Универсальное устройство для уменьшения разрушающего воздействия гидравлических ударов Российский патент 2021 года по МПК F16L55/52 

Изобретение относится к вспомогательному оборудованию для трубопроводных сетей, а именно к устройствам для защиты трубопроводов путем гашения пульсации давления в трубопроводах, в частности, путем гашения гидравлических ударов.

Известен стабилизатор давления, предназначенный для гашения колебаний давления и расхода при перекачивании рабочей среды по трубопроводам насосами, устранения гидроударов, возникающих при закрытии клапанов и задвижек, аварийном отключении насосов, изменении режимов работы насосных агрегатов и ошибок обслуживающего персонала на предприятиях энергетики, нефтехимической промышленности, коммунального водо- и теплоснабжения (см. RU 118715 U1, опубликовано: 27.07.2012 г., Бюл. №21).

Однако данное устройство имеет недостатки, заключающиеся:

- в засорении отверстий перфорированного трубопровода и невозможности их прочистки;

- в застое воды в демпфирующих камерах, что приводит к зарастанию перфорированной перегородки гидравлической полости и запорной арматуры, установленной между демпфирующей камерой и цилиндрической предкамерой;

- в износе упругих элементов и эластичной диафрагмы демпферной камеры, а также невозможность ремонта и замены этих элементов;

- в недостаточной степени снижения гидроудара при повышенных давлениях нагнетания и больших диаметрах магистральных трубопроводов.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемому техническому результату является «Устройство для гашения гидравлического удара» (см. патент RU №2360177 С1, опубликовано: 27.06.2009 г., бюл. №18), содержащее полый непроточный демпфирующий элемент, сообщенный с трубопроводом и выполненный в виде кожуха, внутри которого соосно с последним размещены перфорированный патрубок и охватывающие его торообразные упругие элементы с различным модулем упругости, а между торообразными упругими элементами размещены дискообразные перегородки. При этом перфорированный патрубок сообщен с размещенным вне кожуха соосно с последним неперфорированным входным патрубком, причем последний плавно изогнут на угол от 45° до 135° и на нем выполнен расположенный под углом к нему боковой отводной патрубок, устройство установлено в разрыв трубопровода с возможностью прохода транспортируемой по трубопроводу среды в направлении от неперфорированного входного патрубка к боковому отводному патрубку, при этом перфорированный патрубок выполнен с двойным выпуклым днищем с образованием между наружным и внутренним днищами полости, в которой размещен упругий элемент, а внутреннее днище выполнено перфорированным, причем в перфорированном патрубке соосно с последним на штоке, закрепленном в двойном выпуклом дне перфорированного патрубка, установлена, по крайней мере, одна конусообразная перфорированная оболочка, обращенная вершиной в сторону входа в перфорированный патрубок, угол β при вершине в осевом сечении конусообразной перфорированной оболочки определяют из выражения β>2arcsin а₀/а, где а₀ - скорость звука в протекающей через трубопровод среде; а - скорость звука в материале, из которого изготовлен перфорированный патрубок, а внутри конусообразной перфорированной оболочки размещен упругий элемент.

Имеется вариант развития, когда устройство снабжено проточным демпфирующим элементом, подключенным к боковому отводному патрубку и выполненным в виде кожуха, внутри которого соосно с последним размещены перфорированный патрубок и охватывающие его торообразные упругие элементы с различным модулем упругости, а между торообразными упругими элементами размещены дискообразные перегородки, причем торообразные упругие элементы с меньшим модулем упругости чередуются с торообразными упругими элементами с большим модулем упругости.

Имеется вариант развития, когда торообразные упругие элементы выполнены в виде заполненных сжатым газом деформируемых эластичных оболочек, причем оболочки с давлением сжатого газа, равным гидростатическому давлению транспортируемой по трубопроводу среды, чередуются с оболочками, в которых давление сжатого газа меньше гидростатического давления транспортируемой по трубопроводу среды.

