RU2215203C2

RU2215203C2 - Fluid medium addition disperser

Info

Publication number: RU2215203C2
Application number: RU2002129371/06A
Authority: RU
Inventors: Н.М. Качурин; Н.П. Надымов; А.Н. Надымов; А.Б. Рогов
Original assignee: Закрытое акционерное общество "ИНОКАР"
Priority date: 2002-11-05
Filing date: 2002-11-05
Publication date: 2003-10-27

Abstract

FIELD: mechanical engineering, chemical, oil and other industries. SUBSTANCE: invention relates to means of action onto fluid medium flow at transportation of liquids by pipelines. Proposed disperser contains device for acting onto fluid medium flow which consists of two rims installed successively in direction of medium flow in cut of pipeline. End faces of pipeline cuts are provided with flanges. First rim is made with blade crown swirl fluid medium flow. Second rim in direction of fluid medium flow contains central fairing and fan-type blades fixed between fairing and rim. Cylindrical spacer with flanges at ends is installed between rims. Rims are fixed on pipeline between flanges of pipeline and spacer. Inner diameter of spacer and rims is equal to inner diameter of pipeline at place of installation of device acting onto fluid medium flow. EFFECT: improved efficiency of addition dispersion in fluid medium and emulsification of liquid additions by provision of stable cavitation modes of flow of suspensions and emulsions to reduce their viscosity. 2 dwg

Description

Изобретение относится к средствам воздействия на поток текучей среды при транспортировании жидкостей по трубопроводам и может быть использовано в машиностроении, химической, нефтяной и других отраслях промышленности. The invention relates to means for influencing the flow of a fluid during transportation of liquids through pipelines and can be used in mechanical engineering, chemical, oil and other industries.

Известно устройство для диспергирования примесей в текучей среде - многощелевой гидродинамический вибратор (Неволин В.Г. Использование низкочастотных гидродинамических вибраторов при подготовке нефтепромысловых сточных вод, - Пермь, ПермНИПИнефть, 1999, с. 13-14), выполненный в виде цилиндра с фланцами, к торцу которого со стороны входа потока жидкости прикреплена мембрана с отверстиями в виде сопла, а к другому торцу, через который жидкость выходит, прикреплена перфорированная мембрана с установленными на ней резонансными пластинами, направленными навстречу струям жидкости, вытекающей из каждого сопла первой торцевой мембраны. Многощелевой гидродинамический вибратор устанавливают на трубопроводе таким образом, чтобы поток загрязненной жидкости набегал на резонансные пластины, которые создают низкочастотное акустическое поле. При движении загрязненной жидкости со скоростью, превышающей некоторое критическое значение, возникает так называемая присоединенная кавитация в зоне отрыва потока от резонансных пластин. Кавитационная обработка загрязненной жидкости вызывает устойчивое эмульгирование жидких примесей и диспергирование твердых примесей. A device for dispersing impurities in a fluid is known - a multi-slit hydrodynamic vibrator (Nevolin V.G. Use of low-frequency hydrodynamic vibrators in the preparation of oilfield wastewater - Perm, PermNIPIneft, 1999, pp. 13-14), made in the form of a cylinder with flanges, to an end face of which a membrane with holes in the form of a nozzle is attached to the end of the liquid flow, and a perforated membrane with resonance plates mounted on it is attached to the other end through which the liquid exits lennymi towards the jets of fluid flowing from each nozzle of the first end of the membrane. A multi-slot hydrodynamic vibrator is installed on the pipeline so that a stream of contaminated liquid runs on resonant plates that create a low-frequency acoustic field. When a contaminated liquid moves at a speed exceeding a certain critical value, so-called attached cavitation occurs in the zone of separation of the flow from the resonance plates. Cavitation treatment of contaminated liquids causes stable emulsification of liquid impurities and dispersion of solid impurities.

