Демпфер пульсаций давления со змеевиком Советский патент 1992 года по МПК F16L55/55 F16L55/04 

Изобретение относится к трубопроводному транспорту и может быть использовано в машиностроении для борьбы с явлениями пульсаций давления в трубопроводах.

Известно устройство для гашения гидравлического удара, содержащее корпус с разделителем, установленным с образованием газовой и жидкостной полостей, сообщенных через обводные каналы с трубопроводом. Устройство снабжено дроссельными шайбами, установленными в обводных каналах до и после газовой полости. Разделитель выполнен в виде подпружиненного поршня, установленного с возможностью перекрытия обводных каналов.

Недостатками этого устройства являются сложность и малая надежность конструкции, обусловленная наличием пружины и движущегося разделителя. Соприкосновение пружины с рабочей жидкостью ограничивает диапазон использования устройства для криогенных систем и систем, работающих на агрессивных жидкостях. Длительная работа с криогенными продуктами вызывает обмерзание кожуха, что снижает тепло- приток из окружающей среды. Это приводит к снижению давления в газовой полости из- за повышенной конденсации и газа. При использовании устройства в системах с пульсациями давления, имеющими гармонический закон изменения, эффективность работы устройства снижается, так кактребу- ется применение специальных мер для воссоздания газовой атмосферы в газовой полости.

Известно предохранительное устройство для полого тела с внутренним скачком давления, в частности для труб, имеющее одну или несколько полостей, заполненных газом и размещающихся снаружи. От рабочей среды полости отделяются мембранами

(Л

XI

со о

д

ел

00

различной прочности, которые сжимаются рабочей средой при скачках давления изнутри.

Недостатками этого предохранительного устройства являются:

ограниченный срок службы мембран;

ограниченность применения мембран в системах с криогенными и агрессивными жидкостями;

необходимость специального подбора газа для наполнения полостей, а также необходимость поддержания давления газа в этих полостях в заданных пределах.

Известен гидропнев моаккумулятор, состоящий из корпуса, охватывающего перфо- рированную трубу, внутри которого расположен эластичный компенсатор давления. Компенсатор давления выполнен в виде трубки, навитой на перфорированную трубу.

Недостатками такого технического решения по демпфированию пульсаций давления являются:

ограниченный срок службы гидропнев- моаккумулятора из-за наличия эластичного компенсатора;

ограниченное применение в системах с криогенными и агрессивными средами;

большая материалоемкость гидропнев- моаккумулятора.

При этом для эффективной работы гид- ропневмоаккумулятора требуется дополнительный источник давления для поддержания эластичного компенсатора в рабочем положении.

Цель изобретения - повышение эффективности гашения пульсаций давления в трубопроводах при транспортировании жидкостей и газов по ним.

Указанная цель достигается тем, что в демпфере пульсаций давления со змеевиком, содержащем участок трубопровода с отверстиями, охваченном по меньшей мере одним дополнительным патрубком, выполненным в виде трубки, навитой на трубопровод, отверстия размещены между витками дополнительного патрубка и охвачены тороидальными коллекторами, установленными на трубопроводе, при этом концы дополнительного патрубка сообщены с трубопроводом, а витки размещены с возможностью перемещения вдоль оси трубопровода.

Сущность изобретения заключается в повышении эффективности гашения пульсаций давления в демпфере пульсаций давления со змеевиком, содержащем участок трубопровода с отверстиями, охваченный по меньшей мере одним дополнительным патрубком, выполненным в виде трубки, навитой на трубопровод, за счет размещения отверстий между витками дополнительного патрубка и охвата их тороидальными коллекторами, установленными на трубопроводе, при этом концы дополнительного патрубка сообщены с трубопроводом, а витки размещены с возможностью перемещения вдоль оси трубопровода.

Эффект гашения пульсаций давления

путем введения в конструкцию трубопровода боковых отводов, обладающих определенным гидросопротивлением, широко известен в машиностроении. Достоинствами демпфирования пульсаций давления при

использовании этого эффекта являются простота конструкции демпфирующих устройств и их высокая надежность. Применение устройств на основе этого эффекта не приведет к увеличению потребляемой мощности, так как при этом дополнительное гид- росопротивление располагается вне основного потока жидкости.

