BRPI0619889A2 - dispositivo de amortecimento do volume de gás para amortecer pulsações de descarga em um meio sendo bombeado - Google Patents

Abstract

DISPOSITIVO DE AMORTECIMENTO DO VOLUME DE GáS PARA AMORTECER PULSAçõES DE DESCARGA EM UM MEIO SENDO BOMBEADO. A invenção refere-se a um dispositivo para amortecer pulsações de descarga em um meio sendo bombeado através de um sistema de tubos de um modo de pulsação por uma bomba de deslocamento que opera com uma característica de descarga específica, cujo dispositivo pelo menos compreende um alojamento com pelo menos uma câmara de amortecimento parcialmente preenchida com gás tendo um volume certo presente nela, cujo alojamento pode ser conectado ao sistema de tubos, de tal maneira que uma camada de interface está presente entre o meio e o gás na câmara de amortecimento durante operação, cuja câmara de amortecimento tem uma característica de pressão de gás desejada que parcialmente depende da característica de descarga na bomba de deslocamento, em que o volume de gás que está presente na câmara de amortecimento varia em tempo entre um volume mínimo de compressão e um volume máximo de expansão mediante a influência das ditas pulsações de descarga durante operação, bem como dispositivos de ajuste que suprem gás a ou descarregam gás da câmara de amortecimento. A presente invenção fornece uma construção mais simples e menos complicada tanto para amortecedores de pulsação fornecidos com um elemento de separação quanto para caixas de ar não fornecidas com um elemento de separação. De modo a alcançar um amortecimento otimizado das pulsações de descarga, os dispositivos de ajustes são, de acordo com a invenção, dispostos para determinar a característica de pressão de gás desejada na câmara de amortecimento com base na característica de descarga da bomba de deslocamento e determinar a característica de pressão de gás corrente na câmara de amortecimento, e comparar a característica de pressão de gás corrente como determinado com a característica de pressão de gás desejada da câmara de amortecimento e determinar a posição corrente da camada de interface na câmara de amortecimento com base na dita comparação.

Description

Relatório Descritivo da Patente de Invenção para "DISPOSITIVO DE AMORTECIMENTO DO VOLUME DE GÁS PARA AMORTECER PUL- SAÇÕES DE DESCARGA EM UM MEIO SENDO BOMBEADO"

DESCRIÇÃO

A invenção refere-se a um dispositivo para amortecer pulsações de descarga em um meio que está sendo bombeado através de um sistema de tubos de um modo de pulsação através de uma bomba de deslocamento que opera com uma característica de descarga específica, cujo dispositivo compreende pelo menos um alojamento com pelo menos uma câmara de amortecimento parcialmente preenchida com gás tendo um volume certo presente nesse lugar, cujo alojamento pode ser conectado ao sistema de tubos, de tal maneira que uma camada de interface está presente entre o meio e o gás na câmara de amortecimento durante operação, cuja câmara de amortecimento tem uma característica de pressão de gás desejada que parcialmente depende da característica de descarga da bomba de desloca- mento, em que o volume de gás que está presente na câmara de amorteci- mento varia em tempo entre um volume de compressão mínimo e um volu- me de expansão máximo mediante a influência das ditas pulsações de des- carga durante a operação, bem como dispositivos de ajuste que suprem gás para ou gás de descarga da câmara de amortecimento.

A invenção também refere-sé a um método para amortecer pul- sações de descarga em um meio que está sendo bombeado através de um sistema de tubos de um modo de pulsação por uma bomba de deslocamento que opera com uma característica de descarga específica, usando um dis- positivo de bombeamento de volume de gás de acordo com a invenção, que é conectado ao tubo, em que uma camada de interface é formada durante paralisação entre o meio e o gás em uma câmara de amortecimento preen- chida com gás tendo um volume certo, e em que o volume de gás presente na câmara de amortecimento varia em tempo entre um volume de compres- são mínimo e um volume de expansão máximo mediante a influência das ditas pulsações de descarga durante operação, e em que o gás é suprido para ou descarregado da câmara de amortecimento para compensar o vo- lume médio de gás ideal no caso de mudanças nas pressões de operação.

