трубой трубопровода, а широкий ориентирован навстречу течению реки. В качестве водозабора может использоваться один из створов плотины гидроэлектростанции.

Контейнер 8 - контейнер, имеющий при заполнении его грузом отрицательную или нулевую плавучесть.

Контейнер 13 - контейнер с уплотнением, обеспечивающим плотное скольжение контейнера внутри трубы 9.

Вентили 10, 11, 12 - трубопроводные вентили.

Предлагаемое устройство (фиг. 2) работает следующим образом.

При прямой транспортировке грузов поток воды реки, образуемый за счет уклона ее русла и водозаборов 7, поступая в трубу 1 трубопровода, создает поток внутри нее. Контейнер 8 с грузом с помощью устройства загрузки 3 загружается в трубопровод. Для этого открывают поворотную заслонку 5, поток воды отводится за пределы трубы. Контейнер 8 помещают в трубу, после чего заслонку 5 закрывают. Контейнер 8 с грузом имеет нулевую или отрицательную плавучесть, поэтому увлекаемый потоком, контейнер 8 перемещается по трубе. В пункте выгрузки 4 контейнер с грузом задерживается решеткой 6. Поворотом заслонки 5 поток воды отводится из зоны выгрузки, и контейнер 8 извлекается из трубы 1.

Для транспортировки грузов в направлении, отличающемся от направления течения реки, в частности, при обратной транспортировке грузов, используется труба 9 (фиг. 3). Обе трубы в нижнем по течению реки участке имеют вентили 10 и 11 для слива воды, которые при прямой транспортировке открыты. Труба 9 - пуста. Вентиль 12, соединяющий трубы, при прямой транспортировке, закрыт. При обратной транспортировке вентили 10 и 11 закрывают, через устройство загрузки 3 (фиг. 4) груз загружают в контейнер 13, размещенный в трубе 9 и открывают вентиль 12. При этом вода из трубы 1 под действием своего веса и напора (за счет водозаборов 7) заполняет трубу 9. Под действием давления воды, заполняющей трубу 9, контейнер 13, имеющий уплотнение, обеспечивающее плотное скольжение контейнера внутри трубы 9, перемещается внутри ее, доставляя груз до пункта выгрузки 4. В пункте выгрузки 4 контейнер 13 извлекается из трубы (фиг. 5).

Claims (3)

1. Трубопровод, использующий жидкость в качестве рабочей среды, содержащий трубу, снабженную устройствами загрузки и выгрузки, отличающийся тем, что в качестве рабочей среды используют поток жидкости, являющийся частью потока, в котором полностью или частично размещена труба, при этом труба снабжена устройствами для забора жидкости, ориентированными навстречу потоку.

2. Трубопровод по п.1, отличающийся тем, что труба погружена в реку.

3. Трубопровод по п.1, отличающийся тем, что введена дополнительная труба, снабженная устройствами загрузки и выгрузки, причем нижние участки трубы снабжены вентилями для слива воды и соединены между собой вентилем для подачи воды в дополнительную трубу, кроме того, введен контейнер для транспортировки груза, размещенный внутри трубы.