ГАСИТЕЛЬ ПУЛЬСАЦИЙ Российский патент 2006 года по МПК F16L55/04 

Изобретение относится к устройствам для гашения пульсаций или вибраций в жидкостях или газах.

Гасители пульсаций давления предназначены для снижения амплитуды колебательного процесса в трубопроводной системе и, как следствие, вибраций этой системы. В качестве гасителя пульсаций используются гидравлические емкости, местные гидравлические сопротивления (диафрагмы), устанавливаемые на пути пульсирующего потока (Советский энциклопедический словарь, издательство «Советская энциклопедия», издание четвертое, Москва, 1990, с.279).

Известен динамический гаситель колебаний, содержащий цилиндрический герметичный корпус, внутри которого размещен поршень с возможностью перемещения по оси и торцевые камеры - пневмопружины между торцами поршня и корпусом, сообщающиеся между собой через дроссельный канал, а поршень поджат с торцов винтовыми цилиндрическими пружинами. При этом обращенные к поршню концы винтовых цилиндрических пружин размещены в кольцевых цилиндрических выточках в поршне, а дроссельный канал выполнен в виде винтовой спиральной канавки на цилиндрической наружной поверхности поршня (заявка №2001124086/28 от 29.08.2001 г., МПК F 16 F 9/02, опубликована 10.07.2003 г.).

Недостатком этого гасителя являются большие потери энергии, необходимой для преодоления гидравлического сопротивления, вызванные винтовой спиральной канавкой на цилиндрической наружной поверхности поршня, а также наличием винтовых цилиндрических пружин. В конечном итоге, это приводит к значительным задержкам в реакции на действующие возмущения.

Данный недостаток устранен в устройствах, в которых в качестве разделительного элемента используются мембраны. В них отсутствуют гидравлические утечки и сопротивления, связанные с протеканием через каналы с малой площадью проходного сечения.

К таким гидравлическим устройствам относятся гасители пульсаций, в которых в качестве разделительного элемента используются мембраны. Например, гаситель пульсаций давления по патенту РФ №2029906 от 27.02.1995 г., МПК F 16 L 55/04. Он содержит установленные в корпусе перфорированную трубу и охватывающую ее трубчатую эластичную мембрану, образующую с корпусом газовую полость, а также клапанное устройство для сообщения газовой полости с источником сжатого газа и атмосферой. В нем клапанное устройство выполнено в виде раздельно установленных в корпусе впускного и выпускного клапанов с толкателями, причем последние размещены в газовой полости с возможностью их взаимодействия с мембраной, при этом впускной клапан постоянно сообщен с источником сжатого газа.

Гаситель пульсаций давления работает следующим образом.

При росте давления рабочей среды в системе мембрана начинает отходить от перфорированной трубы и поднимает сборный стакан, освобождая тягу вместе с клапаном, который пружиной поджимается к посадочному месту. При дальнейшем росте давления рабочей среды в системе мембрана, дойдя до толкателя, начинает поднимать его. Он в свою очередь приводит в движение клапан через промежуточный толкатель. Газ от источника сжатого газа через зазоры поступает в газовую полость гасителя. Заполнение идет до тех пор, пока мембрана не вернется в заданное положение.

При понижении давления рабочей среды в системе избыточное давление газа в газовой полости начинает перемещать мембрану в сторону перфорированной трубы и, как только мембрана проходит заданное положение, сборный стакан, поджимаемый к мембране пружиной через тягу, отжимает клапан от посадочного места и газ из газовой полости стравливается в атмосферу. Стравливание идет до тех пор, пока мембрана опять не займет заданного положения.

Недостатком конструкции данного гасителя пульсаций является сложность конструкции, связанная с наличием двух сложных клапанов, необходимость разъединения магистральных трубопроводов для установки или демонтажа гасителя пульсаций давления и неравномерность силового нагружения мембраны в случае повышения давления рабочей среды в системе, что приводит к преждевременному выходу ее из строя, а следовательно, и всего устройства.