Имеется вариант развития, когда проточный демпфирующий элемент выполнен с дополнительными упругими элементами большего объема, чем торообразные упругие элементы, размещенными в отдельном кожухе, сообщенном с кожухом для торообразных упругих элементов с образованием проходов между группами торообразных упругих элементов с равным числом торообразных упругих элементов.

Имеется вариант развития, когда устройство снабжено дополнительным непроточным демпфирующим элементом, выполненным аналогично непроточному демпфирующему элементу, к которому он подсоединен, но с прямым неперфорированным входным патрубком, подключенным сбоку к неперфорированному входному патрубку непроточного демпфирующего элемента.

Имеется вариант развития, когда устройство снабжено проточными демпфирующими элементами, выполненными по любому из описанных выше вариантов и подключенными один со стороны входа к неперфорированному входному патрубку непроточного демпфирующего элемента, а другой - к боковому отводному патрубку.

Имеется вариант развития, когда устройство предпочтительно содержит дополнительный непроточный демпфирующий элемент, подключенный боковым отводным патрубком к боковому отводному патрубку непроточного демпфирующего элемента.

Имеется вариант развития, когда между боковыми отводными патрубками установлен проточный демпфирующий элемент в соответствии с любым из описанных выше вариантов.

Имеется вариант развития, когда со стороны входа в неперфорированные входные патрубки непроточных демпфирующих элементов установлены проточные демпфирующие элементы, выполненные в соответствии с любым из описанных выше вариантов.

Для данного устройства характерны низкие показатели надежности, поскольку:

1. Имеют место засорения перфорированных отверстий, износ демпфирующих элементов в сочетании с невозможностью их ремонта и замены;

2. Имеет место застой воды, что приводит к зарастанию системы и ухудшению ее свойств.

Задачей изобретения является повышение показателей надежности известного устройства.

Поставленная задача решается тем, что известное устройство, содержащее трубопровод, отводной патрубок, полый непроточный демпфирующий элемент, отличающееся тем, что полый непроточный демпфирующий элемент выполнен в виде регулирующей пружины и последовательно соединенных камеры, соединительного патрубка с установленным в нем упором, и входного фланца, дополнительно снабжено:

- гидравлическим узлом, содержащим цилиндрическую камеру с входным и выходным основаниями, соединенную с трубопроводом, входящим во внутрь цилиндрической камеры через входное основание, выходным фланцем, соединенным с цилиндрической камерой посредством промежуточного патрубка, присоединенного к выходному основанию, причем выходной фланец расположен соосно трубопроводу, отводным патрубком, расположенным под прямым углом к трубопроводу,

- предохранительной разрушающейся мембраной, состоящей из разрушающейся части, зажатой между входным фланцем полого непроточного демпфирующего элемента и выходным фланцем гидравлического узла, связанными между собой с помощью болтового соединения, и концентрически расположенной упорной части.

При этом:

- расстояние между выходным фланцем и трубопроводом меньше расстояния между выходным основанием и отводным патрубком,

- регулирующая пружина соединяет упор с упорной частью предохранительной разрушающейся мембраны,

- предохранительная разрушающаяся мембрана выполнена с возможностью ее разрушения при воздействии на нее давления, превышающего допустимое значение.

По сравнению с прототипом предлагаемое устройство имеет следующие отличительные признаки:

1. Выполнение непроточного демпфирующего элемента в виде последовательно соединенных камеры, соединительного патрубка с установленным в нем упором, который соединен с регулирующей пружиной, и входного фланца (Не известно);

2. Дополнительное снабжение устройства цилиндрической камерой с входным и выходным основаниями (Известно);

3. Дополнительное снабжение устройства выходным фланцем (Известно);

4. Дополнительное снабжение устройства промежуточным патрубком (Известно);

5. Дополнительное снабжение устройства предохранительной разрушающейся мембраной, состоящей из разрушающейся части и упорной части (Не известно);

6. Дополнительное снабжение устройства соединительным патрубком (Известно);

7. Дополнительное снабжение устройства входным фланцем (Известно);

8. Дополнительное снабжение устройства камерой (Известно);

9. Дополнительное снабжение устройства упором (Не известно);

10. Дополнительное снабжение устройства регулирующей пружиной (Не известно);

