СТАБИЛИЗАТОР ДАВЛЕНИЯ Российский патент 1997 года по МПК F16L55/04 

Изобретение относится к средствам пневмогидравлической техники и может быть использовано в нефте- и газодобывающей, химической промышленности для гашения колебаний давления в напорных трубопроводах при перекачивании рабочей среды насосно-компрессорными системами, устранения гидроударов, возникающих при закрытии клапанов и задвижек.

Известны устройства, предназначенные для уменьшения интенсивности гидроударов и пульсации давления рабочей среды в трубах, в частности, для предотвращения аварийных ситуаций в резонансных частотах. Наибольшая эффективность присуща демпферам-стабилизаторам давления [1] принцип работы которых основан на изменении параметров трубопроводной системы (податливости, приведенного гидравлического сопротивления), а гашение колебаний происходит за счет диссипации энергии на равномерно распределенной по длине стабилизатора перфорации и за счет податливости газовой подушки (пневмостабилизаторы) либо податливости вспомогательных камер, стенки которых выполнены из упругого материала.

Недостатком этих устройств является их ограниченная эффективность гашения гидроудара, что обусловлено особенностями конструктивного исполнения, в частности, инерционностью гидравлического тракта, сообщающего демпфирующие элементы с трубопроводной системой.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому устройству является выбранный в качестве прототипа гаситель пульсаций давления с упругими элементами в виде гофрированных мембран [2] Гаситель состоит из корпуса, охватывающего с образованием полости соосный с ним центральный трубопровод с перфорационными отверстиями, сообщенный с напорной магистралью через присоединительные муфты, а также упругую мембрану, прилегающую к наружной поверхности трубопровода. Гаситель относится к классу пневмостабилизаторов и снабжен штуцером для подачи в полость между мембраной и внутренней поверхностью корпуса газа под давлением.

Недостатком такого устройства является сложность конструктивного исполнения, требующего обязательного наличия источника наддува, регуляторов давления наддува, трубопроводов связи источника наддува с гасителем, что снижает надежность устройства. Кроме того, следует отметить низкую эффективность работы устройства при высоких давлениях в напорной магистрали. Технической задачей является надежность и эффективность функционирования устройства путем расширения диапазона рабочих давлений, амплитуд гасимых колебаний давления. Поставленная задача решается таким образом, что в стабилизаторе давления, содержащем присоединительные муфты, корпус, охватывающий с образованием полости соосный с ним центральный трубопровод с перфорационными отверстиями, сообщенный с напорной магистралью, и коаксиальную центральному трубопроводу упругую мембрану, прилегающую к его наружной поверхности, центральный трубопровод снабжен цилиндрическими выступами, расположенными между поясами перфорационных отверстий, упругая мембрана выполнена в виде цилиндрических секций пружин спирального типа, установленных последовательно на центральном трубопроводе коаксиально его наружной поверхности и прижимающих разделительный элемент,выполненный в виде трубки эластичного материала, к цилиндрическим выступам центрального трубопровода с образованием зазоров в области перфорационных отверстий, а полость между упругой мембраной внутренней поверхностью корпуса заполнена упугодемпфирующим материалом.

На фиг. 1 изображен стабилизатор давления (общий вид); на фиг.2 разрез А-А на фиг.1.

Стабилизатор давления состоит из корпуса 1 с присоединительными муфтами 2. Корпус 1 охватывает с образованием полости центральным трубопроводом 3, сообщенный через присоединительные муфты 2 с напорной магистралью. На центральном трубопроводе 3 имеются пояса перфорационных отверстий 4, между которыми выполнены цилиндрические выступы 5. На центральном трубопроводе 3 последовательно установлены коаксиально его наружной поверхности цилиндрические секции пружин 6 спиралевидного типа. Секции пружин 6 прижимают разделительный элемент в виде трубки из эластичного материала 7 к цилиндрическими выступам 5 с образованием зазоров в области перфорационных отверстий 4. Пространство полости между секциями пружин 6 внутренней поверхностью корпуса 1 заполнено упругодемпфирующим материалом 8 в виде пористой резины, металлической стружки и т.п.

