СПОСОБ ГАШЕНИЯ ГИДРОУДАРА И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ Российский патент 1995 года по МПК F16L55/45 

Изобретение относится к гидромашиностроению и может быть использовано в гидросистемах, подверженных действию гидравлических ударов большой интенсивности.

Известен способ гашения гидроудара путем рассеивания энергии волны давления в потоке [1]
Известный способ не обеспечивает эффективного гашения как прямого, так и непрямого гидроударов.

Известно также устройство для гашения гидроудара, содержащее демпфирующую секцию, включающую кожух, обечайку, упругий элемент в виде заполненных сжатым газом оболочек [1]
Его недостаток заключается в низкой эффективности гашения гидроударов с различных направлений.

Наиболее близким к предлагаемому способу является способ гашения гидроудара путем изменения гидравлического сопротивления проточной части и рассеивания энергии волны давления в потоке жидкостной среды [2]
Однако известный способ не обеспечивает эффективного гашения гидроудара, а также не предотвращает образования кавитационных полостей в зоне разрежения.

Наиболее близким к заявленному устройству является устройство для гашения гидроудара, содержащее корпус и размещенный в нем прерыватель потока в виде нормально открытого клапана [2]
Указанное устройство не обеспечивает эффективного гашения гидроударов высокой интенсивности, непрямых гидроударов и не предотвращает образования кавитационных каверн, схлопывание которых приводит к быстрому разрушению элементов трубопровода.

Основная задача, на разрешение которой направлено заявленное изобретение, состоит в повышении эффективности и надежности гашения гидроударов высокой эффективности.

В заявленном способе гашения гидроудара путем изменения гидравлического сопротивления проточной части и рассеивания энергии волны давления в потоке жидкостной среды проточную часть на входном и выходном участках перекрывают и энергию волны между прерывателями потока рассеивают на перфорированных элементах, направляя избыток жидкостной среды между прерывателями в полость переменного объема, а полость корпуса между прерывателями потока разделяют на две гидравлически разобщенные полости.

Основной технический результат, достигаемый при использовании указанной выше совокупности признаков, достаточных во всех случаях, на которые распространяется испрашиваемый объем правовой охраны, состоит в обеспечении надежного гашения гидроударов высокой интенсивности и с широким диапазоном параметров.

Кроме того, в заявленном способе последовательное перекрытие проточной части и рассеивание энергии на перфорированных элементах с направлением части жидкостной среды в полость переменного объема позволяет дополнительно демпфировать колебания при снижении давления за прерывателем.

В части устройства поставленная техническая задача решается тем, что в известном устройстве для гашения гидроудара, содержащем корпус и размещенный в нем прерыватель потока в виде нормально открытого клапана, последний выполнен в виде поворотных заслонок, установленных с возможностью разворота поперек потока и прилегания к упорным выступам при повышении давления в потоке выше заданного перед клапаном уровня, а устройство дополнительно снабжено установленными последовательно вдоль по потоку за клапаном диафрагмой с отверстием и уплотнительным элементом, размещенным вокруг отверстия, демпфирующим элементом, выполненным в виде неподвижного профилированного сердечника с канавками, и опорным элементом на его входном участке, упорных элементов в виде продольных ребер жесткости и по крайней мере двух поворотных перфорированных лепестков, соединенных между собой посредством упругого элемента и установленных на шарнирах, размещенных в канавках сердечника, и дополнительным прерывателем потока, выполненным в виде поворотных лепестков, соединенных между собой посредством упругой связи и установленных на сердечнике демпфирующего элемента с возможностью разворота поперек потока и прилегания к дополнительным продольным ребрам жесткости при повышении давления в потоке за перфорированными лепестками выше заданного уровня, при этом корпус дополнительно снабжен направляющей втулкой и направляющими шаровыми элементами, например роликами, сердечник клапана установлен с возможностью осевого перемещения во втулке и между направляющими шаровыми элементами и подпружинен относительно корпуса, а со стороны выходного торца сердечник снабжен полостью с подпружиненным поршнем и уплотнительным фланцем, взаимодействующим с уплотнительным элементом диафрагмы в крайнем правом своем положении.

Основной технический результат, достигаемый при использовании указанной совокупности признаков состоит в повышении надежности гашения гидроударов высокой интенсивности при широком диапазоне их параметров.

