RU2556452C1 - Downcomer - Google Patents
Downcomer Download PDFInfo
- Publication number
- RU2556452C1 RU2556452C1 RU2014121243/02A RU2014121243A RU2556452C1 RU 2556452 C1 RU2556452 C1 RU 2556452C1 RU 2014121243/02 A RU2014121243/02 A RU 2014121243/02A RU 2014121243 A RU2014121243 A RU 2014121243A RU 2556452 C1 RU2556452 C1 RU 2556452C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- pipe
- section
- main section
- main
- internal
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Rigid Pipes And Flexible Pipes (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к области возобновляемых источников энергии и пресной воды и гидравлических трубопроводных систем.The invention relates to the field of renewable energy and fresh water and hydraulic piping systems.
В работах Федяевского К.К. Снижение сопротивления трения путем изменения физических констант на стенке. Доклады АН СССР, 9-10, 1943 и Корнилова В.И. Использование микровдува воздуха через пористую стенку для снижения трения на плоской пластине. Вестник Новосибирского университета. Т. 5, вып. 3, 2010. описан способ уменьшения трения (на 45-47%) о твердую поверхность путем вдува газа в пограничный слой. Этот очень эффективный способ снижения гидравлического трения использован в рекордных самых скоростных отечественных торпедах типа "Шквал" (О. Капцов «Есть ли торпеда опаснее «Шквала»? Военное обозрение, 20.06.2013). Однако ввод газа с головной части обтекаемого жидкостью тела может обеспечить газовую пленку на относительно небольшом расстоянии от места ввода газа, несравнимо меньшем, чем длины трубопроводов. Кроме того, необходимы большие энергетические затраты для поддержания газовой пленки, а также резко возрастает гидравлическое сопротивление при случайном выходе части твердой поверхности из газовой пленки при маневрах торпеды.In the works of Fedyaevsky K.K. Decrease in friction resistance by changing physical constants on the wall. Reports of the Academy of Sciences of the USSR, 9-10, 1943 and Kornilov V.I. Using micro-air blowing through a porous wall to reduce friction on a flat plate. Bulletin of the Novosibirsk University. T. 5, no. 3, 2010. A method for reducing friction (by 45-47%) on a solid surface by blowing gas into the boundary layer is described. This very effective way to reduce hydraulic friction was used in the record high-speed domestic torpedoes of the Shkval type (O. Kaptsov “Is there a torpedo more dangerous than the Shkval? Military Review, 06/20/2013). However, the gas inlet from the head of the fluid-streamlined body can provide a gas film at a relatively small distance from the gas inlet, incomparably shorter than the length of the pipelines. In addition, high energy costs are required to maintain the gas film, and the hydraulic resistance increases sharply when a part of the solid surface accidentally leaves the gas film during torpedo maneuvers.
Известным техническим решением, наиболее близким к рассматриваемому, является патент RU 2073129 «Средство снижения сопротивления трения тел в жидкой среде устройство его реализации», МПК F15D 1/06, опубл. 27.04.1993, авт. Денисов Э.П., Григорьев В.Ю., Дорощенко А.В. и др. В нем для снижения гидравлического сопротивления на внутреннюю поверхность трубы наносится гидрофобное покрытие. Однако снижение гидравлического сопротивления существенно меньше, чем в предыдущем случае.A well-known technical solution, the closest to the one under consideration, is the patent RU 2073129 "Means for reducing the friction resistance of bodies in a liquid medium, the device for its implementation", IPC F15D 1/06, publ. 04/27/1993, ed. Denisov E.P., Grigoryev V.Yu., Doroshchenko A.V. and others. In it, to reduce hydraulic resistance, a hydrophobic coating is applied to the inner surface of the pipe. However, the decrease in hydraulic resistance is significantly less than in the previous case.