11. Дополнительное снабжение устройства гидравлическим узлом, содержащим цилиндрическую камеру с входным и выходным основаниями, соединенную с трубопроводом, входящим во внутрь цилиндрической камеры через входное основание, выходным фланцем, соединенным с цилиндрической камерой посредством промежуточного патрубка, присоединенного к выходному основанию, причем выходной фланец расположен соосно трубопроводу, отводным патрубком, расположенным под прямым углом к трубопроводу, (Не известно);

12. Соединение цилиндрической камеры с трубопроводом, входящим во внутрь цилиндрической камеры через входное основание (Не известно);

13. Соединение выходного фланца с цилиндрической камерой посредством промежуточного патрубка (Не известно);

14. Соединение промежуточного патрубка с выходным основанием (Не известно);

15. Соединение входного фланца полого непроточного демпфирующего элемента с выходным фланцем гидравлического узла с помощью болтового соединения (Не известно);

16. Соединение предохранительной разрушающейся мембраны с регулирующей пружиной в упорной части (Не известно);

17. Расположение выходного фланца, трубопровода, выходного основания и отводного патрубка так, что расстояние между выходным фланцем и трубопроводом меньше расстояния между выходным основанием и отводным патрубком (Не известно).

По сведениям, имеющихся у авторов, отличительные признаки №2-4, 6-8 в технической литературе известны, а остальные - нет. Однако их совместное применение в заявляемой системе позволит повысить ее показатели надежности, т.к.:

- повышаются показатели безотказности, поскольку в предлагаемом устройстве благодаря наличию отличительных признаков №1, 5-10, 15, 16 полый непроточный демпфирующий элемент не засоряется, практически не изнашивается, в связи с тем, что в штатном режиме работы трубопровода он не используется. Кроме того, благодаря наличию отличительных признаков №2-4, 11-14, 17 происходит постоянное движение жидкости, что препятствует зарастанию и засорению системы;

- повышаются показатели ремонтопригодности, поскольку благодаря отличительному признаку №15 осуществляется отсоединение полого непроточного демпфирующего элемента с целью его технического обслуживания, ремонта и замены.

Таким образом, заявляемое «Универсальное устройство для уменьшения разрушающего воздействия гидравлических ударов» отвечает критерию «изобретательский уровень».

Краткое описание чертежей.

На фиг. 1 представлена схема предлагаемого «Универсальное устройство для уменьшения разрушающего воздействия гидравлических ударов». На фиг. 2 представлен разрез соединительного патрубка с установленным в нем упором (разрез А-А). На фиг. 3 представлена предохранительная разрушающаяся мембрана (разрез Б-Б).

Универсальное устройство для уменьшения разрушающего воздействия гидравлических ударов содержит:

- трубопровод 1;

- полый непроточный демпфирующий элемент 2, выполненный в виде регулирующей пружины 3 и последовательно соединенных камеры 4, соединительного патрубка 5 с установленным в нем упором 6, и входного фланца 7;

- гидравлический узел 8, содержащий цилиндрическую камеру 9 с входным основанием 10 и выходным основанием 11, трубопровод 1, входящий во внутрь цилиндрической камеры 9 через входное основание 10, выходной фланец 12, соединенный с цилиндрической камерой 9 посредством промежуточного патрубка 13, присоединенного к выходному основанию 11, причем выходной фланец 12 расположен соосно трубопроводу 1, отводной патрубок 14, расположен под прямым углом к трубопроводу 1. При этом, расстояние между выходным фланцем 12 и трубопроводом 1 меньше расстояния между выходным основанием 11 и отводным патрубком 14;

- предохранительную разрушающуюся мембрану 15, состоящую из разрушающейся части 16, зажатой между входным фланцем 7 полого непроточного демпфирующего элемента 2 и выходным фланцем 12 гидравлического узла 8, связанными между собой с помощью болтового соединения 17, и концентрически расположенной упорной части 18.

При этом регулирующая пружина 3 соединяет упор 6 с упорной частью 18 предохранительной разрушающейся мембраны 15.

Устройство работает следующим образом.