Кроме того, выполнение отверстий коноидальными в перфорированных лепестках позволяет более равномерно рассеивать энергию гидроудара и тем самым снижать возможность образования зон пониженного давления, а следовательно, предотвращать кавитационные явления при гашении гидроударов.

Выполнение упорных элементов в виде продольных ребер жесткости позволяет значительно повысить жесткость конструкции с минимальными гидравлическими потерями.

Выполнение клапанного узла в виде поворотных заслонок, связанных между собой посредством упругой связи, размещенной между ними, также позволяет свести к минимуму гидравлические потери клапанного узла и повысить при этом быстродействие при срабатывании устройства.

На фиг. 1 схематически представлен продольный разрез описываемого устройства; на фиг. 2 вид по стрелке А на фиг. 1.

Устройство для гашения гидроудара содержит корпус 1 и размещенный в нем прерыватель 2 потока в виде нормально открытого клапана, который выполнен в виде поворотных заслонок 3, установленных на сердечнике 4, соединенных между собой посредством упругой связи 5, установленных с возможностью разворота поперек потока и прилегания к упорным выступам 6 при повышении давления в потоке выше заданного перед клапаном уровня. Устройство дополнительно снабжено установленными последовательно вдоль по потоку за прерывателем 2 диафрагмой 7 с отверстием 8 и уплотнительным элементом 9, размещенным вокруг отверстия 8, демпфирующим элементом, выполненным в виде неподвижного профилированного сердечника 10 с канавками 11 и опорным элементом 12 на его входном участке, упорных элементов 13 в виде продольных ребер жесткости и по крайней мере двух поворотных перфорированных лепестков 14, соединенных между собой посредством упругого элемента 15 и установленных на шарнирах 16, размещенных в канавках 11 сердечника 10, и дополнительным прерывателем 17, выполненным в виде поворотных лепестков 18, соединенных между собой посредством упругой связи 19 и установленных на сердечнике 10 демпфирующего элемента с возможностью разворота поперек потока и прилегания к дополнительным продольным ребрам 20 жесткости при повышении давления в потоке за перфорированными лепестками 14 выше заданного уровня. При этом корпус 1 дополнительно снабжен направляющей втулкой 21 и направляющими элементами 22 качения, например роликами, сердечник 4 клапана установлен с возможностью осевого перемещения во втулке 21 и между направляющими элементами 22 качения и подпружинен относительно корпуса 1, а со стороны выходного торца 23 сердечник 4 снабжен полостью 24 с подпружиненным поршнем 25 и уплотнительным фланцем 26, взаимодействующим с уплотнительным элементом 9 диафрагмы 7 в крайнем правом своем положении. Отверстия перфорированных лепестков 14 выполнены коноидальными.

Работает устройство следующим образом.

Предварительно рассчитывают размеры корпуса 1 и изготовленные узлы устройства устанавливают в корпусе 1.

При нормальной работе без гидроударов среда проходит через единый проточный тракт устройства, в том числе через зазоры между упорными выступами 6, упорными элементами 13 и ребрами 20 и открытые отверстия прерывателей 2, 17 и диафрагмы 7.

При возникновении прямого гидроудара, распространяющегося по направлению стрелки 27 волна повышенного давления на ее фронте закрывает поворотные заслонки 3 прерывателя 2 (закрытое положение показано пунктиром на фиг. 1), преодолевая сопротивление упругой связи 5, удерживающей упомянутые заслонки 3 в открытом состоянии. В зоне за прерывателем 2 происходит движение по инерции прошедшей части возмущенного потока жидкости, которая через отверстия 8 диафрагмы 7 поступает в зону действия демпфирующего элемента с поворотными перфорированными лепестками 14. Одновременно под действием напора волны повышенного давления на поворотные заслонки 3 прерывателя 2 подпружиненный относительно корпуса 1 сердечник 4 перемещается вправо и фланец 26, взаимодействуя с уплотнительным элементом диафрагмы 7, перекрывает отверстие 8, разделяя зону между прерывателями 2 и 17 на две гидравлически изолированные зоны. В зоне за диафрагмой 7 под воздействием прошедшей части возмущенного потока жидкости последовательно закрывается проходное сечение в корпусе 1 перфорированными лепестками 14 и поворотными лепестками 18, чем гарантируется защита гидравлических систем от гидроудара. При этом на перфорированных лепестках 17 происходит рассеивание энергии прошедшей части волны повышенного давления, а избыток жидкости, возникающий в зоне за диафрагмой 7 и при движении сердечника 4 вправо, поступает в полость 24, объем которой контролируется поршнем 25, чем пред- отвращается нарушение сплошности потока в устройстве для гашения гидроудара.

