自動獲取最高減阻率的表面活性劑減阻管道的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種自動獲取最高減阻率的表面活性劑減阻管道，包括流動管道和表面活性劑注射裝置；表面活性劑注射裝置包括用于盛放表面活性劑溶液的彈性袋子、用于固定彈性袋子的固定容器和用于傳遞推動力的彈性膜片。本發(fā)明僅憑借管道流體內(nèi)部壓差的改變來自動控制注入表面活性劑溶液的多少，從而實現(xiàn)自動獲取最佳減阻率的功能；不需要借助外界人工操作和高端精密儀器即可完成整個控制過程，整個減阻管道結(jié)構(gòu)簡單、施工方便、成本低廉、且便于對現(xiàn)有管道安裝和改造；該減阻管道既獲得了最高減阻率、獲得最佳節(jié)能效果，又避免了表面活性劑的過度使用、避免了不必要的浪費(fèi)。
【專利說明】
自動獲取最高減阻率的表面活性劑減阻管道
技術(shù)領(lǐng)域
[0001 ]本發(fā)明屬于流體管道輸送中的流動減阻技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種自動獲取最高減阻率的表面活性劑減阻管道，屬于表面活性劑添加劑湍流流動管道減阻節(jié)能技術(shù)，特別適用于表面活性劑減阻流動減阻性能的改善和控制。
【背景技術(shù)】
[0002]節(jié)能減排是目前人類社會關(guān)注的主要問題之一。隨著學(xué)術(shù)界對表面活性劑添加劑減阻技術(shù)研究的日趨深入，表面活性劑湍流減阻技術(shù)得到廣泛的應(yīng)用，其中用該方法降低液體(如石油)長距離管道輸送系統(tǒng)栗的功耗，被認(rèn)為是最有前途的應(yīng)用之一。
[0003]目前的研究表明(如HuangCH, Liu DJ1Wei JJ.Chem.Eng.Sci.，2016，152: 267-279)，影響表面活性劑管道流動減阻最高減阻率的因素有表面活性劑的濃度、流體溫度和流動雷諾數(shù)等。特別是當(dāng)不考慮輸送流體溫度變化時，最高減阻率與表面活性劑的濃度和流動雷諾數(shù)密切相關(guān)。當(dāng)表面活性劑的濃度較低時，對應(yīng)最高減阻率的雷諾數(shù)(即臨界減阻雷諾數(shù))較低；當(dāng)表面活性劑的濃度較高時，對應(yīng)最高減阻率的雷諾數(shù)較高。作為一個事實，輸送液體的速度不可能是固定不變的，其總是隨著外界條件的改變而改變，輸送速度的改變必然會引起輸送流體雷諾數(shù)的變化，最終會引起減阻率偏離最佳減阻率，出現(xiàn)減阻率減小、甚至消失的現(xiàn)象。
[0004]為了應(yīng)對流動工況(即流動雷諾數(shù))的變化和減少表面活性劑的使用量、避免不必要的浪費(fèi)，以及取得最佳節(jié)能效果，必須設(shè)法取得不同雷諾數(shù)下的最佳減阻率。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是:為了應(yīng)對流動工況(即流動雷諾數(shù))的變化和減少表面活性劑的使用量、避免不必要的浪費(fèi)，以及取得最佳節(jié)能效果，本發(fā)明提供一種自動獲取最高減阻率的表面活性劑減阻管道，以便改善表面活性劑減阻溶液的減阻性能，提高表面活性劑的有效利用率。
[0006]本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是:一種自動獲取最高減阻率的表面活性劑減阻管道，包括流動管道和表面活性劑注射裝置;所述流動管道包括流動管道管體、表面活性劑溶液分配槽環(huán)和管道接管，所述表面活性劑溶液分配槽環(huán)環(huán)設(shè)在流動管道管體外的偏下游位置處，所述表面活性劑溶液分配槽環(huán)對應(yīng)的流動管道管體上沿環(huán)向均勻開設(shè)有表面活性劑溶液注射孔，所述管道接管焊接在表面活性劑溶液分配槽環(huán)上，且所述管道