С развитием техники все большее распространение получили каналы типа змеевика. В сравнении с прямолинейными каналами каналы змеевикового типа обладают повышенным гидросопротивлением и коэффициентом поверхностного трения. Другим полезным свойством таких каналов

является то, что при деформации их в осевом направлении они обладают свойствами пружин.

Пик давления, распространяющийся по трубе, попадает через первый коллектор в

первый змеевик. Происходит частичное снижение давления в трубопроводе, а в змеевике - потеря давления из-за трения о стенки и из-за закрутки потока. Кроме того, жидкость, обладая инерционностью, вызовет деформацию змеевика в осевом направлении, что приведет к перемещению его витков на внешней поверхности трубы, Это приведет к дополнительному гашению энергии пульсации давления. Деформацию

будет определяться амплитудой пика давления на входе в демпфер.

Аналогичный процесс будет происходить при достижении пика пульсации давления второго тороидального коллектора во

втором змеевике. Одновременном и в первом змеевике будет распространяться этот же пик давления, так как его выход соединен с этим, вторым коллектором. Причем направление распространения этого пика,

вышедшего из второго коллектора, будет противоположно первому пику. Во внутренней полости первого змеевика произойдет их наложение, а следовательно, и гашение пульсации.

При достижении исходным пиком пульсации, прошедшим по трубе через первые два коллектора, третьего коллектора во втором змеевике произойдет процесс, аналогичный описанному.

Таким образом, предлагаемый демпфер пульсаций давления со змеевиком обладает по сравнению с известными рядом преимуществ:

для демпфирования пульсаций давления используется жидкость, подаваемая по трубопроводу, что избавляет от необходимости подбора жидкости или газа в демпфи- рующей полости, совместимой по физическим свойствам с рабочей;

отсутствуют мембраны, что повышает надежность всего устройства в целом;

малые габариты;

более широкий диапазон эффективной работы;

повышенная способность рассеивания энергии пульсации давления, обусловленная турбулизацией жидкости в змеевиках, а также частичным преобразованием ее в механическую энергию деформации;

может быть использовано для жидкостей с различными свойствами (агрессивными криогенными и т. д.).

На фиг. 1 представлен демпфер пульсаций давления со змеевиком, разрез, вдоль продольной оси трубопровода (представлен варианте тремя змеевиками; буквами обозначены параметры избыточного, по отношению к установившемуся режиму, давления, возникающие в элементах демпфера пульсаций давления со змеевиком при прохождении волны пульсации давления через коллекторы и змеевики); на фиг. 2 - сечение А-А на фиг. 1; на фиг. 3 - сечение Б-Б на фиг. 1 (перфорация выполнена в виде круглых отверстий); на фиг. 4 - то же, перфорация выполнена срезом части образующей коллектора со стороны набегающего потока жидкости.

Демпфер пульсаций давления со змеевиком содержит трубу 1 подачи жидкости. На трубе 1 размещены тороидальные перфорированные коллекторы 2-5. Они соединяют между собой последовательно змеевики 6-8, расположенные на внешней поверхности трубы 1 так, что их витки скользят по этой поверхности при деформации змеевиков. Через отверстия 9 перфорации тороидальных перфорированных коллекторов 2-5 внутренние полости змеевиков 6-8 сообщаются с внутренней полостью трубы 1.

Демпфер работает следующим образом.

В установившемся режиме при отсутствии пульсаций давления давление в трубе 1

в ее начале перед устройством и в конце после устройства практически постоянно. Потери определяются потерями на трение о стенки и на смывание жидкостью выступающих поверхностей коллекторов 2-5. При этом давление в змеевиках 6-8 будет равно давлению на соответствующих участках трубы 1 между коллекторами 2-5. Змеевики 6-8 находятся в недеформированном состоянии

и по ним протекает часть жидкости. Величина этих потоков определяется соответствующим гидросопротивлением змеевиков 6-8.

