ДЕМПФЕР ПУЛЬСАЦИЙ ДАВЛЕНИЯ Российский патент 1997 года по МПК F16L55/04 

Изобретение относится к области машиностроения и может использовано для гашения колебаний давления, возникающих в трубопроводах нефтехимической промышленности, теплоснабжения и энергетики.

Известен демпфер пульсаций давления [1] упругий элемент которого, отделяющий жидкую полость от газовой, выполнен гофрированным, а между эластичным элементом и жидкой полостью установлена перфорированная перегородка.

Однако эти демпферы имеют недостатки: упругие элементы обладают низкой стойкостью при работе в агрессивных жидкостях, а также в жидкостях с температурой выше +50^oC и ниже -50^oС.

Указанные недостатки обусловлены принятой конструкцией изделия и в первую очередь тем, что упругие элементы выполнены из эластомерных материалов (резины).

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому устройству является стабилизатор давления с упругими сильфонами [2] Стабилизатор низкочастотных колебаний давления содержит корпус, внутри которого размещена центральная перфорированная труба. На верхней стенке корпуса установлены упругие сильфоны, на которых закреплен груз, к грузу прикреплены Г-образные плоские пружины. В исходном положении жидкость заполняет корпус, перфорированную трубу и сильфнов. Возникшие в гидравлической системе пульсации давления происходят через перфорированную трубу в корпус и сильфоны, вызывая колебания груза, которые демпфируются с помощью упругой подвески, включающей Г-образные плоские пружины.

Недостатками прототипа являются высокая инерционность, невысокий уровень диссипации энергии особенно при быстрых изменениях давления и сложность конструкции устройства.

Указанные недостатки обусловлены используемым чисто механическим способом масс и, следовательно, высокой инерционностью устройства; а также там обстоятельством, что отсутствует механизм гашения высокочастотных колебаний.

Основной задачей изобретения является повышение эффективности демпфирования пульсации давления и упрощение конструкции устройства.

Для чего в демпфере пульсации давления, содержащем корпус, внутри которого размещены упругие сильфоны и центральная труба с перфорацией; внутри сильфонов помещено капиллярно-пористое тело (КПТ), сильфоны выполнены герметичными, заполнены рабочей жидкостью, несмачивающей КПТ, и размещены на внутренней поверхности корпуса. КПТ выполнено в виде коллоида дискретных капиллярно-пористых частиц в рабочей жидкости. КПТ составлено из отдельных групп, отличающихся средними размерами пор, причем средние размеры пор связаны с соответствующими режимами работы устройства соотношением:

где
σ_o постоянный коэффициент (гипотетическое значение поверхностного натяжения рабочей жидкости при T=0);
P_i, T_i давление и температура его режима работы.

<cosQ>i средний корпус угла смачивания при "заполнении-опорожнении" рабочей жидкостью КПТ;
T_кр критическая температура рабочей жидкости;
n постоянный коэффициент, зависящий от природы рабочей жидкости, 0,89 ≅ n ≅ 1,21.

Сопоставительный анализ с прототипом показывает, что заявляемое устройство отличается наличием новой конструкции сильфонного демпфирующего элемента, позволяющего использовать несколько механизмов гашения пульсаций давления (наряду с известным механическим-лиофобно-капиллярный, звукокапиллярный эффекты и механизма акустической кавитации).

Таким образом, заявляемое техническое решение является новым и имеет изобретательский уровень. Техническая реализуемость предложения не вызывает сомнений, так как используются новые, но достаточно отработанные технологии.

Техническим результатом данного изобретения является:
большая эффективность демпфирования пульсации давления, особенно высокочастотных;
более низкая инерционность;
многорежимность;
простота и низкая металлоемкость устройства.

На фиг. 1 изображен общий вид; на фиг. 2 -поперечный разрез демпфера пульсации давления.

Демпфер пульсации давления содержит корпус 1, внутри которого размещена центральная труба 2 с перфорацией 3. На внутренней стенке корпуса 1 установлены герметические сильфоны 4, внутрь которых помещено капиллярно-пористое тело (КПТ) 5 и несмачивающая КПТ 5 рабочая жидкость 6. КПТ 5 выполнено в виде коллоида дискретных капиллярно-пористых частиц КПТ 5 в рабочей жидкости 6. КПТ 5 составлено из отдельных групп, отличающихся размерами пор, причем средние размеры пор отдельных групп связаны с соответствующими режимами работы устройства.

