Способ гашения импульсов давления в трубопроводах Российский патент 2021 года по МПК F16L55/45 F17D1/20 

Изобретение относится к объектам теплоснабжения, нефтяной, газовой, химической, атомной промышленности, а также к авиационно-космической технике, и может быть использовано как средство защиты трубопроводов от разрушения в результате действия импульсов и пульсаций давления в жидкости или газе, сопровождающих гидравлический удар, возникающий при включении, работе и выключении насосов, открытии и закрытии клапанов, задвижек и других устройств.

Известны традиционные способы гашения колебаний в трубопроводах, заключающиеся в том, что поток жидкости или газа разделяют на части, а отведенные из трубопровода потоки заводят в демпфирующие камеры с упругими элементами, в которых происходит изменение объема под действием перепада давления, за счет использования потенциальной энергии импульсов [1, 2].

Недостатком такого способа является ограниченный диапазон частот гасимых импульсов давления, зависящий от жесткости упругих элементов и ограниченного объема расширительных камер.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому изобретению (прототип) является способ, который реализован в способе и устройстве гашения импульсов давления в магистральных трубопроводах [3]. Способ диссипации импульсов давления заключается в том, что потоки жидкости или газа магистрального трубопровода, в котором действуют импульсы давления, разделяют на части, и отведенные части через расширительные камеры заводят в демпфирующую камеру, в которой потоки направляют встречно на жидкость или газ, находящиеся в камере так, что импульсы давления изменяют их плотность и давление за счет потенциальной энергии самих импульсов и одновременно закручивают потоки в противоположные стороны, тормозя скорость жидкости или газа за счет кинетической энергии взаимодействия встречных потоков.

Достоинством описанного способа гашения импульсов давления является повышение эффективности гашения импульсов давления за счет одновременной диссипации как потенциальной, так и кинетической энергий самих импульсов путем изменения плотности, давления и скорости встречных потоков жидкости или газа в демпфирующей камере.

Недостатком указанного способа гашения импульсов давления является низкая эффективность и отсутствие аналитического инструмента расчета эффективности способа.

Задачей способа изобретения является повышение эффективности гашения колебаний давления в трубопроводах за счет растягивания энергии и фронта импульса давления во времени.

Указанный технический эффект в способе повышения эффективности гашения колебаний импульсов давления заключается в том, что поток жидкости или газа трубопровода разделяется на части, которые заводятся в каналы разной длины, где потоки движутся с одинаковой скоростью, но разное время. При объединении каналов в общий поток фронт импульса давления растягивается (сглаживается) тем больше, чем больше количество используемых каналов.

Разное время задержки импульса давления в разных каналах определяется тем, что все каналы имеют разную длину, определяемую по формуле Tn=Т+delta*(N-1), где Т - задержка самого короткого канала, Tn - задержка канала номер N, delta - приращение задержки канала при увеличении его номера на единицу, N - номер канала.

Сущность предложенного технического решения поясняется чертежами, где изображены:

на фиг. 1 - разделение потока на каналы с разным временем задержки,

1 - входящий поток,

2 - самый короткий канал,

3 - самый длинный канал,

4 - выходящий поток,

на фиг. 2 - временная диаграмма фронта импульса давления во входящем потоке и в выходящем потоке после объединения каналов,

5 - ось давления,

6 - фронт импульс давления во входящем потоке,

7 - фронт импульс давления в выходящем потоке,

8 - ось времени,

9 - задержка в самом коротком канале,

10 - задержка в самом длинном канале.

Способ гашения импульсов давления в магистральном трубопроводе работает следующим образом.

В установившемся стационарном режиме поток жидкости или газа, проходящий через участок магистрального трубопровода, имеет постоянное давление на входе 1 и выходе 4 всех каналов (фиг. 1). При этом постоянное давление устанавливается и во всех каналах.

Фронт возникшего импульса давления (гидроудар) достигает входы всех каналов одновременно, но на выходе каждого канала он появляется с уменьшенной в N раз энергией (в соответствии с количеством используемых каналов) и с задержкой, зависящей от длины канала. В итоге длительность фронта импульса на выходе будет больше, чем на входе (фиг. 2). Чем больше используемых каналов, тем сильнее будет сглаживание фронта импульса давления и, соответственно, меньше негативное воздействие импульса давления (гидроудара) на трубопровод.

Таким образом, предлагаемый способ гашения импульсов давления в трубопроводе позволяет повысить эффективность гашения импульсов давления за счет растягивания фронта импульса давления во времени аналогично тому, как работает интегратор в электрических цепях.

Используемые источники

1. Б.Б. Некрасов. Гидравлика и ее применение на летательных аппаратах. Изд-во «Машиностроение», М., 1967 г., стр. 202.

2. Патент РФ № 2386889, кл. F16L, 55/04 за 2010 г.

3. Патент РФ № 2645860, кл. F15D, 1/00 (2006.01) (прототип).

Изобретение относится к методам и средствам гашения пульсаций давления жидкости (гидроудара) или газа в трубопроводах. Способ заключается в том, что поток жидкости или газа трубопровода, в котором действуют импульсы давления, разделяют на N частей и направляют их в каналы, имеющие разную задержку из-за их разной длины, поэтому на выходе импульсы от разных каналов с уменьшенной в N раз энергией суммируются, поступая по очереди из-за разного времени прохождения по каналу. Соответственно растягивается фронт импульса и уменьшается нежелательное воздействие на трубопровод. Задержка каждого канала вычисляется по формуле Tn=T+delta*(N-l), где Т - задержка самого короткого канала, Тn - задержка в канале номер N, delta - приращение задержки канала при увеличении его номера на единицу, N - номер канала. Технический результат - сглаживание скорости нарастания фронта импульса давления жидкости или газа в трубопроводе и соответствующее уменьшение негативного воздействия на трубопровод. 2 ил.

Способ гашения импульсов давления в трубопроводах, заключающийся в том, что поток жидкости или газа трубопровода, в котором действуют импульсы давления, разделяют на части, движущиеся в отдельных каналах, объединяемые далее в общий поток, отличающийся тем, что импульс давления в каждом канале задерживается по времени на величину, определяемую по формуле Tn=T+delta*(N-1), где Т - задержка в самом коротком канале, Тn - задержка в канале номер N, delta - приращение задержки канала при увеличении его номера на единицу, N - номер канала.