Демпфер колебаний давления Советский патент 1993 года по МПК F16L55/04 

Демфер колебаний давления относится к области.трубопроводного транспорта и может быть использован в различных отраслях промышленности для повышения эффективности демпфирования колебаний давления в трубопроводах при транспортировании жидкостей и газов по ним..

Целью изобретения является повышение эффективности демфирования колебаний давления.

На фиг.1 представлен продольный разрез демпфера колебаний давления; на фиг.2 - разрез А-А на фиг.1; на фиг.З-разрез Б-Б на фиг.1.

Представленный демпфер колебаний давления состоит из полого цилиндрического корпуса 1 с коническими входным 2 и выходным 3 участками. На оси корпуса 1

установлен пористый дросселирующий элемент, который состоит из двух цилиндрических стаканов 4, 5, вставленных один ;в другой и обращенных донными частями обтекаемой формы в противоположные стороны. Стакан 4 обращен донной частью навстречу потоку и установлен в корпусе 1 неподвижно с помощью перемычек 6. Стакан 5 вставлен в стакан 4 с возможностью перемещения по его внутренней поверхности с помощью направляющих, установленных на сопрягаемых поверхностях обоих стаканов. Направляющие состоят из пластины 7 с прямоугольным пазом и в ыступа 8. Пластина 7 установлена на внутренней поверхности стакана 4, а выступ 8 - на внешней поверхности стакана 5. Между торцами паза пластины 7 и торцом выступа 8

4

О 00 СЛ 00 -N

установлен упругий элемент в виде плоской пружины 9 так, что при перемещении стакана 5 вместе с выступом 8 пружина 9 работает на сжатие. В зависимости от конкретных условий эксплуатации, а также с. целью 5 предотвращения перекоса стаканов при демпфировании колебаний давления число направляющих может быть различным. На фиг.З изображена пара направляющих, установленных в вертикальной плоскости на- 10 против друг друга. Стаканы 4 и 5 выполнены из металлической сетки, причем размер ячейки стакана 5 меньше чем аналогичный размер сетки стакана 4. Исполнение стаканов 4 и 5 из сеток с различным размером 15 ячейки позволяет обеспечить последовательное гашение (демпфирование) колебаний давления по направлению потока, полнее использовать внутренний объем корпуса всего демпфера за счет разницы в 20 коэффициентах преломления сеток. Демпфер колебаний давления врезан в трубопровод между его участками 10 и 11,

Демпфер колебаний давления работает следующим образом. Рассмотрим случай 25 поступления на входдемфера одиночного колебания давления, которое имеет определенную амплитуду, фронт распространения и длительность. Процессы,протекающие при демпфировании одиночного колебания дав- 30 ления, аналогичны процессам, протекающим при демпфировании колебания давления/имеющих регулярный характер.

Пусть колебание давления, распространяющееся по трубе 10, достигло входного 35 конического участка корпуса 2. Увеличение площади поперечного сечения канала приводит к частичному торможению и турбули- зации потока жидкости, что приводит к частичному рассеиванию энергии колеба- 40 ния давления. Далее фронт колебания давления достигает донной части стакана 4, имеющей обтекаемую форму. Взаимодействие потока жидкости с такой преградой приводит к тому, что поток распадается на две 45 части. Одна часть жидкости, претерпев ос- лабление и преломление на сетке донной части стакана 4, распространяется по внутренней полости дросселирующего элемента. Вторая часть потока обтекает донную часть ста- 50 кана 4 и устремляется в кольцевой канал, образованный дросселирующим элементом и внутренней поверхностью цилиндрического корпуса 1. Изменение направления этой части потока приводит к потере части энергии 55 жидкости. Вместе с делением потока жидкости на две части происходит и разделение фронта колебания давления на два. Интенсивность и скорость распространения этих колебаний в силу описанных выше процессов потери энергии будет различна. В зависимости от конструктивного исполнения, определяемого из условий эксплуатации, возможны случаи,когда скорость распространения колебания давления во второй части потока больше или меньше, чем в первой части. Соотношение скоростей этих частей потока будет определять последовательность процессов гашения колебаний давления в обеих частях потока, которые рассмотрены, ниже. Допустим, что скорость распространения колебания давления во второй части потока выше.