Os fluxos de volume de pulsação que estão sendo bombeados através de um tubo são muitas vezes impostos por bombas de deslocamen- to, que geram em média um fluxo de volume que é constante e substancial- mente independente de pressão, para ser exato, mas que, no entanto, pul- sam intensamente com cada ciclo de distribuição. As pulsações de pressão geradas como resultado das ditas pulsações de descarga, por sua vez, le- vam a grandes forças dinâmicas, grandes movimentos ou vibrações no tubo ou nas suas construções de montagem e de suporte, dependendo da fre- qüência das ditas pulsações. Dependendo do comprimento do tubo, um fluxo de volume de pulsação em um tubo gera uma pressão de pulsação intensa- mente a montante no tubo como resultado de forças de aceleração e desa- celeração causadas pela massa do fluxo de volume.

O risco de falha devido à fadiga é muito grande. É uma prática comum, portanto, fornecer tais bombas com um dispositivo de amortecimen- to como referido na introdução, cujo dispositivo é disposto para amortecer as pulsações de descarga no tubo. Os dispositivos de amortecimento conheci- dos são usualmente referidos como amortecedores de pulsação de volume de gás.

Com os ditos amortecedores de pulsação do volume de gás, o fluxo de volume maior do que o médio, que é gerado pela bomba, é com- pensado por acumulação e compressão do gás que está presente na câma- ra de amortecimento e o fluxo de volume menor do que o médio, é compen- sado pela descarga de líquido da câmara de amortecimento através da ex- pansão de gás. Modalidades conhecidas de amortecedores de pulsação de volume são caixas de ar e amortecedores de pulsação de membrana.

No caso de caixas de ar o gás, usualmente ar, está em contato direto com o meio líquido. No caso de amortecedores de pulsação de mem- brana, o gás é separado do meio líquido por uma membrana de separação elástica. Além do mais, existem assim chamados "amortecedores de pulsa- ção de pistão", em que um pistão livremente móvel forma a separação entre o gás e o líquido. A provisão de um elemento de separação mecânica dire- ciona o contato entre o gás e o líquido, e, por conseguinte, a absorção do gás pelo líquido.

Quando são usadas caixas de ar, não é possível usar um gás pré-carregado antes do início da instalação. Como uma conseqüência, o vo- lume da caixa de ar é usualmente grande, uma vez que a parte grande do volume da caixa de ar já é consumida depois da compressão do ar (atmosfé- rico) para a pressão de operação média. O volume de gás na pressão de operação média determina a capacidade de amortecimento do amortecedor.

Uma possibilidade de pré-carregar uma caixa de ar com gás du- rante a operação é realizar isso por meio de uma medição de nível do líquido na caixa de ar/câmara de amortecimento. Através do suprimento de gás sob M pressão, o nível líquido médio na caixa de ar pode ser mantido em um nível substancialmente constante e o volume líquido pode ser mantido suficiente- mente pequeno, de modo que um amortecimento suficiente do volume de gás irá, contudo, permanecer, independentemente da pressão. Como já dito antes, um inconveniente da caixa de ar com seu contato de gás líquido dire- to é que o gás é lentamente absorvido pelo meio líquido e que um amorteci- mento cada vez menor do volume de gás permanecerá se nenhuma contra- medida, tal como o controle do nível acima mencionado, for tomado.

A pré-carga de gás é ótima no caso de um volume máximo de gás, isto é o volume líquido na pressão de operação média deve ser de mo- do que, quando a distribuição da bomba é temporariamente menor do que a média, o volume que necessita ser distribuído esteja ainda disponível com uma margem suficiente. Isto é baseado, no entanto, em uma média constan- te de pressão de operação. Se a dita pressão de operação média varia como resultado de quaisquer mudanças nas condições de operação, isso pode ser levado em conta na pré-carga de gás, e uma pressão de pré-carga menor deve ser usada. Como resultado, a pré-carga não Serpa ótima durante a pressão de operação média maior, e um amortecimento menor de volume de gás permanecerá.

As pressões de pré-carga de gás práticas variam entre 50% e 80% da média máxima de pressão de operação e, no caso de uma variação maior da pressão de operação, até 30% da média máxima de pressão de operação. Com pré-cargas de menos de 30%, o amortecimento remanes- cente do volume de gás em média máxima de pressão de operação é muito pequeno para alcançar um efeito de amortecimento adequado, ou um amor- tecimento excessivamente grande em relação ao tamanho da bomba deve ser selecionado, o que leva a altos custos.