接管上配置有管道調(diào)節(jié)閥和單向閥;所述表面活性劑注射裝置包括用于盛放表面活性劑溶液的彈性袋子、用于固定彈性袋子的固定容器和用于傳遞推動力的彈性膜片，所述固定容器包括下部分和上部分，所述固定容器的下部分焊接有排凈接管，所述彈性袋子上連接有用于補(bǔ)給表面活性劑溶液的補(bǔ)液接管，所述補(bǔ)液接管伸出至所述固定容器外，所述彈性袋子底部接有袋子接管，所述袋子接管上配置有袋子調(diào)節(jié)閥；所述彈性袋子設(shè)置在固定容器的下部分內(nèi)，所述彈性膜片設(shè)置在固定容器內(nèi)且位于彈性袋子上方;所述固定容器的下部分和上部分分別焊接有下容器管接頭和上容器管接頭，所述下容器管接頭位于彈性膜片與彈性袋子之間的位置，所述上容器管接頭位于彈性膜片上方的位置，所述上容器管接頭通過上游管線與所述流動管道管體的上游位置處連通，所述下容器管接頭通過靜壓平衡用管線與所述流動管道管體的靠近表面活性劑溶液分配槽環(huán)的位置處連通。
[0007]所述固定容器的下部分的容積遠(yuǎn)大于上部分的容積，固定容器的上部分和下部分由所述彈性膜片隔開。
[0008]所述流動管道還包括管道管接頭，所述管接頭分別焊接在上游位置處和靠近表面活性劑溶液分配槽環(huán)位置處。
[0009]所述流動管道還包括焊接在管道兩端的管法蘭。
[0010]所述固定容器的下部分和上部分均設(shè)有容器法蘭，所述下部分與上部分通過容器法蘭相互固定。
[0011]所述靜壓平衡用管線和上游管線采用橡膠或PVC材料管子。
[0012]所述彈性膜片為橡膠板。
[0013]本發(fā)明是基于流體連續(xù)流動、靜壓平衡原理而發(fā)明的。被輸送液體之所以能夠在管道內(nèi)快速的流動是因為外界機(jī)械(如栗)提供了足夠高的驅(qū)動力(即壓力降)來克服管道內(nèi)部摩擦阻力的影響，位于輸送管道上游流體的壓力總是高于下游流體的壓力這樣形成壓力降，將被輸送的流體向前推進(jìn)。
[0014]采用具有超強(qiáng)彈性的袋子(類似氣球)來盛放表面活性劑溶液、并將其與輸送流體管道的下游相接，而彈性袋子的外部同時被下游流體和上游流體包圍和擠壓。下游流體的作用是保持彈性袋子內(nèi)表面活性劑溶液的壓力與管道注入口處流體的靜壓平衡。因上游流體的壓力高于下游流體的壓力，所以上游流體可以作為一種推動力對表面活性劑袋子進(jìn)行擠壓，將表面活性劑溶液給予擠壓并注射到輸送流體管道內(nèi)部、實現(xiàn)減阻。
[0015]因不同的流體速度需要不同的壓力降來維持流動，如當(dāng)速度增大時，那么外界提供的驅(qū)動力(即壓力降)必須增大，這樣作用在彈性袋子周圍的壓力也隨之增大，就會有更多的表面活性劑溶液被擠壓注射到管道內(nèi)部來取得最高減阻率;反之，當(dāng)流速減小時，外界提供的驅(qū)動力(即壓力降)也減小，這樣作用在彈性袋子周圍的壓力也隨之減小，注射到管道內(nèi)的表面活性劑溶液的量也隨之減小，將減阻率始終維持在一個相應(yīng)的最高減阻率。
[0016]本發(fā)明的有益效果是，本發(fā)明的一種自動獲取最高減阻率的表面活性劑減阻管道，僅憑借管道流體內(nèi)部壓差的改變來自動控制注入表面活性劑溶液的多少，從而實現(xiàn)自動獲取最佳減阻率的功能;不需要借助外界人工操作和高端精密儀器即可完成整個控制過程，整個減阻管道結(jié)構(gòu)簡單、施工方便、成本低廉、且便于對現(xiàn)有管道安裝和改造;該減阻管道既獲得了最高減阻率、獲得最佳節(jié)能效果，又避免了表面活性劑的過度使用、避免了不必要的浪費(fèi)。
【附圖說明】
[0017]下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明進(jìn)一步說明。
[0018]圖1是本發(fā)明的自動獲取最高減阻率的表面活性劑減阻管道的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0019]圖2是本發(fā)明的流動管道與表面活性劑溶液分配槽環(huán)連接部位的剖面示意圖。