После прекращения действия гидроудара под действием упругих элементов 5, 15, 19 заслонки 3 и лепестки 14, 18 возвращаются в исходное положение, открывая проходное сечение корпуса 1 устройства, а подпружиненный сердечник 4 перемещается влево, открывая отверстие 8 диафрагмы 7. Тем самым происходит восстановление сплошности потока и нормальной работы гидросистемы.

Гашение гидроудара осуществляют путем последовательного перекрытия проточной части корпуса 1 устройства прерывателями 2, 17, гашением энергии переднего фронта волны давления на перемещение подпружиненного сердечника 4 с заслонками 3, рассеиванием прошедшей части энергии волны давления гидроудара на перфорированных лепестках 14 с коноидальными отверстиями и путем разделения полости между прерывателями 2, 17 на две гидравлически разобщенные полости. Практически мгновенное закрытие заслонок 3 уменьшает давление за прерывателем 2 в 15 20 раз. При этом отраженная диафрагмой 7 часть энергии прошедшей через прерыватель 1 волны давления, воздействуя на заслонки 3, способствует интенсификации гашения гидроудара.

Использование: в гидросистемах. Сущность изобретения: изменяют гидравлическое сопротивление проточной части. Рассеивают энергию волны давления в потоке жидкостной среды. Перекрывают поточную часть устройства для гашения гидроудара на входном и выходном участках. Энергию волны между прерывателями потока рассеивают на перфорированных элементах. Избыток жидкостей среды между прерывателями направляют в полость переменного объема. Полость между прерывателями разделяют на две гидравлически разобщенные полости. 2 с. и 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Способ гашения гидроудара путем изменения гидравлического сопротивления проточной части и рассеивания энергии волны давления в потоке жидкостной среды, отличающийся тем, что проточную часть устройства для гашения гидроудара на входном и выходном его усчастках перекрывают, энергию волны между прерывателями потока рассеивают на перфорированных элементах, избыток жидкостной среды между прерывателями потока направляют в полость переменного объема, а полость между прерывателями потока разделяют на две гидравлически разообщенные полости. 2. Устройство для гашения гидроудара, содержащее корпус и размещенный в нем прерыватель потока в виде нормально открытого клапана, отличающееся тем, что клапан выполнен в виде поворотных заслонок, установленных на сердечнике, соединенных между собой посредством упругой связи и установленных с возможностью разворота поперек потока и прилегания к упорным выступам при повышении давления в потоке выше заданного перед клапаном уровня, а устройство дополнительно снабжено установленными последовательно вдоль по потоку за клапаном диафрагмой с отверстием и уплотнительным элементом, размещенным вокруг отверстия, демпфирующим элементом, выполненным в виде неподвижного профилированного сердечника с канавками и опорным элементом на его входном участке, упорных элементов в виде продольных ребер жесткости и по крайней мере двух поворотных перфорированных лепестков, соединенных между собой посредством упругого элемента и установленных на шарнирах, размещенных в канавках сердечника, и дополнительным прерывателем потока, выполненным в виде поворотных лепестков, соединенных между собой посредством упругой связи и установленных на сердечнике демпфирующего элемента с возможностью разворота поперек потока и прилегания к дополнительным продольным ребрам жесткости при повышении давления в потоке за перфорированными лепестками выше заданного уровня, при этом корпус дополнительно снабжен направляющей втулкой и направляющими элементами качения, сердечник клапана установлен с возможностью осевого перемещения во втулке и между направляющими элементами качения и подпружинен относительно корпуса, а со стороны выходного торца сердечник снабжен полостью с подпружиненным поршнем и уплотнительным фланцем, взаимодействующим с уплотнительным элементом диафрагмы в крайнем правом своем положении. 3. Устройство по п.2, отличающееся тем, что отверстия перфорированных лепестков выполнены коноидальными.