Uma solução para isso é fornecer uma medição do "nível" para o amortecimento de pulsação conhecido ajustado com um elemento de sepa- ração também, e suprimento ou descarga de gás em resposta à dita medi- ção. Um método é controlar a carga de gás na câmara de amortecimento com base na posição corrente da camada de interface entre o meio e o gás, por exemplo, a parte central da membrana, ou com base na posição corrente do elemento de separação. A posição corrente da camada de interface é relacionada ao volume líquido que está presente na câmara de amorteci- mento.

É conhecida uma modalidade de um amortecedor de pulsação de volume de gás como referido à introdução, por exemplo, da publicação da Patente Alemã 40 31 239 A1. Na dita publicação da Patente, a camada de interface entre o gás e o meio a ser bombeado na câmara de amortecimento é formada por uma membrana de separação, a qual uma haste é conectada. A dita haste é levada para fora através de uma cobertura no alojamento. As posições da membrana corrente são detectadas via comutadores magnéti- cos durante a operação, e é adicionado gás para ou removido do volume de gás na câmara de amortecimento dependendo dela. Através do controle de volume de gás dessa maneira, a posição da membrana permanecerá entre suas duas posições máximas, o que tem um efeito positivo na operação bem como na vida de operação do dispositivo.

Um inconveniente de tal detecção de posição da membrana é a sua natureza mecânica. Além do mais, o dispositivo de amortecimento de pulsação da pressão do volume de gás compreende partes móveis, que são muito propensas ao desgaste como resultado dos movimentos muito dinâmi- cos da membrana. A haste móvel deve, além disso, ser dinamicamente ve- dada contra altas pressões de gás, ou o espaço externo do alojamento em que a haste se move deve ser estanque a pressão. Com essa construção, no entanto, as comutações magnéticas devem comutar através de uma pa- rede de metal espessa, o que é complexo e dispendioso.

Outras medições da posição da membrana ou do elemento de separação podem ser realizadas de uma maneira sem contacto através da cobertura fazendo uso de medição a distância com infravermelho, medição ultra-sônica ou outras técnicas. É também possível medir através da parede do alojamento usando radioatividade e, por conseguinte, determinar a posi- ção da membrana ou do elemento de separação. O uso de material radioati- vo, no entanto, tem diversos inconvenientes práticos, enquanto além disso é M dispendioso.

A presente invenção fornece uma solução simples e econômica tanto para amortecedores de pulsação fornecidos com um elemento de se- paração quanto para caixas de ar não fornecidas com um elemento de sepa- ração. De modo a alcançar um amortecimento otimizado das pulsações de descarga, os dispositivos de ajuste são, de acordo com a invenção, dispos- tos para determinar a característica de pressão de gás corrente na câmara de amortecimento e comparar a característica de pressão de gás corrente como determinado com a característica de pressão de gás desejada da câ- mara de amortecimento e determinar a posição corrente da camada de inter- face na câmara de amortecimento com base da dita comparação.

De acordo com a invenção, os dispositivos de ajuste são dispos- tos, em particular, para determinar a característica de pressão de gás dese- jada da câmara de amortecimento parcialmente com base na característica de descarga da bomba de deslocamento, e mais especificamente os disposi- tivos de ajuste são dispostos para determinar a posição da camada de inter- face na câmara de amortecimento na pressão média com base no volume da câmara e a pressão de compressão e de expansão associadas com o volume de gás de compressão e de expansão.

A pulsação de pressão pode ser amortecida de uma maneira mais eficiente e precisa fazendo uso da característica de pressão de gás determinada na câmara de amortecimento.

Uma modalidade especial da invenção é caracterizada pelo fato de que os dispositivos de ajuste compreendem pelo menos um sensor de pressão.

O dispositivo de acordo com a invenção é adicionalmente carac- terizado pelo fato de que a camada de interface entre o fluxo do volume de pulsação e o gás é formada por um elemento de separação.

Em uma modalidade específica, a câmara de amortecimento pode ser uma caixa de ar, enquanto, além disso, a câmara de amortecimen- to pode ser fornecida com uma membrana como a camada de interface en- tre o meio e o gás.

O método de acordo com a invenção é caracterizado pelo fato de que, para o propósito de amortecer as pulsações de descarga, a caracte- rística de pressão de gás desejada da câmara de amortecimento é determi- nada, a característica de pressão de gás corrente na câmara de amorteci- mento é determinada e comparada com a característica de pressão de gás desejada, e pelo fato de que a posição média da camada de interface na câmara de amortecimento é determinada com base na dita comparação.

Em uma modalidade especial do método de acordo com a in- venção, a característica de pressão de gás desejada da câmara de amorte- cimento é determinada com base na característica de descarga.

