Устройство для снижения гидравлического сопротивления в трубопроводе

Устройство для снижения гидравлического сопротивления в трубопроводе

Реферат

Изобретение относится к транспортировке высоковязких жидкостей по трубопроводу и может быть использовано в различных отраслях промышленности для транспортировки жидкостей к потребителю, а конкретнее в нефтяной промышленности при перекачке нефти и нефтепродуктов.

Известно устройство для снижения гидравлического сопротивления в трубопроводе, содержащее средство для создания кольцевого пристенного слоя маловязкой жидкости, выполненное в виде постоянных магнитов, установленных на внешней поверхности трубопровода на расстоянии, равном 0,5-10 их ширины. В качестве маловязкой жидкости используют магнитную жидкость на водной основе с вязкостью 1,5×10^-6 м²/с (см. авторское свидетельство СССР №1124152, МПК F17D 1/08, опубл. 15.11.84 г.).

Общим признаком известного и предлагаемого устройств является использование постоянных магнитов и магнитной жидкости для создания кольцевого пристенного слоя маловязкой магнитной жидкости.

К недостаткам известного устройства следует отнести необходимость использования труб из немагнитного материала, необходимость разработки кольцевых магнитов для каждого диаметра труб, сложность изготовления кольцевых магнитов большого диаметра для магистральных трубопроводов, сложность фиксации магнитов на внешней поверхности трубы, учитывая высокую хрупкость большинства известных постоянных магнитов. При этом, принимая во внимание характер распределения магнитной жидкости (МЖ) на внутренней поверхности трубы, следует сделать вывод, что в известном устройстве используются или МЖ или магниты с низкими магнитными характеристиками, что неизбежно приведет к слабому удерживанию МЖ в трубе и выдавливанию ее из трубы транспортируемой жидкостью.

Наиболее близким к предлагаемому является устройство для снижения гидравлического сопротивления в трубопроводе, содержащее средство для создания пристенного слоя маловязкой магнитной жидкости, выполненное в виде постоянных магнитов, установленных на внешней поверхности трубопровода на расстоянии, превышающем в 5-10 раз их ширину. Постоянные магниты выполнены в виде полос, установленных на поверхности трубопровода вдоль образующей, при этом вектор намагниченности полос направлен по радиусу трубопровода, а в соседних магнитных полосах вектор намагниченности ориентирован противоположно (см. авторское свидетельство СССР №1370360, МПК F17D 1/08, опубл. 30.01.88 г.).

Общими признаками известного и предлагаемого устройств являются:

- средство для создания пристенного слоя маловязкой магнитной жидкости, выполненное в виде постоянных магнитов;

- магниты выполнены в виде полос;

- магнитные полосы установлены вдоль образующей трубопровода;

- векторы намагниченности магнитных полос направлены по радиусу трубопровода;

- вектор намагниченности в соседних магнитных полосах ориентирован противоположно.

К недостаткам известного устройства относится ограниченная область применения ввиду того, что его невозможно использовать при перекачке нефти и нефтепродуктов, т.к. при транспортировке по трубопроводу высоковязких продуктов МЖ на керосиновой основе будет вымываться. При этом потребуется изготовление труб из немагнитных материалов (алюминий, медь, титан), что приведет к значительному удорожанию устройства, особенно если учесть, что трубы из этих материалов, рассчитанные на высокие давления, не производятся. Применение же в качестве материала трубы обычно используемых углеродистых сталей приведет к экранированию магнитного поля, в результате чего внутри трубы никакого магнитного поля не будет. Кроме этого, недостатком известного устройства является сложность закрепления магнитов на внешней поверхности трубы.

Техническая задача заключается в расширении области применения устройства для снижения гидравлического сопротивления в трубопроводе, повышении устойчивости удержания МЖ на внутренней поверхности трубы и снижении затрат на изготовление и эксплуатацию устройства.

Поставленная задача достигается тем, что в устройстве для снижения гидравлического сопротивления в трубопроводе, содержащем средство для создания пристенного слоя маловязкой магнитной жидкости, выполненное в виде постоянных магнитов, представленных в виде отдельных магнитных полос, установленных на поверхности трубопровода вдоль его образующей, вектор намагниченности магнитных полос направлен по радиусу трубопровода, а в соседних магнитных полосах вектор намагниченности ориентирован противоположно, новым является то, что магниты установлены на внутренней поверхности трубы.

Кроме того, в качестве магнитов использованы магнитопласты с радиальным направлением вектора намагниченности.

Кроме того, магниты размещены в пористой матрице из полимерного материла, закрепленного на внутренней поверхности.

Кроме того, трубопровод изготовлен из углеродистых сталей.

Кроме того, в качестве маловязкой жидкости использована магнитная жидкость на водной основе с кинематической вязкостью 2,3×10^-6 м²/с.