Задачей настоящего изобретения является существенное снижение гидравлического трения в опускных трубах, позволяющее пропускать большие расходы жидкости через небольшие проходные сечения с минимальными энергетическими потерями, а также сохранять малое гидравлическое трение при случайных колебаниях трубы. Это позволяет в опускных трубах возобновляемых источников энергии и пресной воды из облаков (патент RU 2407914 C1 «Способ и устройство возобновляемого получения электроэнергии и чистой воды», МПК F03B 13/00, опубл. 27.12.2010, авт. Байбиков А.С. и патент RU 2500854 C1 «АЭРО ГЭС», МПК E02B 9/00, F03B 13/00. Опубл. 10.12.2013, авт. Казанцев А.Н.), соединяющих воздушную и наземную части, использовать трубы с минимальными наружным и соответственно проходным сечениями, чем достигается минимальное ветровое аэродинамическое сопротивление и вес воды в трубе при минимальных гидравлических потерях. Это позволяет уменьшить необходимую подъемную силу и объем поддерживающих аэростатов, а также нагрузки в привязных тросах.The objective of the present invention is to significantly reduce hydraulic friction in the down pipes, allowing large flows of fluid to pass through small flow sections with minimal energy loss, as well as maintaining low hydraulic friction during random pipe vibrations. This allows in the downpipes of renewable energy and fresh water from the clouds (patent RU 2407914 C1 "Method and device for the renewable production of electricity and clean water", IPC F03B 13/00, published on 12/27/2010, auth. Baybikov AS and patent RU 2500854 C1 “AERO HPP”, IPC E02B 9/00, F03B 13/00. Published on December 10, 2013, authored by Kazantsev AN), connecting the air and ground parts, use pipes with minimum outer and respectively passage sections what achieves the minimum wind aerodynamic drag and the weight of water in the pipe with minimal hydraulic losses. This reduces the necessary lifting force and the volume of supporting balloons, as well as the load in the tethered cables.
Это достигается путем выполнения основного участка трубы из двух слоев: в виде связанных между собой силовой сетки и внутренней сплошной супергидрофобной пленки, пронизанной системой микроотверстий, причем оси их составляют с осью трубы, направленной от входного участка к выходу основного участка, угол от 90 до 160 градусов, или сплошной стенки с внутренним супергидрофобным покрытием с аналогичной системой сквозных микроотверстий.This is achieved by performing the main pipe section of two layers: in the form of a connected power grid and an internal continuous superhydrophobic film penetrated by a system of microholes, their axes being with the pipe axis directed from the input section to the output of the main section, an angle from 90 to 160 degrees, or a continuous wall with an internal superhydrophobic coating with a similar system of through-holes.
На фиг. 1 и 2 представлено устройство опускной трубы.In FIG. 1 and 2 show the device of the lowering pipe.
Вертикальная опускная труба (см. фиг. 1) включает начальный неперфорированный ограниченный поверхностями вращения участок 1 с внутренним супергидрофобным покрытием 2. К нему прикреплен и продолжает основной ограниченный аналогичными поверхностями (в частности цилиндрическими) основной участок, стенка которого выполнена из скрепленных между собой силовой сетки 3 и внутренней супергидрофобной пленки 4. Сквозная перфорация супергидрофобной пленки на основном участке, как показано на фиг. 2, выполнена в виде густой сетки микроотверстий 5. Угол между осями 6 микроотверстий, направленными от внутренности трубы, и осью 7 трубы, совпадающей с направлением от входного участка к выходу основного, находится в диапазоне от 90 до 160 градусов. Основной участок 3 также может быть выполнен в виде силовой сплошной трубы с внутренним гидрофобным покрытием 4. Перфорация на основном участке в этом случае, как показано на фиг. 3, выполнена в виде густой сетки сквозных микроотверстий с осями 6.The vertical lowering pipe (see Fig. 1) includes an initial non-perforated section 1 bounded by surfaces of revolution with an inner
Труба прикреплена к удерживающему аэростат тросу 8 сетчатым хомутом 9.The pipe is attached to the balloon holding cable 8 with a mesh clamp 9.
