Устройство для очистки внутренней поверхности трубопровода Советский патент 1989 года по МПК B08B9/32 

Изобретение относится к области очистки внутренн1-гх поверхностей трубопроводов от различных промьшленных загрязнений и может быть эффективно использовано щгя очистки водопроводов, нефтепроводов, мазутопроводов и т.д

Целью изобретения является повышение качества и снижение энергоемкости очистки.

На фиг, 1 изображено устройство, разрез на фиг„ 2 - сечение А-А на фиг. I .

Устройство для очистки внутренней поверхности трубопроводов содержит обтекатель 1 , выполненньпЧ в виде сигарообразного тела, в гнездах 2 которого в радиальном направлении по всему его круговому периметру с возможностью свободного перемещения установлены в первом ряду возбудители 3 кавитации в форме усеченных конусов, переходящих в цршиндрьи с отношением расстояния между ними в среднем их поперечном сечении к среднему диаметру возбудителя кавитапии

3I 50

(с отиосительпым свободиьм расстоянием), равным a/dcp 054-0,65 во втором ряду - возбудители 4 кавитации в форме усеченных конусов с рифленой сетчатой поверхностью (например, рифление сетчатое I по ГОСТу с a/dcp 0,8-1,2, в третьем ряду - возбудители 5 кавитации с рифленой сетчатой поверхностью с 0,9- 1,2, и средство для фиксации йоло- жения обтекателя в трубопроводе 6, Возбудители 3-5 кавитации, установленные цилиндрической частью по периметру обтекателя 1, oднoвpe 5eннo представляют собой средство для фиксации обтекателя 1 в трубопроводе 6„ Подвюкность и плотное прилегание возбудителей кавитации 3-5 к о-.:и;цае - мой поверхности обеспечиваются пос-- редством упругих элементен 7, А обтекателе 1 имеются отверстия 8 и 9, предназначенные для закрепления тросиков, посредством которых производится перемещение всего устройства в трубопроводе. Количество возбудителей кавитации п в перво 1 ря,лу определяется исходя из соотношения

i

T,5(Ri - Ц)

40

последующих определяется симостью

nj(P-llMi „IJIB ) I ).: -г

„к; 1-к7------- Uj - количество )зоаб дитсле 1 ;ч ;1- витацрп- в последующем ряду;

R - радиус по наружньз-г -гивер :- ностям возбудителей кавитации;

R-J - радиус нарз.«ной поверхнос;ти обтекателя;

i - порядковый номер ряда воя- будителей кавитапии.

Высота h возбудителей кав1 тации в форме усеченных конусов равна их среднему диаметру , расстояние между рядами возбудителей берется равньм 10-15 их средним диаметрам.

Устройство для очистки внутренний поверхности трубопроводов работает следующим образом

В трубопровод 5 под давлен гем подается ж щкость. При обтекании возбудителей 3 со скоростью, Bbmie критической, создается первая зона кавитации, при обтекании возбудителей

, g 5 0 5

0

0

г

0

5

4 вторая зона кавитации, а г;ри обтекании возбудителей 5 - третья зона кавитации. Таким образом, в потоке жидкости многократно создается кавитация высокой интенсивности; которая воздействует на очищаемую поверхность и макс1- маль}1о интенсифицирует нроцесс очистки, при этом максгмаль о используется мощность потока. При кавитации в iикpooбъeмax происходит схлопывание огромного количества нузырьков (каверн), з результате чего возникают местные ударные, давления

-3

JIO 10 i-ffla, к т улятивные струйки с большой скоростью 250-300 м/с воздействуют на очищаемую но зерхн.ос гь и. таким образом J создя отся услови ; ,, более И; тенсивной счистки n j epA;i n:- ти от различны -;; зат р/ зченхги

Вьлтплнение возбудителей кавитации 3 форме уселгенных хонусоз :; hi:ji:/- вается необходимость10 озда .шя у счищаемой гтоверхнос и кавитац;;г} высевкой инте 5Сивности на большой шириис

Для создания апии высокой интенсивности :{еобходи;.ю уЬ Оньпать количество 3o36yij;jj i ejiei i кавлтации я Г1оследую цмх рядах, т,е„ увеличивать г:лощади свободнь.х сечений и). от ряда к ряду вниз г.о потоку,. Если /,е ;.г;гощади свободных се-шний ш- леду1пщ1-гх рядов не увеличивать, ; о кавитация создается только за последним рядом, а за пpeдlJ дyщими ряда- j-iH нет кавитации из-за создания нос- мадующими рядами большог о противсдав-- льниЯг Если же чрезмерно увзлич кпть :;;ощади свободнь х сечений последую-- рядов, то д;н-н1Ь зол кавитации за кауКдьи-1 рядом возбуд -гтелей - j т,е. создается су;1ерка51гг;2,:;и;: ,, которая обладает прак мчески ,vj7.n7:r4 инточснвностью,,

