RU2057698C1

RU2057698C1 - Method of and device for excitation of oscillations in liquid contained in pipeline and in space adjoining the pipeline

Info

Publication number: RU2057698C1
Authority: RU
Inventors: А.Ш. Янтурин; Р.Т. Асфандияров; Р.М. Клявин; И.Ф. Афридонов
Original assignee: Башкирский государственный научно-исследовательский и проектный институт нефтяной промышленности
Priority date: 1991-06-13
Filing date: 1991-06-13
Publication date: 1996-04-10

Abstract

FIELD: pumping of liquids. SUBSTANCE: source of oscillations is placed in pipeline, liquid pressure in pipeline is raised to value making oscillation source interference fitted in pipeline set in operation, and frequency of flow oscillations is regulated as function of pump delivery. Device for exciting oscillations has blind and through flexibly elastic plugs coupled by flexible members 3. Through hole in one of plugs is made in form of cone with swirl chamber. Hole in other plug accommodates core 7 with cup-shaped cavity 8. Used as resilient members 3 are two or more compression springs of similar characteristics. EFFECT: enlarged operating capabilities. 5 cl, 4 dwg

Description

Изобретение относится к гидродинамике потока жидкости при перекачке ее по трубопроводам и предназначено для возбуждения гидродинамических волн давления в них с целью, например, снижения гидравлического сопротивления при перекачке высоковязких жидкостей, для очистки внутренних стенок трубопроводов от отложений солей, парафинов или других компонентов перекачиваемых жидкостей, для обеспечения технологических процессов деэмульсации или, наоборот, диспергирования смесей в процессе перекачки. The invention relates to the hydrodynamics of a fluid flow when pumping it through pipelines and is intended to excite hydrodynamic pressure waves in them, for example, to reduce hydraulic resistance during pumping highly viscous liquids, to clean the inner walls of pipelines of deposits of salts, paraffins or other components of the pumped liquids, ensuring technological processes of demulsification or, conversely, dispersing mixtures during the pumping process.

Известен способ возбуждения гидродинамических волн (ГДВ) давления жидкости в трубопроводе с целью снижения гидравлического сопротивления его путем снижения вязкости прокачиваемой жидкости, воздействием на нее, например, ГДВ ультразвукового диапазона частот с помощью, в частности, магнитострикционных или пьезокерамических излучателей. A known method of excitation of hydrodynamic waves (GDV) of fluid pressure in a pipeline in order to reduce its hydraulic resistance by reducing the viscosity of the pumped fluid, exposure to it, for example, GDV of the ultrasonic frequency range using, in particular, magnetostrictive or piezoceramic emitters.

Недостатком известного способа является необходимость длительной ультразвуковой обработки жидкости для реального снижения вязкости жидкости. В то же время глубина распространения ультразвуковых колебаний в жидкости не превышает, как известно, нескольких десятков метров. Поэтому такой способ имеет ограниченное технологическое использование. The disadvantage of this method is the need for prolonged ultrasonic treatment of the liquid to actually reduce the viscosity of the liquid. At the same time, the depth of propagation of ultrasonic vibrations in a liquid does not exceed, as is known, several tens of meters. Therefore, this method has limited technological use.

Наиболее близким к изобретению является способ возбуждения колебаний в трубопроводе и в пространстве, примыкающем к трубопроводу, заключающийся в том, что в трубопроводе размещают источник колебаний и подают в него жидкость под давлением посредством насоса. Closest to the invention is a method of exciting vibrations in a pipeline and in a space adjacent to the pipeline, which consists in placing an oscillation source in the pipeline and supplying it with liquid under pressure by means of a pump.

Недостатком известного способа является сложность его реализации, а также низкая эффективность воздействия из-за незначительности амплитуды генерируемых источником колебаний гидродинамических волн давления жидкости. The disadvantage of this method is the complexity of its implementation, as well as low efficiency due to the insignificance of the amplitude generated by the oscillation source of the hydrodynamic waves of fluid pressure.

Целью настоящего изобретения является обеспечение возможности возбуждения поличастотных колебаний жидкости с дальнейшим поддержанием их по всей длине трубопровода, а также длительности гидродинамической обработки жидкости. The aim of the present invention is to provide the possibility of excitation of poly-frequency oscillations of the liquid with their further maintenance along the entire length of the pipeline, as well as the duration of the hydrodynamic treatment of the liquid.

Поставленная цель достигается тем, что источник колебаний размещают в трубопроводе с натягом, после чего увеличивают давление жидкости в нем до давления страгивания источника колебаний, а затем регулируют подачу насоса. This goal is achieved by the fact that the oscillation source is placed in the pipeline with an interference fit, after which the fluid pressure in it is increased to the pressure of the oscillation source, and then the pump flow is regulated.