Данное устройство не обеспечивает эффективного диспергирования примесей в текучей среде и их эмульгирования, что объясняется отсутствием устойчивого кавитационного режима; возникновением неуправляемой коагуляции вместо диспергирования. Кроме того, такое устройство создает значительное местное сопротивление движению текучей среды, проходящей через вибратор, и, как следствие, значительную энергоемкость процесса кавитационной обработки текучей среды; при этом конструкция устройства имеет высокую материалоемкость. This device does not provide effective dispersion of impurities in the fluid and their emulsification, which is explained by the lack of a stable cavitation regime; the occurrence of uncontrolled coagulation instead of dispersion. In addition, such a device creates a significant local resistance to the movement of the fluid passing through the vibrator, and, as a result, a significant energy consumption of the process of cavitation processing of the fluid; while the design of the device has a high material consumption.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемому результату является диспергатор примесей в текучей среде, содержащий устройство для воздействия на поток текучей среды, установленное в трубопроводе и выполненное в виде последовательно установленных колец, внутренняя поверхность которых выполнена конической в виде винтообразно расположенных пластин с сужающимся по ходу движения потока сечением (см., например, SU 1241007 A1, F 17 D 1/20, 30.06.1986). The closest to the invention in technical essence and the achieved result is a dispersant of impurities in the fluid, containing a device for influencing the fluid flow installed in the pipeline and made in the form of sequentially installed rings, the inner surface of which is conical in the form of screw-shaped plates tapering along the direction of flow in the cross section (see, for example, SU 1241007 A1, F 17 D 1/20, 06/30/1986).

При движении текучей среды образуется сильно турбулизованный поток текучей среды с перемещением потока к центру трубы трубопровода, что позволяет интенсивно перемешивать поток текучей среды. When the fluid moves, a highly turbulent fluid flow is generated with the flow moving toward the center of the pipe, which allows intensive mixing of the fluid flow.

Однако такое устройство также не обеспечивает эффективного диспергирования примесей в текучей среде и их эмульгирования, что объясняется отсутствием устойчивого кавитационного режима и обработкой потока текучей среды только в локальных зонах отрыва жидкости от внутренней поверхности колец, что существенно снижает эффективность диспергирования твердых примесей и эмульгирования жидких примесей. However, such a device also does not provide effective dispersion of impurities in the fluid and their emulsification, which is explained by the absence of a stable cavitation regime and the processing of the fluid flow only in local zones of liquid separation from the inner surface of the rings, which significantly reduces the efficiency of dispersion of solid impurities and emulsification of liquid impurities.

Задачей изобретения является повышение эффективности диспергирования примесей в текучей среде и эмульгирования жидких примесей за счет обеспечения устойчивых кавитационных режимов течения суспензий и эмульсий для снижения их вязкости. The objective of the invention is to increase the efficiency of dispersion of impurities in a fluid and emulsification of liquid impurities by providing stable cavitation regimes of the flow of suspensions and emulsions to reduce their viscosity.

Поставленная в изобретении задача решается за счет того, что диспергатор примесей в текучей среде содержит устройство для воздействия на поток текучей среды, установленное в трубопроводе, при этом устройство для воздействия на поток текучей среды выполнено в виде двух ободов, установленных последовательно по ходу потока текучей среды в разрыв трубопровода, торцы разрыва трубопровода выполнены с фланцами, первый обод выполнен с лопаточным венцом для закрутки потока текучей среды, а второй по ходу потока среды обод содержит центральный обтекатель и неподвижно установленные между обтекателем и ободом лопатки вентиляторного типа, при этом между ободами установлена цилиндрическая проставка с фланцами по торцам и ободы зафиксированы на трубопроводе между фланцами трубопровода и проставки, а внутренний диаметр проставки и ободов равен внутреннему диаметру трубопровода в месте установки устройства для воздействия на поток текучей среды. The task of the invention is solved due to the fact that the dispersant of impurities in the fluid contains a device for influencing the fluid flow installed in the pipeline, while the device for influencing the fluid flow is made in the form of two rims mounted sequentially along the fluid flow into the pipeline rupture, the pipeline rupture ends are made with flanges, the first rim is made with a blade rim for swirling the fluid flow, and the second rim along the medium flow stream contains a central r the fan and the fan blades are fixed between the cowl and the rim, while a cylindrical spacer with flanges at the ends is installed between the rims and the rims are fixed on the pipeline between the pipe and spacer flanges, and the inner diameter of the spacer and rims is equal to the internal diameter of the pipe at the installation site of the device to the fluid stream.