Вода, поступающая в начальный участок 1 вертикальной опускной трубы под действием силы тяжести ускоряется до уровня скорости, не вызывающей существенные гидравлические потери с учетом снижения гидравлического трения из-за супергидрофобного покрытия 2. Соответственно увеличивающейся скорости уменьшается проходное сечение трубы.The water entering the initial section 1 of the vertical lowering pipe is accelerated by gravity to a speed level that does not cause significant hydraulic losses, taking into account a decrease in hydraulic friction due to super-hydrophobic
Далее вода поступает внутрь 4 основного перфорированного участка. Так же, как в эжекторе (см. http://en.wikipedia.org/wiki/ejector) в струе воды давление ниже, чем в окружающей воздушной среде, проникающей через сквозные микроотверстия 5 в пленке или сплошной стенке трубы к текущей воде. Этот воздух и создает газовый слой между жидкостью и стенкой, снижающий потери на трение. Как в эжекторах, этому способствует вдув газа по направлению потока через косые относительно стенки микроотверстия 5. Это стало возможным при использовании недавно разработанной технологии изготовления трековых мембран на ускорителях ионов, которые, проникая в твердый материал, изменяют структуру материала по траектории ионов, создавая прямые или впоследствии вытравливаемые микроканалы (Реутов В.Ф., Дмитриев С.Н. Ионно-трековая нанотехнология. Российский химический журнал, т. XLVI, 5, 2002). Эта технология обеспечивает высокую равномерность расположения и ориентации микроотверстий. В соответствии с увеличивающейся скоростью проходное сечение трубы продолжает уменьшаться. Вследствие непосредственного превращения энергии, полученной потоком, в скорость возникающий незначительный перепад давления между атмосферой и потоком воспринимается силовым элементом: сеткой или сплошной стенкой. Повышению устойчивости трубы способствует супергидрофобная пленка или покрытие 4, которое отталкивает молекулы воды и в зазор между потоком и стенкой проникают молекулы воздуха. Это сохраняет газовую пленку даже при случайных движениях трубы при порывах ветра, которые могут воздействовать на длинную опускную трубу в составе установки для возобновляемого производства энергии и пресной воды.Next, the water enters the 4 main perforated area. As in an ejector (see http://en.wikipedia.org/wiki/ejector), the pressure in the water jet is lower than in the surrounding air, penetrating through the through-holes 5 in the film or in the continuous wall of the pipe to the flowing water. This air creates a gas layer between the liquid and the wall, which reduces friction losses. As in ejectors, this is facilitated by blowing gas in the direction of flow through the microholes 5, which are oblique with respect to the wall. This is made possible by using the recently developed technology for manufacturing track membranes on ion accelerators, which, penetrating into solid material, change the structure of the material along the ion path, creating straight or subsequently etched microchannels (Reutov V.F., Dmitriev S.N. Ion-track nanotechnology. Russian Chemical Journal, vol. XLVI, 5, 2002). This technology provides high uniformity of the location and orientation of the microholes. In accordance with increasing speed, the bore of the pipe continues to decrease. Due to the direct conversion of the energy received by the stream into speed, the resulting slight pressure drop between the atmosphere and the stream is perceived by the force element: a grid or a solid wall. Increasing the stability of the pipe contributes to the super-hydrophobic film or coating 4, which repels water molecules and air molecules penetrate into the gap between the flow and the wall. This preserves the gas film even in case of accidental pipe movements with gusts of wind that can affect the long downpipe as part of a plant for renewable energy and fresh water production.
Этот эффект, а также силовое воздействие струи на препятствие не дают возможности схлопывания трубы от внешнего давления. Аэродинамические и силовые нагрузки, действующие на трубу, воспринимает привязной трос 7 аэростата, жестко прикрепляющий трубу с помощью сетчатого хомута 8.This effect, as well as the forceful effect of the jet on the obstacle, do not allow the collapse of the pipe from external pressure. Aerodynamic and power loads acting on the tube are absorbed by the tethered cable 7 of the aerostat, rigidly attaching the tube using a mesh clamp 8.