Задачей изобретения является упрощение конструкции и эксплуатации гасителя пульсаций, выполненного с разделительной мембраной, а также повышение долговечности его работы.

Технический результат, который может быть получен при использовании изобретения, заключается в сглаживании пульсаций, забросов давления жидкости в трубопроводе и гидроударов, которые возможны в процессе ее перекачивания.

Поставленная задача решается тем, что гаситель пульсаций содержит установленные в корпусе входное устройство, эластичную мембрану с образованием подмембранной и надмембранной полостей и клапанное устройство. В свою очередь клапанное устройство выполнено в виде двух клапанов, один из которых установлен в нижней части корпуса и через него подмембранная полость соединена с магистралью, а надмембранная полость через другой клапан, установленный в верхней части корпуса, соединена с газовой камерой, причем оба клапана состоят из подпружиненного штока с тарелью.

На фиг.1 представлена принципиальная схема гасителя пульсаций, на фиг.2 - его внешний вид, на фиг.3-6 - принцип его работы, на фиг.7 и 8 - графики изменения давления жидкости в трубопроводе.

Гаситель пульсаций состоит из разъемного корпуса 1, между частями которого установлена эластичная мембрана 2, разделяющая внутреннее пространство на две полости: надмембранную (газовую) полость 3 и подмембранную (жидкостную) полость 4 (фиг.1). При этом полость 3 гасителя пульсаций заполнена воздухом (газом), а полость 4 - жидкостью. Полость 3 соединяется с газовой камерой 5 через клапан 6. Внешний вид гасителя пульсаций представлен на фиг.2.

Гаситель пульсаций настраивается на работу с заданным давлением настроечным элементом 7, установленным на газовой камере 5 (фиг.1). Полость 4 соединена с магистралью через клапан 8. Устройство клапанов 6 и 8 одинаковое и включает подпружиненный шток с профилированной тарелью 9. Формы тарелей 9 как клапана 6, так и клапана 8 спрофилированы таким образом, чтобы мембрана 2 в крайних положениях полностью размещалась на внутренней поверхности корпуса 1 со стороны полостей 3 и 4. Такое выполнение тарелей 9 (плавный переход внутренней поверхности корпуса на поверхность тарелей клапанов 6 и 8) и такое расположение мембраны 2 в крайних положениях позволяет целиком разгрузить ее от силового воздействия. В свою очередь это повышает ее долговечность.

В исходном состоянии с помощью настроечного элемента 7 газовая камера 5 предварительно настраивается на работу с заданным давлением в трубопроводе 10. При этом под действием силы, создаваемой давлением в газовой камере 5 на тарель 9 верхнего клапана 6, он открывается и полость 3 гасителя пульсаций соединяется с газовой камерой 5.

Под действием силы, создаваемой давлением газовой камеры 5 на мембрану 2, она перемещается вниз и плотно прижимается к тарели 9 нижнего клапана 8 и корпусу устройства (фиг.3).

Гаситель пульсаций работает следующим образом.

При подаче жидкости в трубопровод под действием силы, создаваемой давлением в трубопроводе 10 на тарель 9 клапана 8, он открывается и полость 4 гасителя пульсаций соединяется с трубопроводом. Под действием силы, создаваемой давлением в трубопроводе на мембрану 2, она перемещается вверх (фиг.5). Жесткость мембраны 2 рассчитывается таким образом, чтобы мембрана 2 в рабочем состоянии находилась в нейтральном положении по следующей зависимости С_м=F_м (р_трmax-р_гк)/Н_max,

где С_м - жесткость мембраны 2;

F_м - площадь мембраны 2;

Р_тр.max - максимальное давление в трубопроводе;

р_гк - давление в газовой камере 5;

Н_max - максимальное расстояние, на которое перемещается мембрана 2.

