RU2215202C2

RU2215202C2 - Fluid medium addition disperser

Info

Publication number: RU2215202C2
Application number: RU2002129369/06A
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 dispersed contains device for acting onto fluid medium flow which is installed in cut of pipeline. Ends of pipeline cuts are provided with flanges. Device for acting onto fluid flow consists of two rims installed one after the other direction of fluid medium flow. First rim from side of inner surface is provided with blade crown for swirling fluid medium flow. Second rim made from side of inner surface is provided with cross-bars on which resonance plates are secured as cantilever along fluid medium flow and pointed with free ends towards first rim. Second rim is installed on bore of cylindrical spacer provided with flanges at ends. First rim is fixed on pipeline between flange of pipeline and flange of spacer from side of inlet of fluid medium flow into disperser. Second rim is fixed in bore by pipeline flange at its connection with spacer flange. Inner diameter of spacer and rims is equal to inner diameter of pipeline at place of mounting of disperser. Thickness of blade crown of first rim is from 0.8 to 1.0 of thickness of second rim. Displace between rims is from to 2 to 3 inner diameter of spacer. EFFECT: improved efficiency of addition dispersion n fluid medium and emulsification of liquid additions. 1 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.

Известен диспергатор примесей в текучей среде - многощелевой гидродинамический вибратор, содержащий корпус, в котором установлены направляющий аппарат и резонансные пластины, консольная часть которых обращена к направляющему аппарату (Неволин В.Г. Использование низкочастотных гидродинамических вибраторов при подготовке нефтепромысловых сточных вод. Пермь: ПермНИПИнефть, 1999, с. 13-14), направляющий аппарат выполнен в виде мембраны с соплами, а резонансные пластины установлены на перфорированной мембране. Многощелевой гидродинамический вибратор устанавливают на трубопроводе таким образом, чтобы поток загрязненной текучей среды набегал на резонансные пластины, которые создают низкочастотное акустическое поле. При движении загрязненной текучей среды происходит эмульгирование жидких примесей и диспергирование твердых примесей. A known dispersant of impurities in a fluid is a multi-slit hydrodynamic vibrator containing a housing in which a guide apparatus and resonant plates are installed, the cantilever part of which is facing the guide apparatus (Nevolin V.G. Use of low-frequency hydrodynamic vibrators in the preparation of oilfield wastewater. Perm: PermNIPIneft, 1999, p. 13-14), the guide apparatus is made in the form of a membrane with nozzles, and the resonance plates are mounted on a perforated membrane. A multi-slit hydrodynamic vibrator is mounted on the pipeline so that the flow of contaminated fluid runs onto resonant plates that create a low-frequency acoustic field. When a contaminated fluid moves, liquid impurities are emulsified and solid impurities dispersed.

Такое устройство обеспечивает создание низкочастотного акустического поля при относительно низких скоростях движения текучей среды. Such a device provides the creation of a low-frequency acoustic field at relatively low speeds of the fluid.

Однако данное устройство не обеспечивает эффективного диспергирования примесей в текучей среде и их эмульгирования, что объясняется отсутствием устойчивого кавитационного режима и 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 обработки текучей среды, при этом конструкция имеет высокую материалоемкость. However, this device 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 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 processing the fluid, while the design 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 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 pipeline, 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, а также снижение энергоемкости процесса и металлоемкости конструкции. 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, as well as reducing the energy consumption of the process and the metal consumption of the structure.

Поставленная задача решается за счет того, что диспергатор примесей в текучей среде содержит устройство для воздействия на поток текучей среды, которое установлено в трубопроводе в его разрыв, торцы разрыва трубопровода выполнены с фланцами, а устройство для воздействия на поток текучей среды выполнено в виде двух ободов, установленных последовательно по ходу потока текучей среды, первый обод со стороны внутренней поверхности выполнен с лопаточным венцом для закрутки потока текучей среды, а второй обод выполнен со стороны внутренней поверхности с ригелями, на которых консольно закреплены вдоль потока текучей среды резонансные пластины, обращенные свободным концом в сторону первого обода, при этом второй обод установлен в расточке цилиндрической проставки, последняя выполнена с фланцами по краям, первый обод зафиксирован на трубопроводе между фланцем трубопровода и фланцем проставки со стороны входа потока текучей среды в диспергатор, второй обод зафиксирован в расточке фланцем трубопровода при его соединении с фланцем проставки, внутренний диаметр проставки и ободов равен внутреннему диаметру трубопровода в месте установки диспергатора, толщина лопаточного венца первого обода составляет от 0,8 до 1,0 толщины второго обода, а расстояние между ободами составляет от 2 до 3 внутренних диаметров проставки. The problem is solved due to the fact that the dispersant of impurities in the fluid contains a device for influencing the fluid flow, which is installed in the pipeline in its rupture, the ends of the pipeline rupture are made with flanges, and the device for influencing the fluid flow is made in the form of two rims installed sequentially along the fluid flow, the first rim on the side of the inner surface is made with a blade rim for swirling the fluid flow, and the second rim is made on the side of the internal surfaces with crossbars on which resonant plates cantileverly mounted along the fluid flow, facing the free end towards the first rim, the second rim mounted in the bore of the cylindrical spacer, the latter made with flanges at the edges, the first rim fixed on the pipeline between the pipeline flange and the flange spacers on the inlet side of the fluid flow into the dispersant, the second rim is fixed in the bore by the pipeline flange when it is connected to the spacer flange, the inner diameter of the spacer and the rim s is equal to the inner diameter of the pipeline at the place of installation of the dispersant, the thickness of the blade rim of the first rim is from 0.8 to 1.0 the thickness of the second rim, and the distance between the rims is from 2 to 3 internal diameters of the spacer.

