СПОСОБ ГАШЕНИЯ СТОЯЧИХ ВОЛН В ТРУБОПРОВОДАХ И СИСТЕМА ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ Российский патент 2023 года по МПК F16L55/04 F17D3/12 

Изобретение относится к области транспортирования жидкости по трубопроводу, в частности к гашению стоячих волн в жидкости, и может использоваться в водопроводных трубах, в трубах тепловых сетей, в системах подачи топлива и т.п.

Известен способ гашения волн в жидкости, заключающийся в преобразовании их частот. Для этого в бассейне установлен корпус с направляющими, в которых размещены стержни с жёсткими перегородками, образующими стенку, отражающую волны. Каждая перегородка снабжена датчиками волнового давления, установленными на лобовой поверхности перегородок, электроприводом с датчиком смещения и управляющими блоками, которые соединены с генератором управляющих сигналов. Перегородки периодически с частотой, превышающей удвоенную частоту Вяйсяля, перемещают вдоль направления распространения подающей волны, при этом каждую перегородку сначала перемещают по направлению движения волны со скоростью, обеспечивающей отсутствие волнового давления на неё, а затем скачкообразно возвращают на половину пройденного расстояния.

Известно устройство для осуществления способа гашения волн в жидкости, состоящее из жесткой отражающей стенки, выполненной из расположенных одна над другой плоских перегородок, установленных в стратифицированном бассейне и имеющих стержни, размещенные с возможностью продольного перемещения по горизонтальным направляющим, укрепленным в корпусе. Горизонтальные направляющие могут быть выполнены, например, в виде металлических пластин, между которыми в горизонтальном направлении могут перемещаться стержни. В другом варианте исполнения, направляющие могут быть выполнены в виде труб, внутренний диаметр которых определяется диаметром стержней, прикрепленных к перегородкам. Возможны варианты конструкции, в которой с горизонтальными направляющими могут перемещаться непосредственно сами перегородки. (Авт. св. SU 1281619 А1. Способ гашения волн в жидкости и устройство для его осуществления. - МПК: Е 02 В 3/06, G 01 М 10/00. - Опубл. 07.01.82. Бюл. № 1). Данные способ и устройство приняты за прототипы.

Недостатком известных технических решений является установка направляющих, в которых размещены стержни с жёсткими перегородками, образующими стенку, отражающую волны, вызывающая сложность подачи жидкости по трубопроводу от источника к потребителю.

Основной задачей заявляемых технических решений является обеспечение стабильной подачи жидкости по трубопроводу от источника к потребителю.

Технический результат - повышение стабильности подачи жидкости по трубопроводу от источника к потребителю.

Указанный технический результат достигается тем, что в известном способе гашения стоячих волн в трубопроводах, заключающемся в измерении волнового давления и в рассеивании стоячих волн в жидкости, возбуждаемых энергией встречных потоку жидкости акустических волн, согласно предложенному техническому решению, стоячие волны рассеивают впрыскиванием инертного газа в направлении потока жидкости при превышении волнового давления и амплитуды резонансных колебаний с разрывом цельности жидкости до полного падения волнового давления акустического контура.

Указанный технический результат достигается тем, что в известной системе гашения стоячих волн в трубопроводах, содержащей датчик волнового давления и управляющий блок, соединённые линией связи, согласно предложенному техническому решению, содержит баллон со сжатым инертным газом, соединённый шлангом с электроприводным клапаном, сообщающимся посредством газовой трубы с трубопроводом в начале потока жидкости и электрически связанным с управляющим блоком, а датчик волнового давления вмонтирован в трубопровод подачи жидкости.

На фиг. 1 схематично показана система гашения стоячих волн.

Сущность заявляемого способа гашения стоячих волн в трубопроводах заключается в том, что стоячие волны, возбуждаемые энергией акустических волн, встречных потоку жидкости, рассеивают впрыскиванием инертного газа в направлении потока жидкости при превышении волнового давления и амплитуды резонансных колебаний с разрывом цельности жидкости до полного падения волнового давления акустического контура.

Система гашения стоячих волн в трубопроводах содержит управляющий блок 1, датчик 2 волнового давления, вмонтированный в трубопровод 3 подачи жидкости и соединённым линией связи 4 с управляющим блоком 1, баллон 5 со сжатым инертным газом, соединённый шлангом 6 с электроприводным клапаном 7, сообщающимся посредством газовой трубы 8 с трубопроводом 3 в начале потока жидкости и электрически связанным с управляющим блоком 1. (Фиг. 1).

Предлагаемый способ гашения стоячих волн в трубопроводах апробирован на экспериментальной установке - в цилиндрической трубе диаметром 0,05 м, длиной 1,5 м. В качестве упругой среды в трубе использовалась вода. Резонансные звуковые волны в воде генерировались колебаниями поршня. Резонанс в трубе наступал при приближении часто-ты колебания поршня к одной из собственных частот колебания трубы. О возникновении резонанса можно было судить по резкому увеличению звукового давления в воде вблизи расположения колеблющегося поршня. При резонансе уровень звукового давления в воде вблизи поршня составлял 105 дБ. С целью гашения звуковых колебаний в воду из баллона со сжатым газом подавался инертный газ, азот, объемный расход газа составлял 2⋅10^-4 м³/с. После ввода газа через 3 миллисекунды уровень звука понизился до 56 дБ, до значений уровня шума в турбулентном потоке. Таким образом, было установлено, что, предложенный способ является весьма эффективным и простым в осуществлении.