Конкретная реализация изобретения может быть проиллюстрирована на примере опускной трубы возобновляемого источника энергии и воды, основной участок которой имеет длину 3000 м, пропуская 350 куб. м/час воды. При допустимой (по условиям энергопотерь) входной скорости 2 м/с входной внутренний диаметр основного участка 250 мм. В соответствии с ускорением потока под действием силы тяжести диаметр трубы изменяется приблизительно обратно пропорционально корню четвертой степени от входа. На выходе внутренний диаметр трубы 22,5 мм. Во внутренней пленке из гидрофобного полиэтилентетрафталата (по вышеупомянутому патенту RU 2073129) выполняется сеть сквозных микроотверстий диаметром 5 мкм, используя ионно-трековую технологию (см. выше). Оси отверстий составляют тупой угол с направлением потока, что обеспечивает эжекторный эффект подсоса воздуха из окружающей атмосферы. Силовые нагрузки воспринимает прикрепленная к пленке наружная силовая сетка из полиэстерных нитей, из которых изготавливаются стандартные аэроткани аэростатов.A specific implementation of the invention can be illustrated by the example of a drain pipe of a renewable energy and water source, the main section of which has a length of 3000 m, flowing 350 cubic meters. m / hour of water. With a permissible (according to energy loss) input speed of 2 m / s, the input inner diameter of the main section is 250 mm. In accordance with the acceleration of the flow under the action of gravity, the diameter of the pipe changes approximately inversely with the root of the fourth degree from the inlet. At the outlet, the inner diameter of the pipe is 22.5 mm. In the inner film of hydrophobic polyethylenetetrafthalate (according to the aforementioned patent RU 2073129), a network of through micro-holes with a diameter of 5 μm is made using ion-track technology (see above). The axes of the holes make an obtuse angle with the direction of flow, which provides an ejector effect of air leaks from the surrounding atmosphere. Power loads are absorbed by an external power grid of polyester threads attached to the film, from which standard aerostats aerostats are made.
В случае существенного увеличения мощности ускорителей, использующихся в ионно-трековой технологии, появляется возможность выполнения микроотверстий в твердых материалах большой толщины и сквозная перфорация в сплошных стенках трубы совместно с внутренним супергидрофобным покрытием. Так как перепад давления в потоке воды и в окружающей атмосфере незначителен, толщина стенки трубы может быть минимальной.In the case of a significant increase in the power of accelerators used in ion-track technology, it becomes possible to make micro-holes in solid materials of large thickness and through perforation in the solid walls of the pipe together with an internal super-hydrophobic coating. Since the pressure drop in the water stream and in the surrounding atmosphere is insignificant, the pipe wall thickness may be minimal.
Опускная труба крепится к привязному тросу аэростата сетчатыми хомутами из полиэстерных нитей, незначительно препятствующих доступу воздуха, позволяющими передать аэродинамические ветровые и силовые нагрузки трубы на трос. Такая конструкция обеспечивает внутренний диаметр трубы до высоты 2 км меньший, чем 30 мм. Таким образом, обеспечиваются минимальные аэродинамическое сопротивление в наиболее плотных слоях атмосферы, вес воды в трубе.The lowering tube is attached to the aerostat's tethered cable by net clamps made of polyester threads, which slightly impede the access of air, allowing the aerodynamic wind and power loads of the pipe to be transferred to the rope. This design provides an inner diameter of the pipe to a height of 2 km less than 30 mm. Thus, the minimum aerodynamic drag in the most dense layers of the atmosphere and the weight of the water in the pipe are ensured.
Техническим результатом предлагаемого устройства является уменьшение энергетических потерь при высоких скоростях воды, снижение диаметра и стоимости опускной трубы, внешнего аэродинамического сопротивления и веса воды в трубе. Это позволяет существенно снизить необходимую подъемную силу и стоимость аэростатов, удерживающих опускную трубу, а также диаметр и стоимость привязных тросов.The technical result of the proposed device is to reduce energy losses at high speeds of water, reducing the diameter and cost of the down pipe, external aerodynamic drag and weight of the water in the pipe. This allows you to significantly reduce the necessary lifting force and the cost of balloons holding the lowering tube, as well as the diameter and cost of tethered cables.
Безусловно, предложенное конструктивное решение для основного участка может использоваться для снижения гидравлического трения в длинных высокоскоростных трубопроводах стационарных гидравлических систем низкого давления, снижения их массы и стоимости.Of course, the proposed design solution for the main section can be used to reduce hydraulic friction in long high-speed pipelines of stationary low-pressure hydraulic systems, to reduce their weight and cost.