Mais especificamente, a posição corrente na camada de interfa- ce na câmara de amortecimento é determinada com base na característica de descarga da bomba, o volume da câmara e uma posição desejada da camada de interface na câmara de amortecimento na pressão média.

O método é adicionalmente caracterizado pelo fato de que a pressão de compressão e de expansão associada com o volume de gás de compressão e de expansão é determinada com base na característica de descarga da bomba, o volume da câmara e a posição da camada de interfa- ce na câmara de amortecimento em pressão média.

Tanto a caixa de ar quanto o amortecedor de pulsação ajustados com elementos de separação têm um volume específico determinado por sua configuração geométrica, cujo volume é conhecido. A característica de distribuição da bomba que é usada é conhecida também. Foi surpreenden- temente percebido que usando uma bomba de deslocamento tendo uma característica conhecida em combinação com o volume conhecido da câma- ra de amortecimento do dispositivo de acordo com a invenção e com uma quantidade assumida de (meio) líquido, considerada ser mínima na câmara de amortecimento (sendo a posição da camada de interface na câmara de amortecimento na pressão média), a pressão de compressão e de expansão do gás estão neste caso calculadas nas posições extremas da camada de interface em que o gás na câmara de amortecimento tem seu volume de compressão mínimo e seu volume de expansão máximo, respectivamente.

A pulsação de pressão total durante o ciclo da bomba é, por conseguinte, conhecida. Por outro lado, os níveis de pulsação que ocorrem em diferentes condições de operação podem ser medidos para a instalação em questão e subseqüentemente ser usados como pontos de referência pa- ra o controle adicional.

Como uma alternativa ao dito cálculo, o nível de pulsação que ocorre em diferentes condições de operação pode ser medido nas instala- ções em questão e subseqüentemente ser usado como pontos de referência no dito controle.

Por conseguinte, a posição corrente da camada de interface en- tre o meio e o gás pode ser indiretamente determinada por meio de uma medição de pressão simples na câmara de amortecimento. Com base nesse conhecimento os dispositivos de ajuste de acordo com a invenção parcial- mente determinam para que extensão o gás deve ser suprido à câmara de amortecimento ou ser descarregado de modo a amortecer a descar- ga/pulsação de volume que ocorre correntemente de uma maneira ótima com tão pouca pressão quanto possível.

A invenção adicionalmente refere-se a um método como referido na introdução, cujo método é de acordo com a invenção caracterizado pelo fato de que a pressão do gás no gás da câmara de pulsação do volume é medida para o propósito de determinar a posição da camada de interface. A invenção será agora explanada em mais detalhes com refe- rência a um desenho, em que:

A Figura 1 mostra uma modalidade de um dispositivo de pulsa- ção de pressão do volume de gás controlável de acordo com a técnica ante- rior;

A Figura 2 mostra uma primeira modalidade de um dispositivo de pulsação de pressão do volume de gás controlável de acordo com a inven- ção;

As Figuras 3 e 4 mostram diferentes características de pulsação de pressão para uso no controle do dispositivo de pulsação de pressão do volume de gás de acordo com a invenção;

Na Figura 1, é mostrado um dispositivo de pulsação de pressão do volume de gás controlável de acordo com a técnica anterior, e mais em particular um dispositivo de pulsação de pressão do volume de gás como descrito na publicação da patente Alemã 40 31 239.

O dispositivo conhecido compreende um alojamento 1, que in- corpora uma câmara de amortecimento 6. O alojamento 1 pode ser conecta- do a um tubo (não mostrado) por meio de um flange de conexão 5, através de cujo tubo um meio líquido é bombeado por meio de uma bomba de des- locamento. Tais bombas de deslocamento geram em média um fluxo de vo- lume constante, de pressão substancialmente independente do meio através do tubo, para ser exato, mas o dito fluxo de volume pulsa intensamente com cada ciclo de distribuição.

Além disso, dependendo do comprimento do tubo, um fluxo de volume de pulsação em um tubo gera uma pressão de pulsação intensamen- te a montante do tubo como resultado das forças de aceleração e desacele- ração. Dependendo da freqüência, as ditas pulsações de pressão, por sua vez, levam a grandes forças dinâmicas, movimentos ou vibrações no tubo e/ou na sua montagem ou construção de suporte.