Закон изменения кол; честБа позбу- , 11-гтслей казитации посл12дую1цих рядоз., обеспечи заюших необход::-1мые ::jio::i;c.i.i, свободных для прохода /ЛЕДКССТИ сече- ПИЙ,установлен экснериментальнык путем при различных возбудителях кавитации. При этом выдерживались оп- ти чапьные с точки зрения создания кавитации максимальной интенсивности относительь ыё свободные расстояния между возбудителями каждого ряда (табЛс 1 и 2), Для диаметров возбу-,, дителей 1 О мм давление перед первым рядом возбудителей изменялось до 0,8 МПа, Количество возбудителей

кавитации n, в первом ряду определяется, как

iTCR-f + Ra)

1,5(R, - R,)

где R. Ro -

cp

радиус внутренней поверхности трубопровода; радиус наружной поверхности обтекателя;

средний диаметр возбудителя кавитации;

На основании большого количества опытов установлены оптимальные площади свободных сечений возбудителями последующих рядов и отношения значени 1 этих площадей к площади свободного сечения между возбудителями кавитации первого ряда. Площадь свободного сечения со между возбудителями определяется как

О). си - 01,,. п

trCR,

(R,

RJ

R) n (R, - R,) f((R, + (R , - R).n j ,

6tO6

ности при минимальных энергозатратах расстояния между возбудителями и их высота определены на основании боль- . шого количества опытов. Интенсивность кавитации оценивалась по потере массы и площади эрозии поверхности образцов из различных материалов (свин

5

0

5

ца, стали Ст, 3 12Х18Н10Т),

Приводятся зависимости интенсивности кавитации и затрат мощности от расстояния меяду возбудителями (табл. 1) и высоты (табл. 2), скорость потока V 16 м/с, время испы- тания свинцовых образцов и 20 мин, угол при вершине конических возбудителей, установленных широким основанием к поверхности образца, ра rt О

вен I/ ,

Таким образом, при конических возбудителях без рифления кавитация с макс1- мальной интенсивностью создается при расстоянии между ними a/dcp 0,4-0,6, а при конусах с рифленой сетчатой поверхностью - при a/d(.p 0.8-1,2, При этом затраты удельной мощности (мощности на очистку) минимальные. Удельная мощность определя

Изобретение относится к устройствам для очистки внутренней поверхности трубопроводов от различных загрязнений, может быть эффективно использовано для очистки водопроводов, нефтепроводов, мазутопроводов и т.д. Цель - повышение качества и снижение энергоемкости очистки. Устройство для очистки внутренней поверхности трубопроводов содержит ряды возбудителей кавитации в форме усеченных конусов, установленных с возможностью свободного перемещения радиально по всему периметру кругового сечения обтекателя, при этом количество возбудителей кавитации в первом ряду N₁ определяется исходя из соотношения N₁=φ(R₁+R₂)/1,5(R₁-R₂), а в последующих рядах определяется зависимостью N_I=N₁(R₁-R₂)I°^,557-φ(R₁+R₂) (I°^,557-1)/R₁-R₂, где R₁ - радиус по наружным поверхностям возбудителей кавитации

R₂ - радиус наружной поверхности обтекателя

I - порядковый номер ряда возбудителей кавитации, а расстояние между рядами возбудителей кавитации составляет (10-15) D_ср, где D_ср - средний диаметр возбудителей кавитации. Кроме того, возбудители кавитации во втором и последующих рядах имеют рифленую сетчатую поверхность, 1 з.п.ф-лы, 2 ил.

где w I

площадь проекции конического возбудителя на плоскость, перпендикулярную СхЧоростн потока; п - количество возбудителей

кавитации в ряду. На основании обработки опытных данных методом наименьших квадратов получен закон изменения -.уменьшения количества возбудителей кавитации п. последующих рядов i в ншде

n CRi-R,) -ir(R,+Ra)( -1) n. - -

1 2

При ЭТОМ вьщерживались оптимальные свободные расстояния между возбудителями в форме усеченных конусов: a/dcp 0,4-0,6 в первом ряду; a/dcp 058-1,2 во втором ряду и a/dcp 0,9-1,2 в третьем ряду при их высоте, равной среднему диаметру. Например, для трубопровода с внутренним, диаметром 100 мм при среднем диаметре конического возбудителя кавн- тации dj, мм (R-,50 мм| Rj. мм) количества возбудителей кавитации в первом, втором и третьем ряду соответственяо равны п 19; п 15;

Оптимальные с точки зрения создания кавитации максимальной интенсивется так

VA

N ЛС

PS

AG

где Р полное давление (с учетом скоростного напора) перед возбудителями кавитации; Q - расход потока жидкости.