Стабилизатор давления работает следующим образом. В исходном состоянии при поступлении рабочей среды из напорной магистрали через присоединительные муфты 2 в центральный трубопровод 3 она проходит через перфорационные отверстия 4 и заполняет зазоры между цилиндрическими выступами 5 на центральном трубопроводе, что исключает эффект "прилипания" упругого разделительного элемента 7 к полости центрального трубопровода 3.

При резком повышении давления рабочей среды в центральном трубопроводе 3 начинается дополнительное перетекание рабочей среды через перфорации 4. При этом растягивается упругий разделительный элемент 7 (диаметр трубки увеличивается) и деформируются секции пружин 6 спирального типа, взаимодействуя с упругодемпфирующим материалом 8. Это приводит к увеличению зазора внутренней поверхностью упругого разделительного элемента 7 и наружной поверхностью центрального трубопровода, в которой проходит рабочая среда, за счет чего уменьшается давление в центральном трубопроводе 3.

При падении давлении в центральном трубопроводе 3 упругий разделитель 7 под действием сил упругости со стороны секций пружин 6 и упругодемпфирующего материала 8 возвращается в исходное положение, вызывая обратное движение рабочей среды в центральный трубопровод и повышение давления в нем.

И в том, и в другом случае помимо упругого демпфирования колебаний давления на упругих элементах стабилизатора ( разделитель 7, секции пружин 6, упругодемпфирующий материал 8) происходит интенсивная диссипация энергии на перфорации, за счет трения винтиков пружин друг о друга и о упругодемпфирующий материал.

Диапазон гасимых частот колебаний давления определяется диапазоном изменения суммарной площади перфорации, упругими характеристиками разделительного элемента и упругодемпфирующего материала.

Использование предлагаемого устройства обеспечивает по сравнению с существующими аналогами следующие преимущества:
1. Цилиндрические выступы на центральном трубопроводе исключает эффект "прилипания" упругого разделительного элемента к поверхности центрального трубопровода.

2. Использование пружин спирального типа обеспечивает улучшение диссипативных свойств стабилизатора, поскольку дорассеяние энергии колебаний происходит за счет трения витков пружины.

3. Заполнение полости между внешней поверхностью секций пружин спирального типа и внутренней поверхностью корпуса стабилизатора упругодемпфирующим материалом позволяет увеличить амплитуду гасимых колебаний и расширить диапазон рабочих давлений, при которых стабилизатор сохраняет работоспособность.

Таким образом, использование заявляемого устройства позволяет улучшить демпфирующие и диссипативные свойства стабилизатора, оптимизировать режимы его работы.

Использование: в нефте- и газодобывающей, химической промышленности для гашения колебаний давления в напорных трубопроводах. Сущность: в стабилизаторе давления, содержащем корпус 1, охватывающий образованием полости центральный трубопровод 3, сообщенный через присоединительные муфты 2 с напорной магистралью. На центральном трубопроводе 3 имеются пояса перфорационных отверстий 4, между которыми выполнены цилиндрические выступы 5. Секции пружин спирального типа 6 прижимают упругий разделительный элемент 7 к выступам 5 с образованием зазоров в области отверстий 4. Пространство полости между секциями пружин 6 и внутренней поверхностью корпуса 1 заполнено упругодемпфирующим материалом 8. 2 ил.

Стабилизатор давления, содержащий присоединительные муфты, корпус, охватывающий с образованием полости соосный с ним центральный трубопровод с перфорационными отверстиями, сообщенный с напорной магистралью, и коаксиальную центральному трубопроводу упругую мембрану, прилегающую к его наружной поверхности, отличающийся тем, что центральный трубопровод снабжен цилиндрическими выступами, расположенными между поясами перфорационных отверстий, упругая мембрана выполнена в виде цилиндрических секций пружин спиралевидного типа, установленных последовательно на центральном трубопроводе коаксиально его наружной поверхности и прижимающих разделительный элемент в виде трубки из эластичного материала к цилиндрическим выступам центрального трубопровода с образованием зазоров в области перфорационных отверстий, а полость между упругой мембраной и внутренней поверхностью корпуса заполнена упругодемпфирующим материалом.