Tais pulsações de pressão inevitavelmente levam à falha do sis- tema de tubos devido à fadiga. É desejável, por conseguinte, que as pulsa- ções de pressão no tubo sejam amortecidas durante a operação, para cujo propósito são usados os dispositivos de amortecimento como descrito na publicação da Patente Alemã 40 31 239.

No dispositivo de amortecimento de pulsação do volume de gás que é correntemente conhecido, uma membrana flexível 4 está presente no alojamento 1, cuja membrana divide a câmara de amortecimento 6 em uma subcâmara 1b para o meio líquido ser bombeado e uma subcâmara 1a para gás, cujo gás é separado do meio líquido pela membrana 4. O meio líquido pode fluir na subcâmara 1 b via o tubo 5a e o acoplamento de flange 5.

Um aumento na descarga leva a uma aceleração necessária da massa líquida na porção do tubo a montante, para o que uma força de mas- sa ou pressão de bomba adicional é, por sua vez requerida, o que leva a um 1,1 acúmulo de meio líquido na subcâmara 1b do amortecedor de volume de gás 1. Por conseguinte, a aceleração/força é reduzida ao valor da pressão de compressão pelo nivelamento descendente da descarga de pico.

Do mesmo modo, uma diminuição na descarga da bomba é compensada pela descarga do meio líquido da subcâmara 1b através da expansão do gás na subcâmara 1a. Por conseguinte, a membrana 4 irá su- portar um movimento intermitente com cada ciclo de bomba, com a quanti- dade do volume de meio aumentando e o gás na subcâmara 1a simultane- amente sendo comprimido e um fluxo de retorno de meio líquido no tubo fa- zendo com que o gás na subcâmara 1a expanda.

Um efeito de amortecimento ótimo, isto é um aumento e diminui- ção de pressão mínima mediante absorção da característica de bomba de volume de pulsação, é obtido quando um volume de gás máximo é disponí- vel (de acordo com as leis de gás). Isto é, quando o volume é máximo. Den- tro da função de bombeamento normal, o limite é determinado pelo elemento de separação exatamente não tocando o botão da câmara de amortecimento 1a durante um volume máximo de descarga da câmara.

O dispositivo de amortecimento de pulsação do volume de gás conhecido é para tal fim fornecido com dispositivos que suprem gás a ou descarregam gás da subcâmara 1a para amortecer as pulsações de pres- são. Os ditos dispositivos compreendem um reservatório de armazenagem 9 com gás que pode ser introduzido na subcâmara 1a mediante pressão via um tubo de suprimento 7. Para tal fim uma válvula 11 é montada no tubo de suprimento 7, cuja válvula pode ser aberta ou fechada por meio de um sole- nóide de acionamento 13, 16.

Os ditos dispositivos também compreendem um tubo de descar- ga 8 para descarregar gás da subcâmara 1 a para o lado de fora do dispositi- vo de pulsação de pressão do volume de gás, em cujo tubo de descarga 8 uma válvula 12 é, além do mais, montada, cuja válvula pode ser aberta e fechada por meio de um solenóide 14, 17.

A membrana 4 na câmara de amortecimento 6 é fornecida com uma haste 3 que se estende através do alojamento 1. Durante o movimento intermitente da membrana 4 na câmara de amortecimento causado pelas pulsações de descarga do meio líquido, a haste 3 irá, dessa maneira, mover para dentro e para fora do alojamento 1 do dispositivo. O grau de movimento e a posição de movimento da haste 3 (e conseqüentemente da membrana 4) podem ser lidos de uma graduação, em cuja graduação dois comutadores magnéticos 10 e 10' são colocados.

No caso de um desvio excessivamente grande da posição de movimento da membrana 4, um dos dois comutadores magnéticos 10-10' é energizado, como resultado de que tanto a válvula de suprimento 11 quanto a válvula de descarga 12 está aberta ou fechada. Por conseguinte, pode ser suprido gás à subcâmara 1 a do reservatório de armazenagem 9 ou ser des- carregado da subcâmara 1a via o tubo de descarga 8 com base na posição de movimento da 4.

Uma inconveniência desse dispositivo de amortecimento de pul- sação do volume de gás conhecido é o fato de que são usadas partes mó- veis, em particular a haste 3 móvel, que se estende através do alojamento 1. Como resultado, a membrana não mais força o equilíbrio e encontra tensão adicional. Esta construção requer uma vedação adequada da haste e do alo- jamento no local do alojamento 1 de modo a impedir o gás de escapar da câmara de amortecimento 6 ao longo da haste 3. As partes móveis são mui- to propensas ao desgaste por causa do movimento altamente dinâmico da membrana 4, embora além disso a vedação ao longo da haste 3 deva satis- fazer exigências específicas, altas.

