ГАСИТЕЛЬ КОЛЕБАНИЙ ЖИДКОСТИ ДЛЯ НАСОСОВ И ГИДРОСИСТЕМ Российский патент 1997 года по МПК F16L55/04 

Изобретение относится к вспомогательным устройствам для трубопроводных гидросистем, предназначено для подавления колебаний рабочей среды за насосами и может быть применено в отраслях машиностроения, использующих гидропривод и гидравлическое оборудование, в частности в изделиях авиационного, тракторного, дорожного и сельскохозяйственного машиностроения.

Известен гаситель колебаний давления для гидравлических магистралей, содержащий корпус с центральной трубкой, внутренний канал которой сообщается по концам трубки с полостью в корпусе через гидравлические сопротивления, выполненные в виде пористых стенок [1]
Недостатком известного гасителя является ограниченная эффективность, обусловленная соответствующим соотношением размеров объема полости гасителя, каналов центральной трубки и величины гидравлических сопротивлений, приводящим к появлению значительного нижнего предела амплитуд гасимых колебаний давления, которые определяются амплитудой колебаний в режиме бегущей волны.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому устройству является гаситель колебаний жидкости для насоса [2] состоящий из корпуса с патрубком для подсоединения к насосу. Внутри гасителя установлена центральная трубка, наружная поверхность которой образует в патрубке кольцевой канал, соединяющий выход насоса с полостью гасителя, которая в свою очередь соединена через дроссель с выходной магистралью.

Недостатком гасителя является недостаточно высокая эффективность, обусловленная реактивным характером входного сопротивления, определяемого в основном реактивными характеристиками каналов в центральной трубке, в патрубке и в емкости гасителя. Это приводит к резонансным режимам колебаний в магистралях насосов до места установки гасителя и снижает эффективность гасителя колебаний во всей системе, и может привести к поломкам автоматики насосов.

Кроме того, недостатком известного устройства является относительно узкий диапазон гасимых им колебаний рабочей жидкости, обусловленный относительно узким частотным диапазоном, в котором гаситель имеет входное сопротивление меньше волнового сопротивления магистрального трубопровода, подключенного за гасителем. Расширение этого частотного диапазона можно осуществить только за счет увеличения объема полости гасителя, что приводит к увеличению габаритов устройства.

Задачей изобретения является повышение эффективности гасителя и расширение частотного диапазона гасимых им колебаний.

Данная задача решается за счет того, что в патрубке корпуса гасителя, содержащего также крышку с выходным штуцером, дросселирующий элемент и центральную трубку, закрепленную одним концом в патрубке, а вторым в крышке, где также установлен дросселирующий элемент, сообщающий канал выходного штуцера с полостью гасителя, образованной наружной поверхностью центральной трубки и внутренней поверхностью корпуса, между полостью в корпусе и входом гасителя выполнено несколько каналов, часть из которых заполнена вставками из пористого материала, сопротивление каждой из которых определяется соотношением:
,
где ρ; a плотность рабочей среды и скорость звука в ней;
L; S длина и площадь поперечного сечения сквозных каналов, соединяющих вход гасителя с полостью;
V объем полости гасителя;
N; n общее число и число заполненных пористыми вставками каналов, выполненных в патрубке гасителя и соединяющих вход гасителя с полостью.

Предлагаемое техническое решение обладает существенными отличиями, так как авторам не известны устройства, содержащие признаки, фиксируемые в предлагаемом изобретении в качестве отличительных.

Существенными отличиями являются повышение эффективности гасителя и расширение частотного диапазона гасимых колебаний за счет введения между полостью гасителя и входом в гаситель элементов из пористого материала, приводящих к появлению активной составляющей во входном импедансе гасителя, дополнительному рассеиванию колебательной энергии и расширению частотного диапазона минимальности входного сопротивления.

Заявляемое устройство поясняет фиг.1 и 2.

Гаситель содержит корпус 1 с патрубком 2 и фланцем 3 для подсоединения к насосу. К корпусу 1 винтами 4 крепится крышка 5, выполненная заодно со штуцером 6, предназначенным для подсоединения трубопроводной системы. В крышке 5 размещена резьбовая втулка 7 с отверстиями 8 для прохода рабочей жидкости к дросселирующему элементу 9, выполненному, например, в виде кольца из пористого материала.