[0020]其中:1.流動管道管體，2.表面活性劑溶液分配槽環(huán)，3.管法蘭，4.上游管線，5.上游管線調(diào)節(jié)閥，6.靜壓平衡用管線，7.靜壓平衡用管線調(diào)節(jié)閥，8.管道調(diào)節(jié)閥，9.管道接管，
10.袋子調(diào)節(jié)閥，11.單向閥，12.接管螺母，13.袋子接管，14.下部分，15.上部分，16.容器法蘭，17.彈性膜片，18.補(bǔ)液調(diào)節(jié)閥，19.補(bǔ)液接管，20.排凈調(diào)節(jié)閥，21.排凈接管，22.彈性袋子，23.管道管接頭，24.表面活性劑溶液注射孔，25.下容器管接頭，26.上容器管接頭。
【具體實施方式】
[0021]現(xiàn)在結(jié)合附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的說明。這些附圖均為簡化的示意圖，僅以示意方式說明本發(fā)明的基本結(jié)構(gòu)，因此其僅顯示與本發(fā)明有關(guān)的構(gòu)成。
[0022]如圖1所示的自動獲取最高減阻率的表面活性劑減阻管道，主要由流動管道和表面活性劑注射裝置兩大部分組成，流動管道包括流動管道管體1、焊接在偏下游位置處的表面活性劑溶液分配槽環(huán)2、焊接在管道兩端的連接用管法蘭3、分別焊接在上游位置處和靠近表面活性劑溶液分配槽環(huán)2位置處的管接頭23，以及焊接在表面活性劑溶液分配槽環(huán)2上的管道接管9，管道接管9上配置有調(diào)節(jié)閥8和單向閥11，表面活性劑注射裝置部分主要包括盛放表面活性劑溶液用的彈性袋子22、固定彈性袋子22用的固定容器的下部分14和上部分15、容器法蘭16、傳遞推動力的彈性膜片17、焊接在固定容器上部分15和下部分14的上容器管接頭26和下容器管接頭25、焊接在固定容器下部分14的排凈接管21和排凈調(diào)節(jié)閥20、連接在表面活性劑彈性袋子22上補(bǔ)給用的補(bǔ)液接管19和補(bǔ)液調(diào)節(jié)閥18、接在表面活性劑彈性袋子22底部的袋子接管13和袋子調(diào)節(jié)閥10，以及連接管接頭和管線用的接管螺母12，和連接用上游管線4和靜壓平衡用管線6。圖1中箭頭所示為流動管道管體I內(nèi)表面活性劑溶液的流動方向。
[0023]如圖2所示，為了將表面活性劑溶液均勻的注入流動管道管體I內(nèi)部，在流動管道管體I焊接表面活性劑溶液分配槽環(huán)對應(yīng)的管道部位沿環(huán)向均勻開設(shè)表面活性劑溶液注射孔24。
[0024]為了便于將表面活性劑補(bǔ)給用補(bǔ)液接管19和表面活性劑注射用袋子接管13伸出固定容器下部分14外面，在固定容器下部分14相應(yīng)的位置打孔，為了防止泄露，補(bǔ)液接管19和袋子接管13伸出留有的孔之后，涂油一定的密封膠。
[0025]為了便于連接和更換，靜壓平衡用管線6和上游管線4可以采用橡膠或PVC材料管子。
[0026]為了能夠?qū)⒐艿郎嫌瘟黧w的壓力快速傳遞給盛放表面活性劑溶液彈性袋子22，彈性膜片17的彈性要好，可以選用彈性較好的橡膠板。所述彈性袋子22由超強(qiáng)彈性橡膠制成，其盛裝表面活性劑溶液后不能保持固定形狀、僅起到密封作用，最終形狀取決于固定其的固定容器。
[0027]固定彈性袋子的固定容器為圓柱形容器，由下部分14和上部分15上下兩半組成，并由彈性膜片17隔開，下部分14和上部分15均焊有容器法蘭16，以便于連接和拆卸。
[0028]工作時，利用管法蘭3將流動管道管體I與流體輸送總管連接起來;在流動管道管體I偏中間位置處焊有表面活性劑溶液分配槽環(huán)2;在槽環(huán)2臨近位置處焊有與固定容器的下部分14相連的靜壓平衡用管線6，并在流動管道管體I靠近入口位置處焊有欲與固定容器的上部分15相連的上游管線4。