Предположим, что под действием различных возмущающих факторов давление жидкости в трубопроводе увеличилось и передалось в полость 4 гасителя пульсаций (фиг.5). За счет силы, возникшей из-за разности давлений на мембране F_м(р_тр-р_гк), она начнет перемещаться вверх до тех пор, пока силы, воздействующие на нее, не уравновесятся С_мН=F_м(р_тр-р_гк). При этом часть жидкости из трубопровода поступит в полость 4 гасителя пульсаций. Тем самым сглаживается влияние этого увеличения давления жидкости в трубопроводе.

При значительном увеличении давления жидкости в трубопроводе мембрана 2, преодолевая жесткость пружины верхнего клапана 9, полностью прижимается к внутренней поверхности корпуса со стороны полости 3 (фиг.4). При этом полость 4 полностью заполняется жидкостью. Установка гасителя пульсаций в данном случае позволяет не рассчитывать стенки трубопроводов на забросы давления, что не потребует увеличения толщины стенок трубопровода.

При уменьшении давления жидкости в трубопроводе все происходит в противоположной последовательности. При этом мембрана 2 будет перемещаться вниз, вытесняя жидкость из полости 4 гасителя пульсаций в трубопровод. Тем самым сглаживается уменьшение входного давления жидкости. При значительном уменьшении давления жидкости в трубопроводе мембрана 2 прижимается к внутренней поверхности корпуса со стороны полости 4 и занимает положение, аналогичное фиг.3. При этом полость 3 полностью заполняется воздухом (газом). Установка гасителя пульсаций в данном случае позволяет поддержать заданное значение давления в трубопроводе и избежать таких явлений, как, например, «чихание» двигателя.

В случае низкочастотных колебаний давления жидкости в трубопроводе гаситель пульсаций сглаживает их за счет перетекания (выдавливания или всасывания) части жидкости в полость 4 (фиг.6).

На фиг.7 и 8 представлены графики изменения давления жидкости в трубопроводе без установки гасителя пульсаций (фиг.7) и с его установкой (фиг.8) в случае скачкообразного изменения входного давления. При этом импульсы давлений, определяемые площадями S₁ и S₂ (S_i=р_трτ), равны между собой. Из анализа графиков, представленных на фиг.8, следует, что в случае установки гасителя пульсаций амплитуда скачкообразного изменения входного давления значительно гасится. Это положительно сказывается на прочностные свойства трубопроводов и на качественную работу пневмогидроаппаратуры.

Предлагаемый гаситель пульсаций может быть использован как для жидкостных, так для воздушных и газовых сред.

Использование клапанов с тарелью позволяет повысить долговечность предлагаемого устройства.

Гаситель пульсаций давления может быть без технических затруднений установлен в любую магистраль, где имеется какой-либо отвод или легко демонтирован.

При этом не требуется перекрывать основную магистраль.

Гаситель предназначен для гашения пульсаций или вибраций в жидкостях или газах. Гаситель содержит разъемный корпус с установленной в нем эластичной мембраной с образованием подмембранной и надмембранной полостей и клапанное устройство, при этом клапанное устройство выполнено в виде двух клапанов, один из которых установлен в нижней части корпуса и через него подмембранная полость соединена с магистралью, а надмембранная полость через другой клапан, установленный в верхней части корпуса, соединена с газовой камерой, причем оба клапана состоят из подпружиненного штока с тарелью. Технический результат - повышение надежности и долговечности. 8 ил.

Гаситель пульсаций, содержащий разъемный корпус с установленной в нем эластичной мембраной с образованием подмембранной и надмембранной полостей и клапанное устройство, отличающийся тем, что клапанное устройство выполнено в виде двух клапанов, один из которых установлен в нижней части корпуса и через него подмембранная полость соединена с магистралью, а надмембранная полость через другой клапан, установленный в верхней части корпуса, соединена с газовой камерой, причем оба клапана состоят из подпружиненного штока с тарелью.