При возникновении пульсации давления в трубе 1 с разностью амплитуд АР0 она достигнет коллектора 2, где произойдет частичное ее гашение до величины A Pi Л Ро. Далее произойдет ее распространение по трубе 1 и через отверстия 9

коллектора 2 по змеевику 6. При этом время прохождения пульсации с начальной разностью амплитуд A Pi по змеевику 6 будет значительно больше, чем по трубе 1. В змеевике 6 будет интенсивное гашение возникающего возмущения как за счет турбулизации потока, вызванной конструкцией змеевика, так и за счет преобразования части энергии пульсации в механическую энергию деформации змеевика вдоль его оси. К моменту времени достижения пульсацией APi коллектора 3 в змеевике 2 произойдет гашение распространяющейся по ней пульсации до значения APi Pi. Одновременно с этим пульсация

давления A Pi начнет распространяться далее по трубе 1, а также через отверстия 9 перфорации коллектора 3 в двух направлениях: по змеевику 6 и по змеевику 7. После прохождения коллектора 3 величина пульсации станет A Pz A PL В змеевике 6 произойдет встреча пульсаций APi1 и А Р2, что приведет к формированию возмущения Др 2 и дальнейшему его гашению в змеевике 6. Одновременно в змеевике 7 будет происходить гашение пульсации ДР2 до величины АРУ2. В дальнейшем процессы в змеевиках 7, коллекторе 4, змеевике 8 будут происходить аналогично описанным процессам. При этом будет последовательно происходить понижение амплитуды пульсации до значений: после коллектора 4 в патрубке 1: ДРз А Р2, в змеевике 7: А Рз А Рз и возмущение

ApCZL др2 -дРз;

после коллектора 5

в трубе 1: А Р4 А Рз,

в змеевике 8: А Р4 А Р4 и возмущение

Др(3) ДрзИ-Др,,.

Таким образом, на выходе из демпфера получим снижение амплитуды пульсаций давленияс Pi- -A Р4, где АР0 A Р2 А Рз АР4.

При прекращении действия пульсаций и возмущений в змеевиках 6-8, они под действием сил жесткости и установившегося давления в трубе вернутся в исходное положение.

На процессы, протекающие в устройстве, будут оказывать влияние возмущения, сформировавшиеся в змеевиках АР1 , ДР2 , А ), так как они выходят соответственно из коллекторов 3-5. Величина их и время выхода зависят от геометрических параметров змеевиков, а также от конструктивного исполнения отверстий 9 коллекторов. На фиг. 3 представлено исполнение отверстий в виде круглых отверстий, а на фиг. 4 - в виде щели, образованной удалением части стенки тороидального коллектора со стороны набегающего потока. Влияние возмущений во втором случае будет больше, чем в первом, так как возмущения будут направлены навстречу потоку.

и

Из описания работы демпфера видно, что эффективность его работы зависит от геометрических параметров змеевиков: диаметра трубки, количества витков и др. Выбор их должен быть сделан исходя из

реальных условий эксплуатации с учетом свойств жидкости.

Таким образом, использование предлагаемого демпфера позволяет снизить амплитуду пульсации давления с ДР0до ДР4 и улучшить эксплуатационные характеристики трубопровода в целом. При этом в сравнении с известным предлагаемый демпфер пульсаций давления со змеевиком

обладает меньшими габаритами, большим спектром подавляемых пульсаций давления и более интенсивным рассеиванием энергии этих пульсаций за счет турбулизации потока и деформации змеевиков в осевом

направлении.

Формула изобретения

20

25

30

Демпфер пульсаций давления со змеевиком, содержащий участок трубопровода с отверстиями, охваченный по меньшей мере одним дополнительным патрубком, выполненным в виде трубки, навитой на трубопровод, отличающийся тем, что, с целью повышения эффективности гашения пульсаций давления, отверстия размещены между витками дополнительного патрубка и охвачены тороидальными коллекторами, установленными на трубопроводе, при этом концы дополнительного патрубка сообщены с трубопроводом, а витки размещены с возможностью перемещения вдоль оси трубопровода.

Изобретение относится к трубопроводному транспорту и может быть использова- но в машиностроении для борьбы с явлениями пульсаций давления в трубопроводах. Демпфер пульсаций давления со змеевиком состоит из участка трубопровода с отверстиями, охваченного по меньшей мере одним дополнительным патрубком, выполненным в виде трубки, навитой на трубопровод. Отверстия размещены между витками дополнительного патрубка и охвачены тороидальными коллекторами, установленными на трубопроводе. Концы дополнительного патрубка сообщены трубопроводом, а витки размещены с возможностью перемещения вдоль оси трубопровода. Демпфер пульсаций давления со змеевиком позволяет повысить эффективность гашения пульсаций давления в трубопроводах при транспортировании различных газов и жидкостей по ним. 4 ил.

-Ij

&Р 2

рз АР;

АР,

7

8

Ь

Фиг.2

5-6

J Фм.1

5-5 увеличено