В первом режиме эксплуатации, когда нет гидравлических ударов, жидкость протекает по трубопроводу 1, изливается в цилиндрическую камеру 9, а затем продолжает движение через отводной патрубок 14.

Во втором режиме эксплуатации, когда появляются гидравлические удары с давлением меньше расчетного, жидкость протекает по трубопроводу 1 и вследствие резкого повышения давления в системе, воздействует на предохранительную разрушающуюся мембрану 15. При возникновении давления, не превышающего допустимое, предохранительная разрушающуюся мембрана 15 может деформироваться, прогибаясь в сторону входного фланца 7, тем самым сжимая регулирующую пружину 3. Регулирующая пружина 3 уменьшает амплитуду движения предохранительной разрушающейся мембраны 15, тем самым увеличивая верхний предел давления, под воздействием которого предохранительная разрушающуюся мембрана 15 не ломается. Таким образом отчасти гасится гидравлический удар. После чего регулирующая пружина 3 возвращает предохранительную разрушающуюся мембрану 15 в исходную форму.

В третьем режиме эксплуатации, когда появляются гидравлические удары с давлением больше расчетного, жидкость протекает по трубопроводу 1 и вследствие резкого повышения давления в системе, воздействует на предохранительную разрушающуюся мембрану 15. При возникновении давления, превышающего допустимое, предохранительная разрушающуюся мембрана 15 ломается. После этого жидкость начинает заполнять полый непроточный демпфирующий элемент 2, тем самым гасится гидроудар.

Таким образом, предлагаемое устройство соответствует критерию «промышленная применимость».

Устройство предназначено для гашения гидравлических ударов в трубопроводах различного назначения. Устройство содержит трубопровод, полый непроточный демпфирующий элемент, выполненный в виде регулирующей пружины и последовательно соединенных камеры, соединительного патрубка с установленным в нем упором и входного фланца. Гидравлический узел содержит цилиндрическую камеру с входным основанием и выходным основанием, промежуточный патрубок, присоединенный к выходному основанию, причем выходной фланец расположен соосно трубопроводу, отводной патрубок, расположенный под прямым углом к трубопроводу. При этом расстояние между выходным фланцем и трубопроводом меньше расстояния между выходным основанием и отводным патрубком. Предохранительная разрушающаяся мембрана состоит из разрушающейся части, зажатой между входным фланцем полого непроточного демпфирующего элемента и выходным фланцем гидравлического узла, и концентрически расположенной упорной части. При этом регулирующая пружина соединяет упор с упорной частью. Технический результат – повышение надежности гашения гидравлических ударов, возникающих при неправильном использовании оборудования, установленного на трубопроводах. 3 ил.

Устройство для гашения уменьшения разрушающего воздействия гидравлических ударов, содержащее трубопровод, отводной патрубок, полый непроточный демпфирующий элемент, отличающееся тем, что полый непроточный демпфирующий элемент выполнен в виде регулирующей пружины и последовательно соединенных камеры, соединительного патрубка с установленным в нем упором и входного фланца, устройство дополнительно снабжено:

гидравлическим узлом, содержащим цилиндрическую камеру с входным и выходным основаниями, соединенную с трубопроводом, входящим внутрь цилиндрической камеры через входное основание, выходным фланцем, соединенным с цилиндрической камерой посредством промежуточного патрубка, присоединенного к выходному основанию, причем выходной фланец расположен соосно трубопроводу, отводным патрубком, расположенным под прямым углом к трубопроводу,

предохранительной разрушающейся мембраной, состоящей из разрушающейся части, зажатой между входным фланцем полого непроточного демпфирующего элемента и выходным фланцем гидравлического узла, связанными между собой с помощью болтового соединения, и концентрически расположенной упорной части,

при этом:

расстояние между выходным фланцем и трубопроводом меньше расстояния между выходным основанием и отводным патрубком,

регулирующая пружина соединяет упор с упорной частью предохранительной разрушающейся мембраны,

предохранительная разрушающаяся мембрана выполнена с возможностью ее разрушения при воздействии на нее давления, превышающего допустимое значение.