Quando a haste não é levada para o lado de fora, a medição e o controle devem ocorrer através da parede de pressão, para o que uma cons- trução complexa e dispendiosa é necessária.

Ambas as modalidades requerem uma haste e guia suficiente- mente estável e espessa de modo a manter a parte central da membrana em uma posição estável.

A Figura 2 mostra uma modalidade do dispositivo de amorteci- mento de pulsação do volume de gás de acordo com a invenção, que não tem os inconvenientes correntemente conhecidos dos dispositivos de amor- 1,1 tecimento do volume de gás da técnica anterior.

Tais partes na figura 2 que correspondem às partes mostradas na figura 1 são indicadas pelos mesmos números que na figura 1.

Nessamodalidadeodispositivodeamortecimentodovolumede gás é um dispositivo de amortecimento do tipo membrana, embora seja tam- bém possível usar uma caixa de ar como o dispositivo de amortecimento do volume de gás.

Analogamente ao dispositivo conhecido como mostrado na figu- ra 1, o dispositivo de amortecimento do volume de gás de acordo com a in- venção compreende um alojamento 1, que é conectado por meio de um flange a uma porção de tubo 5a que forma parte de um sistema de tubos maior.

Um meio líquido é bombeado através do dito sistema de tubos por meio de uma bomba de deslocamento (não mostrada), com pulsações de descarga consideráveis ocorrendo no fluxo de volume durante um ciclo de bomba. O alojamento 1 é fornecido com uma câmara de amortecimento 6, que é dividida por uma membrana 4 em uma subcâmara 1b para acumu- lar meio líquido do tubo 5a e retornar o dito meio líquido para o tubo 5a, e uma subcâmara 1a para o gás de amortecimento.

Os dispositivos usados para amortecer ou ajustar as pulsações de descarga que ocorrem no meio líquido e, por conseguinte, no dispositivo de amortecimento do volume de gás em pressão de operação média mudam durante cada ciclo de bomba incluindo um reservatório de armazenagem 9 preenchido com um gás pressurizado, por exemplo, nitrogênio N2. O dito reservatório de armazenagem 9 é conectado, via um tubo de suprimento 7, para a subcâmara 1 do dispositivo de amortecimento de pulsação da sub- câmara de gás para suprir gás para a subcâmara 1a para, por exemplo, criar uma pré-pressão de gás.

Uma válvula de retenção 15 é montada no tubo de suprimento 7 de modo a impedir o gás de fluir de volta na direção do reservatório de ar- mazenagem 9 via o tubo de suprimento 7. Uma válvula de suprimento 11 é montada a montante da válvula de retenção 15, cuja válvula de suprimento pode ser aberta e fechada por um solenóide 11a. O solenóide 11a é conec- tado a uma unidade de controle 20 por meio de uma linha de conexão elétri- ca 23 adequada, cuja unidade de controle forma parte dos dispositivos de ajuste. Os dispositivos de ajuste de acordo com a invenção também com- preendem um tubo de descarga 8 para o gás que está presente na subcâ- mara 1a, cujo tubo de descarga 8 pode ser aberto e fechado por meio de uma válvula de descarga 12. A válvula de descarga 12 é acionada por um solenóide eletromagnético 12a, que é conectado à unidade de controle 20, acima mencionado, de uma maneira correspondente por meio de uma linha de conexão elétrica.

Nessa modalidade uma parte do tubo de suprimento 7 também funciona como um tubo de descarga 8, o qual leva a uma construção menos complicada, simples, uma vez que somente um tubo 7, 8 necessita ser co- nectado ao alojamento 1 do dispositivo de amortecimento de pulsação do volume de gás de acordo com a invenção.

Quando a válvula de descarga 12 é aberta (através de energiza- ção adequada do solenóide eletromagnético 12a pela unidade de controle 20), o gás presente na subcâmara 1a pode ser descarregado na atmosfera externa, via o tubo de suprimento/descarga 7,8, o tubo de descarga 8 e uma válvula reguladora 21.

É também possível coletar outra vez o gás descarregado em um tanque de armazenagem de baixa pressão e subseqüentemente aumentar outra vez a pressão de gás por meio de um dispositivo compressor, de modo que o gás possa ser usado outra vez para ser suprido para um amortecedor.

