Устройство гашения гидравлического удара Российский патент 2022 года по МПК F16L55/04 

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 устройства 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 устройства 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 устройство, которое реализовано в 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 устройства 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 устройства гашения импульсов давления является низкая эффективность и отсутствие аналитического инструмента расчета эффективности устройства.

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

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

Разное время прохождения импульса давления в разных каналах определяется тем, что все каналы имеют разную длину, определяемую по формуле Ln=L1+delta*(n-1), где L1 - длина самого короткого канала (номер 1), Ln длина канала номер n, delta приращение длины канала при увеличении его номера на единицу, n - номер канала, N - количество каналов.

Сущность предложенного технического решения поясняется чертежами, где изображены:

- на фиг.1 - Устройство гашения гидравлического удара,

- на фиг.2 - Сглаживание фронта импульса давления.

1…6 – Каналы разной длины

7 - Входной патрубок

8 – Выходной патрубок

9 – Фронт импульс давления во входном патрубке

10 – Фронт импульс давления в выходном патрубке

11 – Фронт импульс давления на выходе канала 1

16 – Фронт импульс давления на выходе канала 6

Устройство гашения гидравлического удара работает следующим образом. В установившемся стационарном режиме поток жидкости или газа, проходящий через участок трубопровода, имеет постоянное давление на входе патрубка 7 и на выходе патрубка 8 устройства. При этом постоянное давление устанавливается и во всех каналах 1…N.

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 N) и с задержкой, зависящей от длины канала (от номера канала). В итоге длительность фронта импульса на выходе устройства будет больше, чем на входе. Чем больше используемых каналов, тем сильнее будет сглаживание фронта импульса давления и, соответственно, меньше негативное воздействие импульса давления (гидроудара) на трубопровод.

Таким образом, предлагаемое устройство гашения гидравлического удара 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. F16L 55/04 за 2014 г. (прототип).

Работа устройства заключается в том, что поток жидкости или газа трубопровода на выходе патрубка 7, в котором действуют импульсы давления, разделяют на N потоков и направляют их в каналы, имеющие разную задержку из-за их разной длины. Далее импульсы от каналов, с уменьшенной (в каждом из них) в N раз энергией суммируются на входе патрубка 8, поступая по очереди из-за разного времени прохождения по каналам. Соответственно растягивается фронт импульса и уменьшается нежелательное воздействие на трубопровод. Задержка каждого потока вычисляется по формуле Tn=T1+delta*(n-1), где Т1 - задержка самого короткого потока, Тn - задержка потока номер n, delta - приращение задержки потока при увеличении его номера на единицу, n - номер потока. Технический результат - сглаживание скорости нарастания фронта импульса давления и соответствующее уменьшение негативного воздействия на трубопровод. 2 ил.

Устройство гашения гидравлического удара, состоящее из присоединенных к трубопроводу и соединенных между собой каналами патрубков, отличающееся тем, что каналы, соединяющие патрубки, имеют разную длину, определяемую по формуле Ln=L1+delta*(n-1), где L1 - длина канала номер 1 (самый короткий), Ln - длина канала номер n, delta - приращение длины канала при увеличении его номера на единицу, n - номер канала.