Снабжение устройства ободом, на внутренней поверхности которого расположен лопаточный венец, позволяет получить турбулентный поток текучей среды, который набегает на второй по ходу потока среды обод с лопатками вентиляторного типа. Providing the device with a rim, on the inner surface of which a blade rim is located, allows you to get a turbulent flow of fluid, which runs on the second rim with fan blades along the medium flow.

Выполнение второго обода в виде расположенного по оси корпуса обтекателя и расположенных неподвижно в кольцевом зазоре между обтекателем ободом лопаток вентиляторного типа позволяет при взаимодействии турбулентного потока с обтекателем формировать в потоке текучей среды кавитационные пузырьки или каверны, которые преобразуются в суперкавитационные каверны. The implementation of the second rim in the form of a fan-shaped blades located along the axis of the cowl housing and fan-shaped blades fixed in the annular gap between the cowl rim allows the interaction of turbulent flow with the cowl to form cavitation bubbles or caverns that are transformed into super-cavitation cavities.

Выполнение устройства для воздействия на поток текучей среды составным, состоящим из двух ободов с лопатками и проставки между ними, позволяет упростить сборку диспергатора и его установку в разрыв трубопровода с помощью фланцевого соединения, а также его чистку, при этом обеспечивается возможность быстрой замены диспергатора в случае необходимости, что позволяет повысить ремонтопригодность и упростить эксплуатацию диспергатора. The implementation of the device for influencing the fluid flow with a composite, consisting of two rims with vanes and spacers between them, allows to simplify the assembly of the dispersant and its installation in the gap of the pipeline using a flange connection, as well as its cleaning, while it is possible to quickly replace the dispersant in case of necessary, which improves maintainability and simplify the operation of the dispersant.

Выполнение внутреннего диаметра проставки и ободов равным внутреннему диаметру трубопровода в месте установки диспергатора позволяет максимально сократить гидравлические потери и, за счет этого, повысить эффективность работы диспергатора. The implementation of the inner diameter of the spacer and rims equal to the inner diameter of the pipe at the place of installation of the dispersant can minimize hydraulic losses and, due to this, increase the efficiency of the dispersant.

На фиг.1 представлен продольный разрез диспергатора и на фиг.2 - разрез А-А на фиг.1. Figure 1 presents a longitudinal section of a dispersant and figure 2 - section aa in figure 1.

Диспергатор примесей в текучей среде содержит цилиндрическую проставку 1 с фланцами по торцам. Посредством фланцевого соединения с проставкой 1 соединен первый по ходу потока текучей среды обод 2, на внутренней поверхности 3 которого расположен лопаточный венец 4. Далее по ходу потока текучей среды соосно проставке 1 расположен обтекатель 5 с профилированной торцевой поверхностью 6, обращенной к ободу 2 с лопаточным венцом 4, и лопатки 7 вентиляторного типа, неподвижно установленные в кольцевом зазоре 8 между обтекателем 5 и ободом 9. Диспергатор устанавливают в разрыв трубопровода, причем торцы трубопровода в месте его разрыва выполнены с фланцами. Таким образом, трубопровод в месте установки диспергатора разделен на два участка и диспергатор установлен между подводящей трубой 10 и отводящей трубой 11. Dispersant impurities in the fluid contains a cylindrical spacer 1 with flanges at the ends. By means of a flange connection to the spacer 1, the first rim 2 is connected in the direction of flow of the fluid, on which the blade vane 4 is located on the inner surface 3. Further along the flow of the fluid, a fairing 5 is located coaxially with the spacer 1 with a profiled end surface 6 facing the rim 2 with the blade crown 4, and fan-type blades 7, fixedly installed in the annular gap 8 between the fairing 5 and the rim 9. The dispersant is installed in the gap of the pipeline, and the ends of the pipeline in the place of rupture s with flanges. Thus, the pipeline at the place of installation of the dispersant is divided into two sections and the dispersant is installed between the inlet pipe 10 and the outlet pipe 11.

Диспергатор примесей в текучей среде работает следующим образом. Dispersant impurities in the fluid works as follows.