[0029]所述的表面活性劑溶液分配槽環(huán)2與流動管道管體I焊接為一體，并將其通過管道接管9經(jīng)管道調(diào)節(jié)閥8、單向閥11與盛放表面活性劑溶液彈性袋子22的管線利用接管螺母12連接起來。
[0030]所述盛放表面活性劑溶液彈性袋子22的底部接有袋子接管13。袋子接管13外伸出固定容器，且袋子接管13上裝有袋子調(diào)節(jié)閥10，彈性袋子22的中部設(shè)有伸出固定容器的表面活性劑溶液補(bǔ)給用補(bǔ)液接管19，補(bǔ)液接管19上配有補(bǔ)液調(diào)節(jié)閥18。
[0031]固定容器的下部分14的容積遠(yuǎn)大于上部分15的容積，下部分14主要用來固定表面活性劑溶液彈性袋子22，且下部分14的右側(cè)上部焊有與流動管道管體I下游相通的靜壓平衡用管線6。下部分14左側(cè)的底部焊有排凈接管21，排凈接管21上配有排凈調(diào)節(jié)閥20。固定容器上部分15的容積較小，其頂部中間位置焊有與流動管道管體I上游相通的上游管線4;固定容器的下部分14和上部分15由彈性膜片17隔開。
[0032]所述的彈性膜片17夾持在固定容器法蘭16中間，將固定容器的下部分14和上部分15隔開，將流動管道管體I上游流體的壓力傳遞給盛放表面活性劑的彈性袋子22上。
[0033]所述固定容器上部空間(彈性膜片的上方)由上游管線4與流動管道管體I的上游相通，固定容器的下部空間(彈性膜片的下方)由靜壓平衡用管線6與流動管道管體I靠近表面活性劑溶液分配槽環(huán)2的下游相通;二者用的連接管線長度和管徑應(yīng)保證具有相同的阻力。
[0034]所述的表面活性劑溶液分配槽環(huán)2的管道接管9裝有單向閥11，以防止流動管道管體I內(nèi)的流體倒流入彈性袋子22。
[0035]本發(fā)明的工作原理如下:
[0036]工作開始時，先將所有的調(diào)節(jié)閥(上游管線調(diào)節(jié)閥5、靜壓平衡用管線調(diào)節(jié)閥7、管道調(diào)節(jié)閥8、袋子調(diào)節(jié)閥10、補(bǔ)液調(diào)節(jié)閥18和排凈調(diào)節(jié)閥20)關(guān)閉，將流動管道管體I經(jīng)管法蘭3接在液體輸送的主干管線上；同時打開表面活性劑補(bǔ)給用補(bǔ)液調(diào)節(jié)閥18和靜壓平衡用管線6上的靜壓平衡用管線調(diào)節(jié)閥7。將表面活性劑彈性袋子22撐滿、并使其外部壓力近似等于流動管道管體I下游流體的壓力。然后打開管道調(diào)節(jié)閥8和袋子調(diào)節(jié)閥10準(zhǔn)備將表面活性劑彈性袋子22內(nèi)的表面活性劑溶液注入到流動管道管體I內(nèi)部實現(xiàn)減阻，由于表面活性劑溶液彈性袋子22外部的壓力近似等于下游流動管道管體I內(nèi)流體的壓力，表面活性劑溶液還不能注入流動管道管體I內(nèi)部。
[0037]接著打開上游管線調(diào)節(jié)閥5，將流動管道管體I上游流體引入固定容器上部分15的空間內(nèi)。因上游流體的壓力高于下游流體的壓力，其必將會推動彈性膜片17向下鼓脹，這樣就會給固定容器下部分14內(nèi)的流體施加壓力、并傳給表面活性劑彈性袋子22，將表面活性劑溶液擠壓并注入到流動管道管體I內(nèi)，實現(xiàn)減阻。
[0038]當(dāng)流動管道管體I內(nèi)流動速度改變時，施加給彈性袋子22的壓力就會改變，這樣注入流動管道管體I內(nèi)的表面活性劑溶液的量就會隨之變化。當(dāng)流速大時，傳遞給彈性袋子22的壓力就會大些，那么注入流動管道管體I內(nèi)的表面活性劑溶液的量就會多些;反之，當(dāng)流速小時，傳遞給彈性袋子22的壓力就會小些，這樣注入流動管道管體I內(nèi)的表面活性劑溶液的量就會少些;高流速(對應(yīng)高的雷諾數(shù))下，最高減阻率需要的表面活性劑溶液多些，低流速下，最高減阻率需要的表面活性劑溶液少些，從而實現(xiàn)了自動獲取最高減阻率。