Преимуществом предлагаемого устройства является тот факт, что магниты или магнитопласты сами хорошо удерживаются на внутренней поверхности трубы, причем такое расположение магнитов приводит к образованию магнитозамкнутой системы, и энергия постоянных магнитов не рассеивается, а полностью используется для удержания магнитной жидкости на внутренней поверхности трубы.

Использование магнитопластов с радиальным направлением вектора намагниченности значительно упрощает закрепление магнитов на внутренней поверхности трубы, выполненной из углеродистых сталей, и удешевляет стоимость изготовления устройства.

Пористая полимерная матрица служит для снижения уноса МЖ перекачиваемой жидкостью, а при пульсациях давления в трубопроводе, направленных радиально, выдавливаемая МЖ дополнительно снижает гидравлическое сопротивление.

Для создания периферийного кольцевого слоя из маловязкой магнитной жидкости эта жидкость помещается в трубопровод один раз и, обладая магнитными свойствами, удерживается в нем с помощью постоянных магнитов, установленных на внутренней поверхности трубопровода. Маловязкая магнитная жидкость на водной основе с кинематической вязкостью 2,3×10^-6 м²/с не будет вымываться и уноситься при транспортировке по трубопроводу высоковязких продуктов, а остается в зоне действия магнита, что способствует уменьшению трения между высоковязкой жидкостью и стенкой трубопровода.

На чертеже дана принципиальная схема устройства для снижения гидравлического сопротивления в трубопроводе.

Устройство содержит трубопровод 1, изготовленный из углеродистой стали. На внутренней поверхности трубопровода 1 закреплена пористая матрица 2 из полимерного материла. В матрице 2 размещены постоянные магниты или магнитопласты 3, выполненные в виде отдельных магнитных полос с радиальным направлением вектора намагниченности. В качестве материала, из которого изготовлены магниты или магнитопласты 3, может быть использован феррит бария или сплав Nd-Fe-B. Магниты 3 устанавливают на внутренней поверхности трубопровода 1 так, чтобы длинная сторона магнитных полос была расположена вдоль образующей трубопровода, при этом вектор намагниченности магнитных полос направлен по радиусу трубопровода, а вектор намагниченности в соседних полосах ориентирован противоположно. Расстояние между магнитными полосами по длине и образующей трубопровода выбирают так, чтобы обеспечить максимальную неоднородность магнитного поля и непрерывность слоев из маловязкой магнитной жидкости.

В трубопровод 1 закачивают маловязкую магнитную жидкость 4 на водной основе с кинематической вязкостью 2,3×10^-6 м²/с при 20°С. Маловязкая магнитная жидкость 4 в результате действия градиента напряженности магнитного поля концентрируется на внутренней поверхности трубопровода 1. При этом МЖ образует устойчивые слои по всей длине трубопровода. Затем закачивают транспортируемую высоковязкую нефть с кинематической вязкостью 3500×10^-6 м²/с при 20°С. Транспортируемый поток высоковязкой жидкости приводит в движение поверхностный слой маловязкой магнитной жидкости 4, которая начинает циркулировать вдоль внутренней поверхности трубопровода 1, а градиент напряженности магнитного поля, прижимая ее к стенке трубопровода, тем самым препятствует уносу МЖ с транспортируемой жидкостью. Радиальные перепады давления гасятся пористой полимерной матрицей 2, в которой размещены магниты или магнитопласты 3.

Таким образом, предлагаемое устройство резко снижает затраты на изготовление трубопровода, обеспечивает создание замкнутой магнитной системы, прочно удерживающей маловязкую магнитную жидкость на внутренней поверхности трубопровода, снижает расход МЖ при заполнении трубопровода, гасит радиальные перепады давления и снижает ее унос.

1. Устройство для снижения гидравлического сопротивления в трубопроводе, содержащее средство для создания пристенного слоя маловязкой магнитной жидкости, выполненное в виде постоянных магнитов, представленных в виде отдельных магнитных полос, установленных на поверхности трубопровода вдоль его образующей, вектор намагниченности магнитных полос направлен по радиусу трубопровода, а в соседних магнитных полосах вектор намагниченности ориентирован противоположно, отличающееся тем, что магниты установлены на внутренней поверхности трубы.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что в качестве магнитов использованы магнитопласты с радиальным направлением вектора намагниченности.

3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что магниты размещены в пористой матрице из полимерного материла, закрепленного на внутренней поверхности.

4. Устройство по п.1, отличающееся тем, что трубопровод изготовлен из углеродистых сталей.

5. Устройство по п.1, отличающееся тем, что в качестве маловязкой жидкости использована магнитная жидкость на водной основе с кинематической вязкостью 2,3·10^-6 м²/с.