Поток загрязненной текучей среды сначала через подводящую трубу 10 поступает в обод 2 с лопаточным венцом 4. Последний закручивает и ускоряет текучую среду, и находящиеся в ней примеси, создавая турбулентный поток текучей среды. Далее турбулентный поток текучей среды с примесями натекает на профилированную поверхность 6 обтекателя 5 и равномерно распределяется между лопатками 7. В процессе взаимодействия с обтекателем 5 происходит отрыв потока от твердой поверхности обтекателя 5. Сплошность потока нарушается, что приводит к образованию первичных полостей (каверн). Около поверхности этих первичных каверн образуется большое количество мелких перемещающихся нестационарных каверн, которые быстро растут до максимального размера у начала первичной (основной) каверны. Основная каверна начинается в точке присоединения потока текучей среды к поверхности обтекателя 5 на некотором расстоянии от линии отрыва потока и простирается далеко за пределы обтекателя 5 до смыкания основного потока с образованием полости, охватывающей весь обтекатель 5. Таким образом, в центральной части потока жидкости формируют суперкавитацию (Р. Кнэпп, Дж. Дейли, Ф. Хэммит. Кавитация. - М. -Мир. -1974. -С. 21). Аналогичные суперкавитационные каверны образуются при обтекании лопаток 7 вентиляторного типа. Наряду с присоединенной суперкавитацией лопатки 7 создают и область вихревой кавитации, где каверны наблюдаются в центре вихрей, образующихся в зонах с большими касательными напряжениями. The flow of contaminated fluid through the inlet pipe 10 first enters the rim 2 with a blade ring 4. The latter spins and accelerates the fluid and its impurities, creating a turbulent fluid flow. Next, a turbulent fluid flow with impurities flows onto the profiled surface 6 of the fairing 5 and is evenly distributed between the blades 7. During interaction with the fairing 5, the flow is separated from the solid surface of the fairing 5. The continuity of the flow is disrupted, which leads to the formation of primary cavities (caverns). Near the surface of these primary caverns, a large number of small moving unsteady caverns are formed, which quickly grow to a maximum size at the beginning of the primary (main) cavity. The main cavity begins at the point of attachment of the fluid flow to the surface of the fairing 5 at a certain distance from the flow separation line and extends far beyond the fairing 5 until the main stream closes to form a cavity covering the entire fairing 5. Thus, supercavitation is formed in the central part of the liquid flow (R. Knepp, J. Daily, F. Hammit. Cavitation. - M. -Mir. -1974. -S. 21). Similar supercavitation cavities are formed during the flow around the fan blades 7. Along with attached supercavitation, the blades 7 also create a region of vortex cavitation, where caverns are observed in the center of the vortices formed in zones with high tangential stresses.

Таким образом, формируется устойчивый суперкавитационный режим течения суспензий и эмульсий в проточной части диспергатора, что позволяет повысить эффективность диспергирования и эмульгирования жидких примесей в текучей среде. Thus, a stable supercavitation regime is formed for the flow of suspensions and emulsions in the flow part of the dispersant, which improves the efficiency of dispersion and emulsification of liquid impurities in the fluid.

В ходе испытаний установили, что обработка в диспергаторе, например сточных вод, обеспечивала устойчивое снижение размеров частиц примесей с 17-32 мкм и более до 1,6-3,2 мкм. Вязкость обработанной жидкости снизилась на 48%. During the tests, it was found that processing in a dispersant, for example, wastewater, provided a steady reduction in particle sizes of impurities from 17-32 microns and more to 1.6-3.2 microns. The viscosity of the treated fluid decreased by 48%.

Claims

Dispersant impurities in a fluid containing a device for influencing a fluid stream installed in a pipeline, characterized in that the device for influencing a fluid stream is made in the form of two rims mounted sequentially along the fluid flow into a pipe rupture, the ends of which are made with flanges, the first rim is made with a blade rim for swirling the fluid flow, and the second rim contains a central fairing and fixed between the fairing and the rim of the fan blade Batery type, wherein the rim is installed between the cylindrical spacer at the ends with flanges and rims are fixed on the pipeline between the pipe flanges and the spacer, and the spacer and the inner diameter equal to the inner diameter of the rims of the pipeline in the place setting device for influencing the fluid stream.