Как показали проведенные исследования выполнение первого обода с лопаточным венцом со стороны внутренней поверхности этого обода позволяет получить турбулентный поток текучей среды, что необходимо для интенсификации процесса кавитации при обтекании резонансных пластин. As the studies showed, the implementation of the first rim with a scapular rim from the side of the inner surface of this rim allows you to get a turbulent flow of fluid, which is necessary to intensify the cavitation process when flowing around resonant plates.

Установка резонансных пластин в корпусе посредством ригелей и выполнение внутреннего диаметра проставки и обоих ободов, равным диаметру трубопровода в месте установки диспергатора, позволяет увеличить площадь живого сечения проточной части проставки, а также первого и второго ободов, что приводит к уменьшению местного сопротивления движению текучей среды и снижению материалоемкости диспергатора. Installing the resonant plates in the housing by means of crossbars and performing the inner diameter of the spacer and both rims equal to the diameter of the pipe at the place of installation of the dispersant, allows you to increase the living area of the flowing part of the spacer, as well as the first and second rims, which reduces local resistance to the movement of the fluid and reducing the material consumption of the dispersant.

Выполнение диспергатора составным, содержащим два обода, с выполнением первого обода с лопаточным венцом, а второго - с ригелями, на которых установлены консольно резонансные пластины, и установка второго обода в расточке проставки позволяет упростить сборку устройства, его чистку, обеспечивает возможность замены резонансных пластин, повышает ремонтопригодность диспергатора и упрощает его эксплуатацию. На это же направлено закрепление ободов и проставки в разрыве трубопровода с помощью фланцевого соединения. Кроме того, было установлено, что наибольшей эффективности работы диспергатора удалось добиться при толщине лопаточного венца первого обода, составляющей от 0,8 до 1,0 толщины второго обода, и при расстоянии между ободами, составляющем от 2 до 3 внутренних диаметров проставки. The implementation of the dispersant compound, containing two rims, with the first rim with a blade rim, and the second with bolts, which are mounted on the console resonant plates, and the installation of the second rim in the bore of the spacer allows you to simplify the assembly of the device, its cleaning, makes it possible to replace the resonant plates, increases maintainability of a dispersant and simplifies its operation. The same is aimed at fixing the rims and spacers in the gap of the pipeline using a flange connection. In addition, it was found that the greatest efficiency of the dispersant was achieved with a thickness of the blade rim of the first rim of 0.8 to 1.0 of the thickness of the second rim, and with a distance between rims of 2 to 3 internal diameters of the spacer.

На чертеже представлен продольный разрез диспергатора. The drawing shows a longitudinal section of a dispersant.

Диспергатор примесей в текучей среде содержит цилиндрическую проставку 1 с фланцами по краям. Со стороны входа в проставку 1 потока текучей среды установлен первый обод 2, на внутренней поверхности которого расположен лопаточный венец 3. В расточке проставки 1 со стороны выхода из нее текучей среды установлен второй обод 4 с выполненными со стороны его внутренней поверхности ригелями 5. На последних консольно закреплены резонансные пластины 6, размещенные вдоль потока текучей среды, при этом свободные концы резонансных пластин обращены к первому ободу 2 с лопаточным венцом 3. Проставка 1 с первым ободом 2 и вторым ободом 4 установлена в разрыв трубопровода, причем торцы разрыва трубопровода выполнены с фланцами 7 и 8. Таким образом, первый обод 2 зафиксирован на трубопроводе между фланцем 7 трубопровода и фланцем проставки 1 со стороны входа потока текучей среды в диспергатор. Второй обод 4 зафиксирован в расточке фланцем 8 трубопровода при его соединении с фланцем проставки 1. Внутренний диаметр D_вн проставки 1 и ободов 2, 4 равен внутреннему диаметру трубопровода в месте установки диспергатора. Толщина L₁ лопаточного венца 3 первого обода 2 составляет от 0,8 до 1,0 толщины L₂ второго обода 4, а расстояние L₃ между ободами 2, 4 составляет от 2 до 3 внутренних диаметров D_вн проставки 1.Dispersant impurities in the fluid contains a cylindrical spacer 1 with flanges at the edges. On the inlet side of the spacer 1 of the fluid flow, a first rim 2 is installed, on the inner surface of which a blade ring 3 is located. In the bore of the spacer 1, on the outlet side of the fluid, a second rim 4 is installed with crossbars 5 made on the side of its inner surface. the resonant plates 6 are cantileverly mounted along the fluid flow, the free ends of the resonant plates facing the first rim 2 with a blade rim 3. The spacer 1 with the first rim 2 and the second rim 4 is installed in pipeline rupture, and pipe rupture ends are made with flanges 7 and 8. Thus, the first rim 2 is fixed on the pipeline between the pipe flange 7 and the spacer flange 1 from the side of the fluid flow inlet into the dispersant. The second rim 4 is fixed in the bore by the flange 8 of the pipeline when it is connected to the flange of the spacer 1. The inner diameter D _{ext of the} spacer 1 and the rims 2, 4 is equal to the inner diameter of the pipe at the installation site of the dispersant. The thickness L _{1 of the} blade rim 3 of the first rim 2 is from 0.8 to 1.0 of the thickness L _{2 of the} second rim 4, and the distance L ₃ between the rims 2, 4 is from 2 to 3 of the inner diameters D _ext spacers 1.

