ДИСК ИНТЕРФЕРЕНЦИОННЫЙ КОМПЕНСИРУЮЩИЙ Российский патент 2021 года по МПК F16L55/04 

Предлагаемое изобретение относится к устройствам для снижения пульсаций жидкостей и газов в напорных трубопроводах больших сечений.

Известно, что внутреннее давление рабочей среды в напорном трубопроводе является одним из основных силовых воздействий, определяющих его напряженное состояние. Здесь опасным представляется то, что поток транспортируемого продукта несет в себе пульсацию этого давления, вызванную особенностью конструкции насосов и компрессорных станций. Поэтому трубопроводы гидравлических и газовых систем, находясь постоянно под силовым циклическим воздействием, могут быть подвержены усталостному разрушению материала как самого трубопровода, так и конструкций управляющих агрегатов. Такие воздействия, как правило, становятся причиной нарушения герметичности трубопроводов, отказов агрегатов, аварийного разрушения и потери работоспособности системы в целом.

Для устранения опасного уровня пульсации потока продукта в трубопроводах и снижения их вибрации в гидропневмосистемах используются специальные гасители пульсации.

Наиболее перспективными из гасителей, отвечающими современным требованиям таких отраслей промышленности, как авиационная, машиностроение, химическая, нефтяная, являются интерференционные (акустические) гасители пульсаций. В этих гасителях применяется метод снижения пульсаций посредством отрицательной интерференции волн наложенных колебаний. Приоритетом таких устройств является отсутствие в конструкции движущихся частей, что обеспечивает их надежную работу в условиях жесткой эксплуатации при высоких давлениях и температуре.

Главной особенностью гасителей пульсации, близких к заявленному изобретению, является использование в них метода прямой отрицательной интерференции для снижения колебаний давления рабочей среды (патент RU № 626304, и заявки на патенты US 20030155026, 20030155027).

Основным элементом конструкции данных гасителей является жесткий интерференционный диск, имеющий два канала, где первый канал, основной (центральный), имеет минимальную длину. Сечение этого канала равно сечению диаметра напорного трубопровода. Второй, обводной канал выполнен в виде спирали, вокруг центрального канала по плоским сторонам диска. Обводной канал имеет длину, равную длине полуволны основной частоты подавляемой пульсации потока в напорном трубопроводе.

При малых сечениях основного канала диска обводной канал, как правило, имеет сечение, равное диаметру центрального канала. При больших диаметрах напорного трубопровода, с целью создания малогабаритных, компактных гасителей, сечение обводного канала диска существенно уменьшается. При этом конструктивные особенности создаваемых новых интерференционных дисков позволяют не снижать в гасителях пульсации их высокую эффективность работы.

К тому же к конструкции интерференционных дисков сегодня предъявляются особые требования, связанные с появлением новых конструкций насосов. Современные высокопроизводительные насосы могут иметь несколько ступеней в линиях нагнетания, а также работать на различных оборотах двигателя. Вследствие чего на выходе из таких насосов пульсация рабочей среды может нести в себе одновременно несколько активных частот. Поэтому конструкция интерференционного диска должна обеспечивать возможность подавления гасителями таких сложных пульсаций.

Наиболее близким прототипом к диску гасителя предлагаемого изобретения является интерференционный диск, приведенный в заявке на изобретение № 2016121321 с приоритетом от 30 мая 2016; Роспатент. Здесь, на обеих сторонах диска, обводные каналы различной длины, сформированные в секторах, разделяют течение рабочей среды основного канала на несколько потоков. Перед входом в центральный канал потоки обводных каналов, равномерно распределенные по его диаметру, вновь соединяются с рабочей средой, где и происходит подавление пульсации этой среды.

Гасители с такими дисками позволяют подавлять пульсацию потока рабочей среды в трубопроводах больших диаметров и одновременно на нескольких частотах.

Однако недостатками приведенных дисков являются сложность их конструкций и потеря энергии рабочей среды в обводных каналах на их многочисленных изгибах.

Задача (технический результат) предлагаемого изобретения заключается в создании интерференционного диска, свободного от вышеуказанных недостатков.

Поставленная задача решается тем, что интерференционный диск включает основной канал в центральной части, выполненный в виде отверстия с сечением, соответствующим сечению напорного трубопровода, отходящий от входной торцевой стороны диска обводной канал, сечение которого меньше сечения основного канала, основной и обводной каналы имеют входную и выходную части. Согласно предлагаемому изобретению сквозной канал соединяет входную и выходную торцевые стороны в интерференционном диске, обводной канал выполнен таким образом, чтобы он закручивался вокруг основного канала и по сквозному каналу переходил из входной торцевой стороны интерференционного диска на противоположную выходную сторону, на внутренней входной торцевой стороне за входной частью обводного канала выполнен, по меньшей мере, один криволинейный выступ, плавно уменьшающийся по внутренней стенке основного канала в направлении выходной торцевой стороны диска.