Da mesma maneira, a válvula de suprimento 11 pode ser aberta através de energização adequada do solenóide eletromagnético 11a pela unidade de controle 20, de modo que o gás pressurizado N2 que está pre- sente no reservatório de armazenagem 9 possa fluir para a subcâmara 1a do dispositivo de amortecimento de pulsação do volume de gás via o tubo de suprimento 7 (fazendo com que a válvula de retenção 15 abra).

De acordo com a invenção, o dito controle da carga de gás não ocorre por meio de uma construção mecânica, mas por meio de um sensor de pressão 19, que mede a pressão corrente do gás na subcâmara 1a. Mais em particular, o sensor de pressão 19 mede a pressão corrente com uma freqüência suficientemente alta, de modo que também a característica ou padrão de pulsação de pressão corrente na câmara de amortecimento seja determinado daí.

O dito sensor de pressão 19 é conectado à unidade de controle 20 por meio de uma linha de conexão elétrica 19a, cuja unidade de controle 20 é assim disposta de modo que ela compara a característica de pressão de gás medida com a característica de pressão conhecida da bomba com base no sinal elétrico distribuído pelo sensor de pressão 19, cujo sinal repre- senta a característica de pressão de gás corrente na subcâmara 1a.

Com base nessa comparação, é possível determinar uma mu- dança na pressão de operação e a posição corrente da camada de interface entre o gás e o meio líquido (nesse caso a membrana física 4), e com base nela o solenóide eletromagnético 12a ou 11a é energizado via a linha de co- nexão 22 ou 23. A posição de movimento inicial da membrana pode ser a- daptada por descarga de gás da subcâmara 1 a via o tubo de descarga 8 e a, por conseguinte, válvula de descarga 12 aberta ou, no caso da válvula de suprimento 11 sendo acionada e aberta, por suprimento de gás pressurizado do reservatório de armazenagem 9 para a subcâmara 1a do dispositivo de amortecimento de pulsação do volume de gás via o tubo de suprimento 7. Dessa maneira, a membrana é impedida de se mover além das posições de operação desejadas mediante amortecimento das pulsações de descarga, o que pode por um lado levar para a membrana que está sendo avariada como resultado de repetidamente entrar em contato com a parede da câmara de amortecimento no fundo, enquanto por outro lado um volume máximo de gás está, apesar disso, presente no amortecedor pretendido para uma pulsação mínima quando está amortecendo as pulsações de descarga.

Isso será explanado a título de exemplo com referência às figu- ras 3a e 3b.

A Figura 3a mostra uma resposta de amortecedor ou o padrão de pressão na câmara de amortecimento preenchido de gás de um dispositi- vo de amortecimento de pulsação do volume de gás de acordo com a inven- ção. O padrão de pressão é plotado ao longo do eixo vertical contra a revo- lução que o eixo de manivela da bomba faz durante um percurso (revolu- ção). Uma vez que o padrão de pressão que é mostrado na figura 3a é cau- sado por uma bomba de reciprocação de múltiplos cilindros, diversos picos deslocados no momento são formados.

O padrão de pressão que é mostrado na figura 3a é típico de um tipo específico de bomba.

A Figura 3b mostra um padrão de pressão medido conforme po- de ser determinado com o método e o dispositivo de acordo com a invenção, por exemplo, por meio de um sensor de pressão que é disposto na câmara de amortecimento. Todas as espécies de desvios podem ser derivadas do padrão de pressão medido - através de comparação dele com o padrão de pressão associado com a bomba que é usada ou com a característica de pressão como mostrado na figura 3a - com base em cujos desvios a posição corrente da camada de interface na câmara de amortecimento do dispositivo de amortecimento de pulsação do volume de gás pode ser determinado.

Como claramente mostrado na figura 3b, os picos mais baixos são achatados em comparação com os picos correspondentes na figura 3a, que são associados com o padrão de pressão conhecido ou característica da bomba que é usada. Baseado nessa característica de pressão medida, pode ser determinado que muito gás está presente na câmara de amorteci- mento, e que como resultado do movimento intermitente da camada de inter- face (por exemplo, a membrana), a última irá golpear contra a parede interna da câmara de amortecimento.

O estado da câmara de amortecimento e, mais em particular, da membrana de separação, como representado pela característica de pressão de acordo com a figura 3b, em primeiro lugar sugere uma ação de amorte- cimento ineficiente da câmara de amortecimento, mas além disso sugere avaria possível à membrana de separação, uma vez que ela intermitente- mente golpeia contra o fundo da câmara de amortecimento e pode, por con- seguinte, ser avariado.