Устройство для диспергирования примесей в текучей среде работает следующим образом. A device for dispersing impurities in a fluid is as follows.

Поток загрязненной текучей среды набегает на лопаточный венец 3, который закручивает и ускоряет текучую среду и находящиеся в ней примеси, создавая турбулентный поток. Закрученный турбулентный поток текучей среды, натекая на резонансные пластины 6, вызывает в них изгибные колебания с частотой fn. The flow of contaminated fluid runs onto the blade ring 3, which swirls and accelerates the fluid and its impurities, creating a turbulent flow. A swirling turbulent fluid flow, flowing onto the resonant plates 6, causes bending vibrations with a frequency fn in them.

В струе возникают автоколебания с частотой fc. Подобранное расстояние между свободными концами консольно установленных резонансных пластин 6 и лопаточным венцом 3 позволяет обеспечить выполнение условия fn≈fc, при котором происходит возбуждение наиболее интенсивных колебаний (Неволин В.Г. Использование низкочастотных гидродинамических вибраторов при подготовке нефтепромысловых сточных вод. Пермь: ПермНИПИнефть, 1999, с. 5-6). Обычно резонансные пластины 6 генерируют колебания в интервале частот от 0,05 до 35 кГц. Излучение акустических колебаний происходит в результате колебательного движения консольных резонансных пластин 6. Закрученный турбулентный поток текучей среды, обтекая резонансные платины 6, попадает в зоны отрыва потока, что вызывает значительные перепады давления на свободных поверхностях и внутри потока и, как следствие, приводит к кавитации. При движении текучей среды, загрязненной твердыми и жидкими нерастворимыми примесями, в акустическом поле, создаваемом резонансными пластинами 6, и за счет кавитационного воздействия происходит диспергирование твердых примесей и эмульгирование жидких нерастворимых примесей. Self-oscillations with a frequency fc occur in the jet. The selected distance between the free ends of the cantilever-mounted resonance plates 6 and the blade ring 3 allows the condition fn≈fc to be satisfied, under which the most intense oscillations are excited (Nevolin V.G. Use of low-frequency hydrodynamic vibrators in the preparation of oilfield wastewater. Perm: PermNIPIneft, 1999 , p. 5-6). Typically, the resonance plate 6 generate oscillations in the frequency range from 0.05 to 35 kHz. The acoustic oscillations are emitted as a result of the oscillatory motion of the cantilever resonant plates 6. The swirling turbulent fluid flow flowing around the resonant platinum 6 enters the separation zones, which causes significant pressure drops on the free surfaces and inside the flow and, as a result, leads to cavitation. During the movement of a fluid contaminated with solid and liquid insoluble impurities in the acoustic field created by the resonant plates 6, and due to cavitation, dispersion of solid impurities and emulsification of liquid insoluble impurities occurs.

Настоящее изобретение позволяет уменьшить коэффициент местного сопротивления 2,1-2,8 раза. The present invention allows to reduce the coefficient of local resistance of 2.1-2.8 times.

Claims

Dispersant impurities in the fluid containing a device for influencing the fluid flow installed in the pipeline, characterized in that the device for influencing the fluid flow is installed in the rupture of the pipeline, the ends of the rupture of the pipeline are made with flanges, and the device for influencing the fluid flow made in the form of two rims mounted sequentially along the flow of fluid, the first rim from the side of the inner surface is made with a blade rim for swirling the fluid flow, and the second rim is made from the side of the inner surface with crossbars on which resonant plates are turned cantileverly mounted along the fluid flow, the free end facing the first rim, while the second rim is mounted in the bore of the cylindrical spacer, the latter is made with flanges along the edges, the first rim is fixed on the pipeline between the pipeline flange and the spacer flange on the inlet side of the fluid flow into the dispersant, the second rim is fixed in the bore by the pipeline flange when it is connected to the flange ostavki, the inner diameter of the spacer and rim diameter equal to the inner conduit at the installation site of the dispersant, the thickness of the first blade row of the rim is from 0.8 to 1.0 thickness of the second rim, and the distance between the rims is between 2 and 3, the inner diameters of the spacer.