На внутренней входной торцевой стороне за входной частью обводного канала могут быть выполнены несколько криволинейных выступов с различной кривизной, плавно уменьшающихся по внутренней стенке основного канала в направлении выходной торцевой стороны диска.

Выходная часть обводного канала может быть выполнена в виде, по меньшей мере, двух выходных отверстий.

Сечение каждого последующего выходного отверстия может быть выполнено больше сечения предыдущего выходного отверстия.

Обводной канал при переходе на выходную торцевую сторону диска может разветвляться, по меньшей мере, на два канала одинакового или разного сечения и длины.

Криволинейный выступ в обводном канале обеспечивает подавление пульсации потока среды на низких частотах. А выполнение в обводном канале нескольких выступов с различной кривизной обеспечивает возможность подавления пульсаций потока среды в более широком диапазоне частот.

Выполнение одного обводного канала позволяет увеличить его объем для гашения пульсации потока воздуха на средних и высоких частотах.

Таким образом, предлагаемая конструкция интерференционного диска позволяет повысить эффективность его работы и расширить спектр подавляемых частот. При этом сама конструкция диска упрощается.

Предлагаемое изобретение поясняется чертежами, где на фиг. 1 и 2 представлен заявляемый интерференционный диск с двумя криволинейными выступами и несколькими выходными отверстиями в обводном канале. На фиг. 3 и 4 показано аксонометрическое изображение диска на фиг. 1 и 2.

На фиг. 5 и 6 представлен интерференционный диск, в котором обводной канал при переходе на выходную торцевую сторону диска разветвляется на два канала.

На фиг. 7 и 8 показано аксонометрическое изображение диска на фиг. 5 и 6.

Предлагаемый интерференционный диск (фиг. 1, 2) включает основной канал 1 в центральной части. Сечение основного канала 1 соответствует сечению напорного трубопровода, в который врезается гаситель пульсации с данным диском. Обводной канал 2 закручивается вокруг основного канала 1 и по сквозному каналу 3 из входной стороны диска A переходит на его противоположную выходную сторону B. На внутренней входной торцевой стороне за входной частью 4 обводного канала 2 выполнены криволинейные выступы 5 и 6, плавно уменьшающиеся по внутренней стенке основного канала в направлении выходной торцевой стороны диска. На фиг. 1 видно, что выступы 5,6 имеют различную кривизну. На торцевой стороне B диска обводной канал 2 заканчивается непрерывным кольцом вокруг основного канала 1. На этом кольце расположены выходные отверстия 7, 8, 9, 10, равномерно распределенные по диаметру основного канала. Причем из этих отверстий каждое последующее отверстие имеет более увеличенное сечение по отношению к предыдущему.

Такая расстановка отверстий 7, 8, 9, 10 и последовательно нарастающие их сечения позволяют подавлять смежные частоты относительно основной подавляемой частоты и равномерно распределить энергию потока обводного канала 2 по этим отверстиям.

Данная конструкция интерференционного диска обеспечивает аэродинамическую компенсацию и широкополосную настройку.

На фиг. 5, 6 представлен заявляемый интерференционный диск, в котором обводной канал 2 на стороне А при переходе на торцевую сторону B разветвляется на две ветви 11, 12. Эти ветви заканчиваются выходными отверстиями 7, 8, 9, 10, равномерно распределенными по диаметру основного канала 1. Длины каждой из ветвей 11, 12 равны между собой. Поэтому в рассматриваемом диске предусмотрена точная настройка гасителя на подавление одной частоты.

Однако, если длины ветвей 11, 12 изменить относительно друг друга (на фиг. не показано), то через такой диск гаситель можно настроить на подавление нескольких частот. Например, уменьшая длину ветви 11, можно настроить гаситель на подавление более высокой частоты спектра. В то же время с увеличением длины ветви 12 гаситель сможет подавить пульсацию давления в напорном трубопроводе на более низкой частоте.

Таким образом, конструкция диска на фиг. 3, предполагающая точную настройку гасителя пульсации на одну частоту, также дает возможность настраивать гаситель на снижение нескольких частот в более широком диапазоне спектра частот.

Данная конструкция интерференционного диска обеспечивает высокообъемную компенсацию и настройку на различные частоты.

Предлагаемый интерференционный диск работает следующим образом.

Фиг. 1 - 4.

Поток рабочей среды через входную часть 4 поступает в обводной канал 2, проходя вдоль выступов 5, 6, поток рабочей среды ускоряет свое течение. При этом согласно аэродинамическим законам обтекания криволинейных поверхностей, давление рабочей среды понижается, и в районе выступов 5, 6 создается разреженное пространство, куда через входную часть 4 обводного канала 2 активно устремляется пульсирующий поток среды в объеме, превышающем его обычное наполнение.