Размещение в трубопроводе упругоэластичных пробок с определенным натягом позволяет задаваться той или иной жесткостью упругого элемента, расположенного между пробками, что, в свою очередь, позволяет задаваться требуемой амплитудой гидродинамических волн. В свою очередь, варьирование частотой колебаний при движении устройства в трубопроводе и возбуждении им гидродинамических волн определенной амплитуды позволяет варьировать интенсивность излучаемой энергии, т.е. позволяет управлять эффективностью гидродинамического воздействия. Placing in the pipeline elastically elastic plugs with a certain interference allows you to set one or another stiffness of the elastic element located between the plugs, which, in turn, allows you to set the desired amplitude of the hydrodynamic waves. In turn, the variation of the oscillation frequency during the movement of the device in the pipeline and its excitation of hydrodynamic waves of a certain amplitude allows you to vary the intensity of the radiated energy, i.e. allows you to control the effectiveness of hydrodynamic effects.

Устройство для реализации описываемого способа, содержащее глухую гофрированную эластичную пробку, размещенную в трубопроводе, снабжено по меньшей мере одной дополнительной эластичной пробкой со сквозным отверстием в форме усеченного конуса с вихревой камерой, имеющей вход из последнего, и сердечником с чашеобразным углублением на одном конце, причем пробки подпружинены одна относительно другой посредством упругого элемента, расположенного между ними, а конец с чашеобразным углублением сердечника обращен к пробке со сквозным отверстием в форме усеченного конуса со стороны его меньшего основания и расположен от этой пробки на расстоянии, большем максимальной рабочей деформации упругого элемента, а другой конец сердечника жестко сочленен с другой пробкой. A device for implementing the described method, containing a blind corrugated elastic plug placed in the pipeline, is equipped with at least one additional elastic plug with a through hole in the form of a truncated cone with a vortex chamber having an entrance from the latter, and a core with a cup-shaped recess at one end, the plugs are spring loaded relative to each other by means of an elastic element located between them, and the end with a cup-shaped recess of the core faces the plug with a through opening truncated cone from the side of its smaller base and is located from this tube at a distance greater than the maximum working deformation of the elastic element, and the other end of the core is rigidly articulated with another tube.

Кроме того, диаметр эластичных пробок в устройстве в свободном состоянии больше диаметра трубопровода, а число пробок со сквозным отверстием выбирают равным N n+1, где n 0, 1, 3, 5, 7, а упругие элементы выполнены в виде двух и более пружин сжатия с одинаковыми характеристиками. In addition, the diameter of the elastic plugs in the device in the free state is larger than the diameter of the pipeline, and the number of plugs with a through hole is chosen equal to N n + 1, where n 0, 1, 3, 5, 7, and the elastic elements are made in the form of two or more springs compression with the same characteristics.

Описываемое устройство в отличие от прототипа позволяет получать устойчивые поличастотные колебания жидкости в трубопроводе и в пространстве около него при одновременном увеличении глубины гидродинамического воздействия. The described device, in contrast to the prototype, allows to obtain stable polyfrequency oscillations of the fluid in the pipeline and in the space around it while increasing the depth of hydrodynamic effects.

На фиг.1 показана схема реализации предлагаемого способа с использованием двух пробок; на фиг.2 то же, но с использованием трех пробок; на фиг.3 схема размещения вихревой камеры вне сквозной пробки; на фиг.4а, б соответственно динамограммы потока жидкости и ГВД, генерируемых в нем по предлагаемому способу. Figure 1 shows a diagram of the implementation of the proposed method using two plugs; figure 2 is the same, but using three plugs; figure 3 layout of the vortex chamber outside the through plug; on figa, b, respectively, the dynamogram of the fluid flow and the HPA generated in it by the proposed method.