1 ,0.

40

1 s Ос

Опыты показывают, что при высоте конических возбудителей, равной их среднему диаметру, в потоке создается кавитация с максиг-шльной интенсивностью. При этом затраты удельной мощности Муд на очистку также минимальные .

Во втором и последующих рядах необходимо 1 станавливать возбудители кавитации в форме усеченных конусов с рифленой сетчатой поверхностью с 0,8-1,2 из тех соображений, что при этих расстояниях не гасится кавитация за предьщущими рядами возбудителей из-за создания меньшего противодавления. Кроме того, возбудигели с рифленой сетчатой поверхность при a/dgp 0,8-1,2 создают в потоке. кавитацию с высокой интенсивностью (табл. 1) при малых затратах мощности. Таким образом, скачкообразный положительный эффект эаюпочается в том, что интенсивность кавитации за йторым рядом возбудителей не ниже, чем за первым рядом, несмотря на не которое понижение скорости обтекания зторого ряда из-за увеличения сече- пня,

Расстояние между рядами возбудителей кавитации следует брать равным до 10-15 их средним диаметрам, так всак при большей длине зоны кавитации увеличивается стационарность процесса кавитации, т.е. создается супер- кавитация, которая обладает чески нулевой интенсивностью.

За счет создания нескольких зон интенсивной кавитации максимально используется энергия потока и таким образом максимально интенсифициру(от- ся процессы очистки и уменьшаются удельные энергозатраты. Относительна величина используемой мощности поток

UN

г;-, определяемая как отношение раз-

нрсти мощности потока перед первым N и за последним рядом возбудителей N, к мощности потока перед первыг- рядом возбудителей, характерируат степень использования мощности пото- ка, т.е.

N,-Ni

(г,.Цч-(р,.|1:,

N.

P Y

2

где P , P - давления соответственно перед первым и за последним рядом возбудите- лей;

V, V. - скорости потока соответственно перед первым и за последним рядом возбудителей;р - плотность жидкости, Например, при давлении перед первым рядом возбудителей Р, 650 кПА и скорости потока V, 14 м/с при однорядных возбудителях относительная величина используемой мощности равна

ilN

13- 0,516, При двухрядньтх возбудите 1

3N

лях 0,687, а при трехрядных воз N ,

лн

будителях г:- 0,90. Следовательно,

при трехрядных возбудителях по сравнению с одноряднь ми мощность потока используется на 38% больше.

Таким образом, предлагаемое устройство для очистки внутренней поверности трубопроводов по сравнению с известными обладает повышенной интенсивностью процесса очистки при минимальных энергетических затратах за счет создания нескольких зон интенсивной кавитации и максимального использования энергии потока. Формула и 3 о б р е т е и : л

1(1 - RI) TT5() а S последующих рядах .определяется эавис1шостью

n,(R,-ROi -ir R,-bRa) ( О „..-„

где R., - радиус по наружньгм поверхностям возбудителей кавитации;R радиус наружной поверхности

.обтекателя;

i - порядковый номер ряда возбудителей кавитации,

а расстояние между рядами возбудителей кавитации составляет (10-15)dcp, где - средний диаметр возбудителей кавитации,

Интенсивность кавитации ЛС, мг: конуса без рифленияконуса с рифленой сетчатой поверхностью Удельная мощность

м -N . VA дс г

конуса без риф- гения конуса с рифленой сетчатой поверхностью (рифление сетчатое I по ГОСТ

ПоказателиЗначение показателя относительной высоты конических возбудителей с рифленой сетчатой поверхностью (рифление сетчатое I по ГОСТу) h/d ср

.jг - Т

1,2 1,0 0,8 I 0,6 I 0,4

Интенсивность кавитации ДС, мг Удельная мощность

N кВт . SA лС -F-

J

о о

У о о о

.

о о о о с о о о

W/V// //7//7////////////////7//////////7/7//////7

-гАФиг.1

п

1505610

О Таблица 1

179

340

615

130

778

420

209

30

34,5 24,4 14

8,9

59,6

5,4

6,6 13,i

32,4 280 Таблица 2

857566 74,624

7,810,6 43,176,1

1

5

/

о о о

о о о о

о а а о

о а о о