[0039]以上述依據(jù)本發(fā)明的理想實施例為啟示，通過上述的說明內(nèi)容，相關(guān)工作人員完全可以在不偏離本項發(fā)明技術(shù)思想的范圍內(nèi)，進(jìn)行多樣的變更以及修改。本項發(fā)明的技術(shù)性范圍并不局限于說明書上的內(nèi)容，必須要根據(jù)權(quán)利要求范圍來確定其技術(shù)性范圍。
【主權(quán)項】
1.一種自動獲取最高減阻率的表面活性劑減阻管道，其特征在于:包括流動管道和表面活性劑注射裝置； 所述流動管道包括流動管道管體(I)、表面活性劑溶液分配槽環(huán)(2)和管道接管(9)，所述表面活性劑溶液分配槽環(huán)(2)環(huán)設(shè)在流動管道管體(I)外的偏下游位置處，所述表面活性劑溶液分配槽環(huán)(2)對應(yīng)的流動管道管體(I)上沿環(huán)向均勻開設(shè)有表面活性劑溶液注射孔(24)，所述管道接管(9)焊接在表面活性劑溶液分配槽環(huán)(2)上，且所述管道接管(9)上配置有管道調(diào)節(jié)閥(8)和單向閥(11); 所述表面活性劑注射裝置包括用于盛放表面活性劑溶液的彈性袋子(22)、用于固定彈性袋子(22)的固定容器和用于傳遞推動力的彈性膜片(17)，所述固定容器包括下部分(14)和上部分(15)，所述固定容器的下部分(14)焊接有排凈接管(21)，所述彈性袋子(22)上連接有用于補(bǔ)給表面活性劑溶液的補(bǔ)液接管(19)，所述補(bǔ)液接管(19)伸出至所述固定容器夕卜，所述彈性袋子(22)底部接有袋子接管(13)，所述袋子接管(13)上配置有袋子調(diào)節(jié)閥(10);所述彈性袋子(22)設(shè)置在固定容器的下部分(14)內(nèi)，所述彈性膜片(17)設(shè)置在固定容器內(nèi)且位于彈性袋子(22)上方； 所述固定容器的下部分(14)和上部分(15)分別焊接有下容器管接頭(25)和上容器管接頭(26)，所述下容器管接頭(25)位于彈性膜片(17)與彈性袋子(22)之間的位置，所述上容器管接頭(26)位于彈性膜片(17)上方的位置，所述上容器管接頭(26)通過上游管線(6)與所述流動管道管體(I)的上游位置處連通，所述下容器管接頭(25)通過靜壓平衡用管線(6)與所述流動管道管體(I)的靠近表面活性劑溶液分配槽環(huán)(2)的位置處連通。2.如權(quán)利要求1所述的自動獲取最高減阻率的表面活性劑減阻管道，其特征在于:所述固定容器的下部分(14)的容積遠(yuǎn)大于上部分(15)的容積，固定容器的上部分(15)和下部分(14)由所述彈性膜片(17)隔開。3.如權(quán)利要求1所述的自動獲取最高減阻率的表面活性劑減阻管道，其特征在于:所述流動管道還包括管道管接頭(23)，所述管接頭分別焊接在上游位置處和靠近表面活性劑溶液分配槽環(huán)(2)位置處。4.如權(quán)利要求1所述的自動獲取最高減阻率的表面活性劑減阻管道，其特征在于:所述流動管道還包括焊接在管道兩端的管法蘭(3)。5.如權(quán)利要求1所述的自動獲取最高減阻率的表面活性劑減阻管道，其特征在于:所述固定容器的下部分(14)和上部分(15)均設(shè)有容器法蘭(16)，所述下部分(14)與上部分(15)通過容器法蘭(16)相互固定。6.如權(quán)利要求1所述的自動獲取最高減阻率的表面活性劑減阻管道，其特征在于:所述靜壓平衡用管線(6)和上游管線(4)采用橡膠或PVC材料管子。7.如權(quán)利要求1所述的自動獲取最高減阻率的表面活性劑減阻管道，其特征在于:所述彈性膜片(17)為橡膠板。
【文檔編號】F16K31/126GK106051462SQ201610629222
【公開日】2016年10月26日
【申請日】2016年8月3日
【發(fā)明人】龐明軍, 張展, 高光藩, 巢建偉
【申請人】常州大學(xué)