Метод реализации предлагаемого способа заключается в следующем. В концевой участок трубопровода 1 помещают последовательно сквозную (со сквозным отверстием) пробку 2, упругий элемент 3 и глухую пробку 4 (фиг.1). Обе пробки помещены с натягом и в свободном состоянии максимальные диаметры наружных гофрированных поверхностей их больше внутреннего диаметра трубопровода (фиг. 3). После этого начинают прокачку жидкости, с потоком которой пробки перемещаются внутри трубопровода из-за наличия сил упругости упругого элемента и сил трения гофрированных поверхностей о внутреннюю поверхность труб уже прерывисто (скачкообразно). Прерывистость перемещения обеспечивается следующим образом. Задняя, вдоль направления потока, пробка 4 перемещается вместе с жидкостью, а передняя 2 стоит "на месте" до тех пор, пока силы трения ее не уравновесятся силой упругости сжимающегося упругого элемента 3. По окончании момента уравновешивания этих сил передняя пробка 2 срывается с места, упругий элемент 3 распрямляется и соответственно сила сопротивления перемещению пробки 4 снижается до минимального. Затем процесс начинается сначала. Поскольку сила сопротивления перемещению задней пробки 4 периодически изменяется от максимальной в момент сжатия упругого элемента 3 до минимальной в момент распрямления его, то в трубопроводе будут периодически же генерироваться по обе стороны от пробки 4 и ГДВ, амплитуда которых будет эквивалентна величине указанных сил сопротивления. The method for implementing the proposed method is as follows. In the end section of the pipeline 1 is placed sequentially through (with a through hole) plug 2, an elastic element 3 and a blind plug 4 (figure 1). Both plugs are tightened and in a free state, the maximum diameters of the outer corrugated surfaces are larger than the inner diameter of the pipeline (Fig. 3). After this, pumping of the liquid begins, with the flow of which the plugs move inside the pipeline due to the elastic forces of the elastic element and the friction forces of the corrugated surfaces on the inner surface of the pipes are already intermittent (spasmodic). Intermittent displacement is provided as follows. The rear, along the flow direction, plug 4 moves together with the liquid, and the front 2 is “in place” until its friction forces are balanced by the elastic force of the compressing elastic element 3. At the end of the balancing of these forces, the front plug 2 breaks down , the elastic element 3 is straightened and, accordingly, the resistance to movement of the plug 4 is reduced to a minimum. Then the process starts over. Since the resistance to movement of the rear plug 4 periodically changes from maximum at the moment of compression of the elastic element 3 to minimum at the time of straightening it, then the pipeline will periodically be generated on both sides of plug 4 and GDV, the amplitude of which will be equivalent to the value of the indicated resistance forces.

На фиг.4б показана полученная в стендовых условиях на натурных образцах труб наружным диаметром 146 мм и с толщиной стенки 7,7 мм динамограмма ГДВ, генерируемых двумя пробками с четырьмя пружинами между ними, и в первоначально стационарном потоке жидкости (фиг.4а), создаваемом многоступенчатым центробежным насосом высокого давления с расходом 0,015 м³ (одно деление по оси ординат эквивалентно величине давления 0,1 МПа, скорость перемещения лентопротяжного механизма 25 делений, т.е. миллиметров в секунду). Получено устойчивое возбуждение гидродинамических волн (фиг.4б) с амплитудой давления 0,4.0,7 МПа и с частотой 10,0.14,2 Гц. На них дополнительно накладываются и ГДВ за счет так называемого эффекта "биения", приводящего к периодическому увеличению с частотой 0,5.1,0 Гц амплитуды гидродинамического давления до 0,7.1,0 МПа. Наличие эффекта "биения" при использовании в качестве упругого элемента нескольких пружин сжатия с примерно одинаковыми характеристиками приводит к резкому увеличению зоны одновременной виброобработки по длине трубопровода.On figb shows obtained in bench conditions on full-scale samples of pipes with an outer diameter of 146 mm and with a wall thickness of 7.7 mm GDV dynamogram generated by two plugs with four springs between them, and in the initially stationary fluid flow (figa) multistage centrifugal high-pressure pump with a flow rate of 0.015 m ³ (one division along the ordinate axis is equivalent to a pressure value of 0.1 MPa, the speed of movement of the tape drive 25 divisions, i.e. millimeters per second). A stable excitation of hydrodynamic waves was obtained (Fig.4b) with a pressure amplitude of 0.4.0.7 MPa and a frequency of 10.0.14.2 Hz. GDVs are additionally superimposed on them due to the so-called “beating” effect, which leads to a periodic increase in the amplitude of hydrodynamic pressure with a frequency of 0.5.1.0 Hz to 0.7.1.0 MPa. The presence of the “beating” effect when several compression springs with approximately the same characteristics are used as an elastic element leads to a sharp increase in the zone of simultaneous vibration processing along the length of the pipeline.

Для получения высокочастотной составляющей излучаемого гидродинамического поля сквозная пробка 2 имеет центральное коническое отверстие 5, в котором дополнительно размещена вихревая камера 6, а напротив меньшего диаметра конуса отверстия 5 уже с другой пробкой жестко сочленен сердечник 7 с чашеобразным, например, параболоидным или сфероидальным углублением 8. Причем вихревая камера 6 может быть размещена или внутри пробки 2 (фиг.1), или снаружи в специальном переходнике 9 (фиг.3). Получаемая за счет наличия вихревой камеры высокочастотная составляющая ГДВ обеспечивает возможность снижения вязкости перекачиваемых растворов в зоне, прилегающей к пробкам. To obtain the high-frequency component of the emitted hydrodynamic field, the through plug 2 has a central conical hole 5, in which a vortex chamber 6 is additionally placed, and on the contrary to a smaller diameter of the cone of the hole 5, a core 7 with a cup-shaped, for example, paraboloidal or spheroidal recess 8, is rigidly connected. Moreover, the vortex chamber 6 can be placed either inside the tube 2 (figure 1), or outside in a special adapter 9 (figure 3). Obtained due to the presence of a vortex chamber, the high-frequency component of the GDV provides the possibility of reducing the viscosity of the pumped solutions in the area adjacent to the plugs.

