Способ защиты трубопроводов криогенных систем от гидравлического удара Советский патент 1984 года по МПК F16L55/02 

эо Изобретение относится к криогенной технике и может найти применени при разработке устройств защиты тру бопроводов криогенных систем от гид равлического удара, возникающего, например при открывании запирающего устройства. Гидравлический удар данного типа возникает в криогенных системах вследствие того, что в закрытых вер тикальных и наклонных участках трубопроводов в отсутствие циркуляции из-за теплопритоков через элементы запирающего устройства, теплоизоляцию и другие тепловые мосты образуются паровые полости. При открывании запирающего устройства вначале происходит эвакуация паров. Всле за паром приходит в движение жидкость, при этом, если к моменту под хода фронта жидкой фазы к концевому сечению клапан полностью не откроет ся, поток жидкости начинает тормози ся, что вызывает гидравлический удар. Известен способ защиты криогенны систем от гидравлического удара при срабатывании запирающего устройства путем уменьшения скорости движения фронта жидкости в направлении запирающего устройства l. Эффект снижения скорости достигается дополнительным охлаждением участка трубопровода между запирающим устройством и уровнем жидкости. Однако в случае повышения теплопритоков в зоне запирающего устройства эффективность способа защиты падает Наиболее близким к изобретению п технической сущности и достигаемому результату является способ образова ния гидравлического удара путем тор можения потока жидкости перед препятствием, например, дросселем, с помощью пневматической подушки заданного объема, согласно которому перед открыванием запирающего устро ства между ним и уровнем жидкости создают пневматическую подушку, объем которой выбирают из такого расчета, чтобы к моменту подхода фронта жидкой фазы к концевому сечению клапан успевал полностью открываться, что уменьшает либо полностью устраняет гидравлический удар 2. Однако создание пневматической подушки заданного объема в кзвестно способе требует затрат времени, что снижает быстродействие и надежность способа, например, при нескольких срабатываниях запирающего устройства, разделенных малыми промежутками времени. Цель изобретения - повышение быстродействия и надежности защиты Цель достигается тем, что соглас но способу защиты трубопроводов криогенных систем от гидравлического удара при срабатывании запирающего устройства путем торможения потока жидкости с помощью пневматической подушки заданного объема, пневматическую подушку формируют в участке трубопровода, примыкающем к запирающему устройству, с помощью излучателя акустических колебаний с интенсивностью, обеспечивающей разрыв сплошности потока. Формирование пневматической подушки осуществляют одновременно с открыванием запирающего устройства за счет разрывов сплошности жидкости, проходящей мимо источника колебаний. Это уменьшает затраты времени на реализацию способа и обеспечивает своевременное формирование демпфирующей подушки при нескольких срабатываниях запирающего устройства, разделенных малыми промежутками времени, т.е. повышает надежность-способа защиты. ФормироваЕ1ие демпфирующей подушки в предлагаемом способе с помощью акустических колебаний в отличие от известного способа, в котором демпфирующая подушка формируется перед срабатыванием запирающего устройства путем подачи газа в пространство перед клапаном, является принципиальным отличием, так как первый процесс протекает значительно быстрее. Суть его заключается в том, что с помощью источника колебаний в пространство перед клапаном посылают (напрямер, через стенку трубопровода) ультразвуковую волну конечной амплитуды, такой, чтобы в зонах разрежения волны осуществлялся разрыв сплошности среды. При этом формируется двухфазная демпфирующая подушка (жидкость с мелкими газопаровыми пузырьками), а время формирования составляет доли секунды. Для сравнения в известном способе время формирования составляет порядка нескольких минут. П р и м е р. Осуществлялся предлагаемый способ защиты криогенной системы от гидравлического удара,, возникающего при открываниизапирающего устройства. Криогенная система представляла собой вертикальный теплоизолированный отрезок трубопровода длиной 5 м, вставленный нижним концом в криостат, заполненный жидким азотом. Материал трубопровода - сталь Х18Н10Т, внутренний диаметр 30,25 мм. Емкость напорного сосуда-криостата 100 л. В верхней части трубопровода смонтирован электропневмоклапан с регулируемым временем срабатывания от 0,05 до 4,0 с. Для реализации предлагаемого способа перед клапаном монтировался источник колебаний магнитострикционный излучатель. Для контроля объема пневматической полости, создаваемой предлагаемым способом и, для сравнения, известным способом на трубопроводе был установлен стеклянный уровнемер. Реализация известного способа осуществлялась следующим образом. .Напорный сосуд-криостат заполнялся на 50-70% объема. При закрытом запирающем устройстве устанавливалось давление наддува в сосуде в пределах 1-6 атм. При этом между запирающим устройством и фронтом жидкости формировалась паровая полость. Ее размеры регулировались путем подачи или сброса газа через вентиль, смонтированный вблизи зап рающего устройства. Затем открывал ся клапан запирающего устройства. Жидкость устремлялась к концевому сечению вслед за эвакуирующимися парами. С помощью датчика давления ДЦИ-10 регистрировалась величина гидроудара. Выбором оптимальног размера пневматической полости настраивалась система защиты. Величи гидроудара доводилась до минимальной величины. Время реализации известного спо соба составляло порядка 1 мин и складывалось из времени формирования демпфирующей подушки заданного размера и собственно срабатывания запирающего устройства. Для сравнения с известным способом осуществлялось открывание запирающего устройства без предварительной установки объема депфирующей подушки с одновременным включением источника колебаний, т.е. реализовался предлагаемый способ. При всех режимах наддува в диапазоне 1-6 атм наблюдалось гашение ударной волны в сформированной таким образом пневматической подушке. При этом время реализации составляло величину, практически совпадающую с временем срабатывания запирающего устройства 0,05-4,0 с. Использование предлагаемого способа защиты криогенных систем от гидроудара обеспечивает повышение быстродействия и надежности защиты в экстремальных условиях, например, при нескольких срабатываниях защитного устройства, разделенных малыми промежутками времени, надежную защиту трубопроводов -истемы от гидроудара в аварийных ситуациях, требующих незамедлительного включения системы защиты без предварительной подготовки,снижение величины гидроудара и тем самым повышения надежности защиты за счет того, что величина гидроудара прямо пропорциональна скорости звука в среде, а в сформированной предлагаемым способом двухфазной демпфирующей подушке скорость звука меньше, чем в чистом- газе.

СПОСОБ ЗАЩИТЫ ТРУБОПРОВОДОВ КРИОГЕННЫХ СИСТЕМ ОТ ГИДРАВЛИЧЕСКОГО .УДАРА при срабатывании запирающего устройства путем торможения потока жидкости с помощью пневматической подушки заданного объема, отличающийся тем, что, с целью повышения быстродействия и надежности защиты, пневматическую подушку формируют в участке трубопровода, примыкающем к запирающему устройству, с помощью излучателя акустических колебаний с интенсивностью, обеспе.чивающей разрыв сплошности потока.