Теперь уже увеличенный объем рабочего потока через один обводной канал 2 с минимальной потерей энергии проходит к выходным отверстиям 7-10. Далее через эти отверстия поток среды обводного канала 2 накладывается на поток рабочей среды основного канала 1 и вследствие прямой отрицательной интерференции пульсация этой среды эффективно подавляется. В гасителе пульсации поток среды, освобожденный от опасных колебаний, проходит в напорный трубопровод.

Таким образом, один обводной канал предлагаемого диска вследствие аэродинамической компенсации и его непрерывной закольцовки вокруг центрального канала обеспечивает эффективное подавление пульсаций потока рабочей среды. При этом мощность подавляющего потока за счет дополнительного сохранения энергии возрастает.

Фиг. 7 - 8.

Поток рабочей среды через входную часть 4 поступает в обводной канал 2, проходя вдоль выступа 5, поток рабочей среды ускоряет свое течение. При этом согласно аэродинамическим законам обтекания криволинейных поверхностей, давление рабочей среды понижается, и в районе выступа 5 создается разреженное пространство, куда через входную часть 4 обводного канала 2 активно устремляется пульсирующий поток среды в объеме, превышающем его обычное наполнение. При переходе на торцевую сторону В рабочий поток разделяется на две части и далее проходит по ветвям 11 и 12 обводного канала 2 к выходным отверстиям 7-10. Далее через эти отверстия поток среды обводного канала 2 накладывается на поток рабочей среды основного канала 1, и вследствие прямой отрицательной интерференции пульсация этой среды эффективно подавляется. В гасителе пульсации поток среды, освобожденный от опасных колебаний, проходит в напорный трубопровод. Спектр подавляемых частот пульсации рабочего потока определяется выбором длин ветвей 11 и 12.

Прилагаемые пояснительные фигуры подтверждают промышленную применимость заявляемого устройства.

Таким образом, предлагаемое техническое решение, при упрощении конструкции интерференционного диска, одновременно позволяет увеличить эффективность работы гасителя пульсации.

Предлагаемое изобретение относится к устройствам для снижения пульсаций жидкостей и газов в напорных трубопроводах больших сечений. Интерференционный диск включает основной канал 1 в центральной части, выполненный в виде отверстия с сечением, соответствующим сечению напорного трубопровода, отходящий от входной торцевой стороны диска обводной канал 2, сечение которого меньше сечения основного канала, основной 1 и обводной 2 каналы имеют входную и выходную части. Согласно предлагаемому изобретению обводной канал 2 выполнен таким образом, чтобы он закручивался вокруг основного канала 1 и переходил из входной торцевой стороны (сторона А) интерференционного диска на противоположную выходную сторону (сторона В) по сквозному каналу 3. На внутренней входной торцевой стороне за входной частью обводного канала выполнен, по меньшей мере, один криволинейный выступ 5, 6, плавно уменьшающийся по внутренней стенке основного канала 1 в направлении выходной торцевой стороны диска. 4 з.п. ф-лы, 8 ил.

1. Интерференционный диск, включающий основной канал в центральной части, выполненный в виде отверстия с сечением, соответствующим сечению напорного трубопровода, отходящий от входной торцевой стороны диска обводной канал, сечение которого меньше сечения основного канала, основной и обводной каналы имеют входную и выходную части, отличающийся тем, что он снабжен сквозным каналом, соединяющим входную и выходную торцевые стороны в интерференционном диске, обводной канал выполнен таким образом, чтобы он закручивался вокруг основного канала и по сквозному каналу переходил из входной торцевой стороны интерференционного диска на противоположную выходную сторону, на внутренней входной торцевой стороне за входной частью обводного канала выполнен, по меньшей мере, один криволинейный выступ, плавно уменьшающийся по внутренней стенке основного канала в направлении выходной торцевой стороны диска.

2. Интерференционный диск по п. 1, отличающийся тем, что на внутренней входной торцевой стороне за входной частью обводного канала выполнены, по меньшей мере, два криволинейных выступа с различной кривизной, плавно уменьшающиеся по внутренней стенке основного канала в направлении выходной торцевой стороны диска.

3. Интерференционный диск по п. 1, отличающийся тем, что выходная часть обводного канала выполнена в виде, по меньшей мере, двух выходных отверстий, равномерно распределенных по диаметру основного канала.

4. Интерференционный диск по п. 2, отличающийся тем, что сечение каждого последующего выходного отверстия обводного канала больше сечения предыдущего выходного отверстия.

5. Интерференционный диск по любому из пп. 1, или 2, или 3, отличающийся тем, что обводной канал при переходе на выходную торцевую сторону диска разветвляется, по меньшей мере, на два канала одинаковой или разной длины.