На фиг. 2 представлен вариант реализации предлагаемого способа с тремя пробками, где вторая сквозная пробка 10 также сочленена упругим элементом 3. Сердечник 7 со сфероидальным чашеобразным углублением 8 в данном случае жестко сочленен уже не с глухой 4, а с дополнительной сквозной пробкой 10. In FIG. 2 shows an embodiment of the proposed method with three plugs, where the second through plug 10 is also articulated by an elastic element 3. The core 7 with a spheroidal cup-shaped recess 8 in this case is rigidly jointed not with blind 4, but with an additional through plug 10.

Количество сквозных пробок и параметры сочленяющих их пружин сжатия предопределяются требуемыми параметрами излучаемого гидродинамического поля, т. е. физическими параметрами обрабатываемой жидкости и технологическим предназначением применения предлагаемого способа возбуждения ГДВ. The number of through plugs and the parameters of the compression springs connecting them are predetermined by the required parameters of the emitted hydrodynamic field, i.e., by the physical parameters of the liquid being processed and the technological purpose of the application of the proposed method for exciting GDV.

Предлагаемый способ возбуждения колебаний в потоке и устройство для его осуществления обладают по сравнению с известными простотой и дешевизной реализации. The proposed method for exciting oscillations in a stream and a device for its implementation have compared with the known simplicity and low cost of implementation.

Позволяют варьированием количества пробок, величиной натяга их (наружного диаметра гофрированных поверхностей), а также жесткости пружин сжатия в широких пределах обеспечивать управление параметрами низкочастотной составляющей излучаемого гидродинамического поля в зависимости от свойств обрабатываемой среды. They allow, by varying the number of plugs, their tightness (outer diameter of corrugated surfaces), and the stiffness of compression springs to provide wide control over the parameters of the low-frequency component of the emitted hydrodynamic field, depending on the properties of the medium being treated.

Кроме того, наличие высокочастотной составляющей поля, генерируемой вихревой камерой и отражателями, обеспечивает длительное воздействие на жидкость и, следовательно, снижение вязкости ее в зоне, прилегающей к местонахождению пробок в потоке жидкости на расстоянии до нескольких десятков метров, что обеспечивает, в свою очередь, возможность использования эффектов, связанных с механизмом памяти жидкости. In addition, the presence of the high-frequency component of the field generated by the vortex chamber and reflectors provides a long-term effect on the liquid and, consequently, a decrease in its viscosity in the zone adjacent to the location of the plugs in the liquid stream at a distance of several tens of meters, which, in turn, ensures the possibility of using effects associated with the fluid memory mechanism.

Перемещение пробок с потоком жидкости обеспечивает возможность требуемой технологической обработки трубопроводов большой длины, в которых ГДВ, излучаемые стационарными генераторами, быстро гасятся как силами демпфирования в самой жидкости, так и трением ее о стенки канала. The movement of plugs with a fluid flow provides the possibility of the required technological processing of large length pipelines, in which GDV emitted by stationary generators are quickly quenched by both the damping forces in the fluid itself and its friction against the channel walls.

Claims

1. The method of exciting fluid oscillations in the pipeline and in the space adjacent to the pipeline, which consists in the fact that the source of oscillations is placed in the pipeline and liquid is supplied to the pipeline under pressure by means of a pump, characterized in that the oscillation source is placed in the pipeline with an interference fit, after which increase the pressure in the pipeline to the pressure of breaking from the place of the oscillation source, and then regulate the flow of the pump.

2. A device for exciting fluid oscillations in a pipeline and in a space adjacent to the pipeline, comprising a blind corrugated plug placed in the pipeline, characterized in that it is provided with at least one additional plug made with a through hole in the form of a truncated cone with a vortex chamber having an entrance from the latter, and a core with a cup-shaped recess at one end, and the plugs are spring loaded one relative to the other by means of an elastic element located between them, and q core with a cup-shaped recess faces the tube with the through hole in the shape of a truncated cone with its smaller side base and is located from this tube at a distance greater than the maximum working deformation of the elastic member and the other end of the core is rigidly joined with the other stopper.

3. The device according to claim 2, characterized in that the diameter of the corrugations of the elastic plugs in the free state is larger than the diameter of the pipeline.

4. The device according to PP.2 and 3, characterized in that the number of plugs with a through hole is chosen equal to n + 1, where n 0, 1, 3, 5, 7,
5. The device according to PP.2 to 4, characterized in that the elastic elements are made in the form of two or more compression springs with the same characteristics.