Система гашения стоячих волн в трубопроводах работает следующим образом.

По трубопроводу 3 течёт жидкость, например, вода, с начальным давлением Р₁ на входе в трубопровод 3 с падением до давления Р₂ на выходе из трубопровода 3, Р₁ > Р₂, за счёт трения потока жидкости о стенки трубопровода 3, с частотой колебаний давления жидкости в соответствии с приведённой эпюрой 9. При возникновении в трубопроводе 3 периодических возмущений среды, в акустическом контуре возбуждаются стоячие волны с резонансными колебаниями волнового давления, воспринимаемые датчиком 2 волнового давления, сигналы с которого поступают в управляющий блок 1. При превышении порогового уровня амплитуды колебания волнового давления в акустическом контуре, управляющий блок 1 выдаёт команду электроприводному клапану 7 на открытие подачи газа из баллона 5 по газовой трубе 8 в трубопровод 3 и в жидкость впрыскивается газ, например, азот. В стоячей волне образуются кратковременные разрывы цельности жидкости и волновое давление стоячей волны резко падает, практически до нуля, в соответствии с приведённой эпюрой 10. С датчика 2 волнового давления в управляющий блок 1 поступает сигнал о том, что уровень волнового давления стоячей волны в трубопроводе 3 снизился и управляющий блок 1 передаёт сигнал электроприводу клапана 7 на его закрытие, и впрыскивание газа в трубопровод 3 с жидкостью прекращается.

Использование предложенных технических решений обеспечить стабильность подачи жидкостей по трубопроводам тепловых сетей, в системах подачи топлива и т.п.

Предлагаемый способ гашения стоячих волн в трубопроводах апробирован на экспериментальной установке - в цилиндрической трубе диаметром 0,05 м, длиной 1,5 м. В качестве упругой среды в трубе использовалась вода. Резонансные звуковые волны в воде генерировались колебаниями поршня. Резонанс в трубе наступал при приближении частоты колебания поршня к одной из собственных частот колебания трубы. О возникновении резонанса можно было судить по резкому увеличению звукового давления в воде вблизи расположения колеблющегося поршня. С целью гашения звуковых колебаний в воду подавался инертный газ-азот из баллона со сжатым газом, объемный расход газа составлял 2⋅10^-4 м³/с. Результаты гашения стоячих волн в трубе были следующие. При резонансе уровень звукового давления в воде вблизи поршня составлял 105 дБ. После ввода газа через 3 миллисекунды уровень звука понизился до 56 дБ, до значений уровня шума в турбулентном потоке. Таким образом, предложенный способ является весьма эффективным и простым в техническом исполнении.

Группа изобретений относится к области транспортирования жидкости по трубопроводу, в частности к гашению стоячих волн в жидкости, и может использоваться в водопроводных трубах, в трубах тепловых сетей, в системах подачи топлива. Способ гашения стоячих волн в трубопроводах заключается в измерении волнового давления и рассеивании стоячих волн в трубопроводе подачи жидкости, возбуждаемых энергией встречных потоку жидкости акустических волн впрыскиванием инертного газа в направлении потока жидкости при превышении волнового давления и амплитуды резонансных колебаний с разрывом цельности жидкости до полного падения волнового давления акустического контура. Система гашения стоячих волн в трубопроводах содержит датчик волнового давления, вмонтированный в трубопровод подачи жидкости, и управляющий блок, соединённые линией связи, баллон со сжатым инертным газом, соединённый шлангом с электроприводным клапаном, сообщающимся посредством газовой трубы с трубопроводом в начале потока жидкости и электрически связанным с управляющим блоком. Технический результат - повышение стабильности подачи жидкости по трубопроводу от источника к потребителю. 2 н.п. ф-лы, 1 ил.

1. Способ гашения стоячих волн в трубопроводах, заключающийся в измерении волнового давления и рассеивании стоячих волн в жидкости, возбуждаемых энергией встречных потоку жидкости акустических волн, отличающийся тем, что стоячие волны рассеивают впрыскиванием инертного газа в направлении потока жидкости при превышении волнового давления и амплитуды резонансных колебаний с разрывом цельности жидкости до полного падения волнового давления акустического контура.

2. Система гашения стоячих волн в трубопроводах, содержащая датчик волнового давления и управляющий блок, соединённые линией связи, отличающаяся тем, что содержит баллон со сжатым инертным газом, соединённый шлангом с электроприводным клапаном, сообщающимся посредством газовой трубы с трубопроводом в начале потока жидкости и электрически связанным с управляющим блоком, а датчик волнового давления вмонтирован в трубопровод подачи жидкости.