В этом случае будут происходить изменения.

а) При поступлении фронта колебания давления в кольцевой канал будет происходить изменение его формы, так как в отличие от круглого канала кольцевой канал имеет дополнительную обтекаемую поверхность в виде сетчатой боковой поверхности дросселирующего элемента. Это обстоятельство приведет к появлению дополнительного пристенного слоя, приводящего к турбулизации и торможению потока на нем, и, следовательно, к рассеиванию энергии колебания давления.

б) Распространение колебания давления по кольцевому каналу с проницаемой стенкой приведет к проникновению части жидкости через эту стенку и возмущению жидкости во внутренней полости дросселирующего элемента. После прохождения фронта колебания давления по кольцевому каналу направление проникновения жидкости изменяется на противоположное. Таким образом происходит дополнительное рассеивание энергии колебания давления.

При поступлении ослабленного таким образом фронта колебания давления второй части .потока в выходную коническую часть 3 корпуса демпфера происходит изменение направления его распространения и взаимодействие с невозмущенной частью потока, прошедшего через дросселирующий элемент, Слияние, этих составляющих, имеющих различное направление, приведет к возрастанию местного гидросопротивления и дополнительному рассеиванию на нем энергии колебания давления. Таким образом, демпфирование колебания давления в этой части потока осуществляется на всем пути движения фронта этого колебания.

Демпфирование колебания давления, распространяющегося в первой части потока по внутренней полости дросселирующего элемента будет складываться из процессов.

Преломление и ослабление потока на сетчатой донной части стакана 4, о чем уже упоминалось выше.

Распространение фронта колебания давления по внутренней полости, ограниченной со всех сторон проницаемыми стенками, вызовет проникновение жидкости в кольцевой канал и обратно из. него после прохождения фронтом колебания давления участка стенки дросселирующего элемента. Этот процесс приводит к интенсивному рассеиванию колебания давления по механизму, описанному для второй части потока в пункте б).

При достижении фронтом колебания давления донной части стакана 5 начнется его взаимодействие с этой частью. Так как сетка этого стакана имеет более мелкую ячейку, чем сетка стакана 4, то и сопротивление донной части будет выше. Высокое сопротивление донной части стакана 5 приведет к тому, что стакан 5 начнет перемещаться по направлению потока и своими выступами 8 сжимать пружину 9, Таким образом, энергия колебания давления, распространяющегося в этой части потока, будет гаситься за счет преодоления самой сетки, а также за счет преобразования ее в механическую энергию пружины 9.. щение стакана 5 приведет либо к полному, либо к частичному перекрытию входного.сечения трубы 11. Это вызовет полное или частичное перекрытие выхода из кольцевого канала, и следовательно, перераспределение потока между его частями, При полном перекрытии трубы 11 вторая часть потока начнет поступать во внутреннюю полость дросселирующего, элемента через его боковые стенки. Этот процесс будет сопровождаться интенсивным рассеиванием энергии потока. При частичном перекрытии выхода из кольцевого канала донной частью стакана 5 в выходном коническом участке 3 произойдет слияние обеих частей потока по механизму, описанному выше :для второй части потока. .Разница будет заключаться лишь в том, что обе части потока подверглись изменению и ослаблению еще до слияния. Далее поток, дополнительно ослабленный за счет преодоления местного гидросопрртив- ления, образованного слиянием двух частей разнонаправленных потоков, поступит в трубу 11..

При прекращении действия колебания, давления в корпусе дросселирующего элемента стакан 5 под действием пружины 9 займет исходное положение. Этот процесс будет сопровождаться вытеснением жидкости из внутренней полости дросселирующего элемента через все сетчатые поверхности. Интенсивность этого процесса будет зависеть от жесткости пружины 9 и действующих

в трубопроводе скорости транспортирования жидкости и давления.

Вышеописанный проддесс перемещения стакана 5 под действием колебания давле- 5 ния будет повторяться каждый раз, как на вход демпфера будет поступать новое колебание давления.