Устройство работает следующим образом.

В исходном состоянии жидкость, перекачиваемая по трубопроводу через перфорации 3 центральной трубы 2 заполняет корпус 1 и давление жидкости воздействует на сильфоны 4, часть рабочей жидкости 6 заполняет ряд пор КПТ 5 (наиболее крупные в соответствии с уравнением Лапласа) и сильфон 4 несколько сжимается. При увеличении давления жидкости происходит через перфорации 3 центральной трубы 2 нагружение сильфонов 4, несмачиваемая рабочая жидкость 6 поступает в поры КПТ 5 (в которых давление Лапласа ниже давления в жидкости), и сильфон сжимается и снижает скачек давления. При снижении давления в перекачиваемой жидкости происходит опорожнение ряда пор КПТ 5 несмачиваемой жидкостью 6, сильфон 4 удлиняется и повышает давление жидкости в корпусе 1, которое через перфорации 3 центральной трубы 2 передается жидкости в трубопроводе. Таким образом, в случае появления колебаний давления переменная составляющая давление происходит через перфорации 3 центральной трубы 2, возбуждая колебания несмачиваемой рабочей жидкости 6 в КПТ 5 и сильфонов 4, вызывая интенсивное рассеивание энергии колебания давления.

При работе устройства в нескольких режимах, например в трубопроводе энергоустановки, при колебаниях давления происходит "заполнение-опорожнение" несмачиваемой жидкостью 6 соответствующих данному рабочему режиму групп пор КПТ 5.

При гидравлическом ударе в трубопроводе возникает ультразвуковая волна, энергия которой достигая демпфера, частично диссипируется сильфонами 4:
путем аномально глубокого проникновения несмачиваемой рабочей жидкости 6 в поры КПТ 5 под действием ультразвука (т.н. звукокапиллярный эффект);
в результате образования в рабочей жидкости 6 с дискретными частицами КПТ 5 пульсирующих пузырьков при прохождении волны большой интенсивности.

Описанное техническое решение является промышленно применимым и может найти использование в трубопроводных системах энергетических теплофикационных, химических установок и в магистральных трубопроводах нефти и нефтепродуктов.

Использование: в области машиностроения для гашения колебаний давления, возникающих в трубопроводах нефтехимической промышленности, теплоснабжения и энергетики. Сущность изобретения: в демпфере пульсации давления внутри сильфонов помещено капиллярно-пористое тело (КПТ), сильфоны выполнены герметичными, заполнены рабочей жидкостью, несмачивающей КПТ, и размещены на внутренней поверхности корпуса, КПТ выполнено в виде коллоида дискретных капиллярно-пористых частиц в рабочей жидкости. КПТ составлено из отдельных групп, отличающихся средними размерами пор, причем средние размеры групп связаны с соответствующими режимами работы устройства соотношением, приведенном в описании. 2 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Демпфер пульсаций давления, содержащий корпус, внутри которого размещены упругие сильфоны и центральная труба с перфорацией, отличающийся тем, что внутри сильфонов помещено капиллярно-пористое тело (КПТ), сильфоны выполнены герметичными, заполнены рабочей жидкостью, несмачивающей КПТ, и размещены на внутренней поверхности корпуса. 2. Демпфер по п.1, отличающийся тем, что КПТ выполнено в виде коллоида дискретных капиллярно-пористых частиц в рабочей жидкости. 3. Демпфер по п. 1, отличающийся тем, что КПТ составлено из отдельных групп, отличающихся средними размерами пор, причем средние размеры групп связаны с соответствующими режимами работы устройства соотношением

где σ_o - постоянный коэффициент (гипотетическое значение поверхностного натяжения рабочей жидкости при T 0);
P_i, T_i давление и температура i-го режима работы;
< cosQ > i средний косинус угла смачивания при "заполнении-опорожнении" рабочей жидкостью i-й группы КПТ;
T_к р критическая температура рабочей жидкости;
n постоянный коэффициент, зависящий от природы рабочей жидкости, 0,89 ≅ n ≅ 1,21.