Центральная трубка 10 размещается между резьбовой втулкой 7 и патрубком 2. Через каналы 11 в патрубке 2 полость 12 гасителя сообщается с входом гасителя. Часть каналов 11 заполнена пористыми вставками 13. На фланце 3 патрубка 2 выполнена канавка 14 под уплотнительное кольцо. Для герметичности между корпусом 1 и крышкой 5 размещено уплотнительное кольцо 15.

Гаситель работает следующим образом. Пульсирующий поток из насоса, к которому фланцем 3 крепится гаситель, распространяется по центральной трубке 10 в систему за гасителем и по каналам 11 в полость 12 гасителя. Центральная трубка 10 выполнена с уменьшенной, по сравнению с магистральным трубопроводом, площадью проходного сечения, определяемой допустимыми потерями статического давления на максимальном расходе. Имея длину, значительно превышающую диаметр, центральная трубка 10 оказывает большое инерционное сопротивление переменной (колебательной) составляющей потока рабочей жидкости. При колебаниях рабочей жидкости незаполненные каналы 11 реализуют реактивное сопротивление инерционного характера, а каналы, заполненные вставками 13 из пористого материала, реализуют сопротивление активного характера, обусловленное диссипативными свойствами пористого материала. Каналы 11 совместно с полостью 12, обладающей емкостными свойствами, образуют шунтированный резонансный контур, динамическое сопротивление которого меньше, чем динамическое сопротивление центральной трубки 10. Поэтому часть переменной составляющей потока ответвляется в полость 12 гасителя. За счет колебательных перепадов давления, образующих между полостью 12 и выходом центральной трубки 10, а также по концам каналов 11, происходит рассеивание колебательной энергии на дросселирующих элементах 9 и 13.

Входное акустическое сопротивление гасителя для переменной составляющей потока рабочей жидкости, в отличие от прототипа, определяется только реактивными свойствами центральной трубки 10, полости гасителя 12 и незаполненных каналов 11 в патрубке 2, но и диссипативными свойствами вставок 13 из пористого материала, размещенных в части каналов 11.

Выбор сопротивления в каждой из вставок 13 в соответствии с предложенным соотношением (1) позволяет управлять входным сопротивлением, т.е. изменять характер входного сопротивления при сохранении согласованности выходного сопротивления гасителя с волновым сопротивлением подсоединяемого трубопровода и, тем самым, сохранении наилучших условий по гашению колебаний в системе за гасителем.

По отношению к прототипу, предлагаемое устройство обладает более высокой эффективностью действия по подавлению колебаний давления и более широким частотным диапазоном работы за счет активной составляющей входного импеданса гасителя, устраняющего условие реализации резонансных явлений в каналах насоса от распределительного устройства до гасителя, и дополнительного рассеивания колебательной энергии на пористых вставках, реализуемого при периодическом течении жидкости через эти вставки.

Использование: для трубопроводных гидросистем. Сущность изобретения: в гасителе колебаний, содержащем корпус с выходным патрубком, крышку с выходным штуцером, дросселирующий элемент и центральную трубку, закрепленную одним концом в патрубке, а вторым - в крышке, в которой установлен дросселирующий элемент, сообщающий канал выходного штуцера с полостью гасителя, образованной наружной поверхностью центральной трубки и внутренней поверхностью корпуса, в патрубке гасителя между полостью в корпусе и входом гасителя выполнены каналы, часть которых заполнена вставками из пористого материала. 2 ил.

Гаситель колебаний жидкости для насосов и гидросистем, содержащий корпус с выходным патрубком, крышку с выходным штуцером, дросселирующий элемент и центральную трубку, закрепленную одним своим концом в патрубке, а вторым в крышке, в которой установлен дросселирующий элемент, сообщающий канал выходного штуцера с полостью гасителя, образованной наружной поверхностью центральной трубки и внутренней поверхностью корпуса, отличающийся тем, что в патрубке гасителя между полостью в корпусе и входом гасителя выполнены каналы, часть из которых заполнена вставками из пористого материала, сопротивление каждой из которых определяется соотношением

где ρ - плотность рабочей среды;
a скорость звука рабочей среды;
L, S соответственно длина и площадь поперечного сечения сквозных каналов, соединяющих вход гасителя с полостью;
V объем полости гасителя;
N, n соответственно общее число и число заполненных пористыми вставками каналов, выполненных в патрубке гасителя и соединяющих вход гасителя с полостью.