Приведенное выше описание процесса демпфирования колебания давления, рас0 пространяющегося в первой части потока показывает, что рассеивание энергии колебания осуществляется на всем пути распространения колебания.. Отличительной чертой демпфирования колебания давления

5 этой части потока является то, что возвратно-поступательное движение стакана 5 приводит к воздействию на обе части потока. Это и позволяет добиться эффекта, связанного с колебаниями упругих тел в турбулен0 тном потоке,-а именно: снизить частоту энергонесущих вихрей; снизить амплитуду колебаний давления; изменить зависимость гйдросопротивления канала от степени турбулентности потока.

5 :. Завершается процесс демпфирования колебаний давления, поступившего на вход демпфера колебаний давления из трубы 10, после прохождения этим колебанием всех элементов демпфера и установления в.де0 мпфере постоянного давления.

Анализ работы демпфера колебаний давления показывает, что, в отличие от аналогов и прототипа, он обладает большой эффективностью демпфирования колеба5 ний давления и высокой надежностью в эксплуатации. Справедливость этого вывода основана на следующих положениях.

Центральное размещение дросселирующего, элемента позволяет воздействовать

0 на самую активную часть потока - его ядро.

Поток жидкостиделится внутри корпуса

демпфера на две части, имеющих разные

скорости, что позволяет изменить форму и

длительность фронта колебания давления.

5 Исполнение дросселирующего элемента из сеток с различной ячейкой позволяет : последовательно рассеивать энергию колебаний давления и эффективней использовать внутренний объем корпуса демпфера.

0 Осевое размещение колеблющегося тела в турбулентном потоке (стакана 5) повышает эффективность демпфирования колебаний. Исполнение дросселирующего элемента из металлических сеток, а не из эластич5 ных материалов, значительно увеличивает срок службы демпфера.

Демпфер сохраняет свои демпфирующие свойства даже при выходе из строя плоских пружин. В этом случае стакан 5 перекрывает входное сечение трубы 11 и

демпфирование колебаний давления осуществляется за счет демпфирующих свойств се- .ток.

Высокая эффективность демпфирования колебаний давления и надежность при эксплуатации позволяют использовать демпфер колебаний давления в трубопроводах различного назначения в различных отраслях промышленности для транспортирования различных жидкостей.

Формул а изо бре тени я Демпфер колебаний давления, содер- жащий полый цилиндрический корпус с коническими входным и выходным участками, установленный по оси трубопровода, внутри которого размещен пористый дросселирующий элемент, отличающийся тем, что, с целью повышения эффективности демпфирования колебаний давления, пористый дросселирующий элемент выполнен из металлических сеток, установлен по оси корпуса и состоит из двух цилиндрических

стаканов, вставленных один в другой и обращенных донными частями обтекаемой формы в противоположные Стороны, причем стакан, обращенный донной частью навстречу потоку, установлен неподвижно, а

другой стакан, выполненный из сетки с мелкой ячейкой, установлен с возможностью перемещения по внутренней поверхности неподвижного стакана с помощью направляющих, Состоящих из пластины с пазом,

выступа и плоской пружины, расположенной между торцами паза и выступа, и установленных на сопрягаемых поверхностях обоих стаканов и перекрытия трубопровода своей донной частью.

Использование: демпфер колебаний давления используется в различных отраслях промышленности для повышения его эффективности в трубопроводах при транспортировании жидкостей и газов. Сущность изобретения; демпфер колебаний состоит из полого цилиндрического корпуса с коническими входным и выходным участками, установленного по оси трубопровода. По оси корпуса демпфера установлен пористый дросселирующий элемент, выполненный из металлических сеток. Этот элемент состоит из двух цилиндрических стаканов, вставленных один в другой и обращенных донными частями обтекаемой формы в противоположные стороны. Стакан, обращенный донной частью навстречу потоку, установлен неподвижно, а другой стакан, выполненный из сетки из мелкой ячейки -с возможностью перемещения по внутренней поверхности неподвижного стакана с помощью направляющих, состоящих из пластины с пазом, выступа и плоской пружины, установленной между торцами паза и выступа, и установленных на сопрягаемых поверхностях обоих стаканов, и перекрытия трубопровода своей донной частью. Демпфер колебаний давления обладает высокой надежностью при эксплуатации и может быть использован в трубопроводах различного назначения и для различных жидкостей. 3 ил. ел

А