Claims (2)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2014121243/02A RU2556452C1 (en) | 2014-05-27 | 2014-05-27 | Downcomer |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2014121243/02A RU2556452C1 (en) | 2014-05-27 | 2014-05-27 | Downcomer |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2556452C1 true RU2556452C1 (en) | 2015-07-10 |
Family
ID=53538828
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2014121243/02A RU2556452C1 (en) | 2014-05-27 | 2014-05-27 | Downcomer |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2556452C1 (en) |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU1514985A1 (en) * | 1986-11-27 | 1989-10-15 | Новосибирский Институт Советской Кооперативной Торговли | Device for controlling circular gas/liquid flow |
RU2073129C1 (en) * | 1993-04-27 | 1997-02-10 | Центральный научно-исследовательский институт им.акад.А.Н.Крылова | Method and device for decreasing drag in fluid |
RU2407914C1 (en) * | 2009-09-18 | 2010-12-27 | Александр Сергеевич Байбиков | Method and device for renewable production of electric power and clean water |
WO2013036804A1 (en) * | 2011-09-09 | 2013-03-14 | Sylvan Source, Inc. | Industrial water purification and desalination |
-
2014
- 2014-05-27 RU RU2014121243/02A patent/RU2556452C1/en active
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU1514985A1 (en) * | 1986-11-27 | 1989-10-15 | Новосибирский Институт Советской Кооперативной Торговли | Device for controlling circular gas/liquid flow |
RU2073129C1 (en) * | 1993-04-27 | 1997-02-10 | Центральный научно-исследовательский институт им.акад.А.Н.Крылова | Method and device for decreasing drag in fluid |
RU2407914C1 (en) * | 2009-09-18 | 2010-12-27 | Александр Сергеевич Байбиков | Method and device for renewable production of electric power and clean water |
WO2013036804A1 (en) * | 2011-09-09 | 2013-03-14 | Sylvan Source, Inc. | Industrial water purification and desalination |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Chen et al. | Passive jet control of flow around a circular cylinder | |
Zhou et al. | Experimental study on flow past a circular cylinder with rough surface | |
KR20160105386A (en) | A device, system and method for recirculation of water and energy generation | |
RU2556452C1 (en) | Downcomer | |
van Hout et al. | Acoustic control of vortex-induced vibrations of a tethered sphere | |
Hu et al. | Suppression of vortex shedding from a circular cylinder by using a suction flow control method | |
KR101691866B1 (en) | Turbine wind tunnel facility for solar chimney power plant | |
WO2010011158A1 (en) | Flow accelerator (options) | |
RU141817U1 (en) | WATER DISINFECTION DEVICE | |
Driss et al. | Study of the Aerodynamic Structure around an Obstacle with Inclined Roof | |
RU2626498C1 (en) | Wind power station | |
KR20150125900A (en) | Free Convection Power Tower | |
Beheshti Pour et al. | A novel arterial Wick for gas–liquid phase separation | |
CN211159848U (en) | High-speed discharge device for mechanical air exhaust in laboratory | |
JP2010236724A (en) | Method for controlling spraying of nozzle | |
US20230217869A1 (en) | Fluid dynamic rain-making apparatus | |
Yaghoubi Emami et al. | Air flow structure over a sessile droplet: Wettability and size effects | |
CN111562084B (en) | Fluid uniform flow experimental device based on vertical cross parallel plate assembly | |
KR20100010881A (en) | Internal devices to prevent the wind swirls, etc. | |
Mizuki et al. | Visualization studies using PIV in a cylindrical tank with and without vortex suppressor | |
Dmitriev et al. | Research of influence of the installation of perforated plates on the flow in the diffuser ducts with turning of the flow at 90° | |
CN106051359B (en) | Riser bottom elbow | |
RU2546145C1 (en) | Water decontaminator | |
CN206439239U (en) | Hydraulic safe fuel tank | |
Narain et al. | Annular/stratified low-gravity internal condensing flows in millimeter to micrometer scale ducts |