Com base na comparação da característica de pressão da figura

3b com a já conhecida característica de pressão como mostrado na figura 3a, é possível determinar a posição corrente da membrana de separação na câmara de amortecimento e, além disso, a posição de movimento da mem- brana pode adequadamente ajustar a pressão de gás na câmara de amorte- cimento, de tal maneira que a membrana não mais golpeará contra o fundo da câmara de amortecimento mediante alcance das suas posições máximas, mas que se moverá livremente para cima e para baixo na câmara de amor- tecimento como resultado da pulsação a ser amortecida.

Por conseguinte, as pulsações de descarga em um líquido que fluem através do tubo 5a podem ser amortecidas de uma maneira simples, usando uma construção simples, por meio dessa modalidade. O método in- direto de medição, isto é medição da pressão de gás corrente na subcâmara 1a por meio do sensor de pressão 19, cujo valor medido é subseqüentemen- te usado para determinar a posição corrente da membrana 4 no dispositivo de amortecimento, em cuja base o gás é tanto suprido a ou descarregado da subcâmara 1a, obvia a necessidade de usar um método de medição direto, mecânico (como descrito na patente Alemã 40 31 239).

Todas as inconveniências que são conhecidas em relação a es- se método de medição conhecido, tal como o uso de partes adicionais, que são propensas ao desgaste, bem como as exigências específicas feitas com respeito à vedação de pressão, são obviadas dessa maneira.

A válvula de suprimento 11 e a válvula de descarga 12 são as- sim chamadas válvulas acionadas por pressão a gás, uma vez que elas são abertas e fechadas por meio de ar de controle pressurizado a, por exemplo, 500 Kpa-700 KPa (5-7 bar). Para tal fim o dispositivo de ajuste de acordo com a invenção compreende uma linha de suprimento de ar pressurizado 25, que supre ar de controle pressurizado a 500 kpa -700 kPa (5-7 bar) pa- ra a válvula de suprimento 11 e a válvula de descarga 12 via as linhas de suprimento pneumático 25a e 25b, respectivamente. Os solenóides de acio- namento eletromagnético 11a e 12a são fornecidos com um mecanismo de válvula por meio do que o ar de controle pressurizado pode ser levado para as válvulas 11 ou 12 dependendo dos sinais de controle 23-22 distribuídos pela unidade de controle 20. É também possível usar válvula eletricamente energizada como uma alternativa para as válvulas controladas a ar e acio- nadas a ar.

Uma ou mais válvulas de segurança 24a-24b podem ser monta- das no tubo de suprimento 7 como proteção contra pressões excessivas que podem ocorrer nos tubos 7,8.

Claims (11)

1. Dispositivo para amortecer pulsações de descarga em um meio sendo bombeado através de um sistema de tubos de um modo de pul- sação por uma bomba de deslocamento que opera com uma característica de descarga especifica, cujo dispositivo pelo menos compreende: um alojamento com pelo menos uma parcialmente câmara de amortecimento preenchida com gás tendo um volume certo presente aqui, cujo alojamento pode ser conectado ao sistema de tubos, de tal maneira que uma camada de interface esteja presente entre o meio e o gás na câmara de amortecimento durante operação, cuja câmara de amortecimento tem uma característica de pres- 1,1 são de gás desejada que parcialmente depende da característica de descar- ga da bomba de deslocamento, em que o volume de gás que está presente na câmara de amor- tecimento varia em tempo entre um volume mínimo de compressão e um volume máximo de expansão mediante à influência de ditas pulsações de descarga durante operação, bem como dispositivos de ajuste que suprem gás a ou descarre- gam gás da câmara de amortecimento, caracterizado pelo fato de que os dispositivos de ajuste, de modo a alcançar um amortecimento otimizado das pulsações de descarga, são dispostos para determinar a característica de pressão de gás corrente na câmara de amortecimento e comparar a caracte- rística de pressão de gás corrente como determinado com a característica de pressão de gás desejada da câmara de amortecimento e determinar a posição corrente da camada de interface na câmara de amortecimento com base na dita comparação.

2. Dispositivo de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que os dispositivos de ajuste são dispostos para determinar a característica de pressão de gás desejada da câmara de amortecimento parcialmente com base na característica de descarga da bomba de deslo- camento.

3. Dispositivo de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracteriza do pelo fato de que os dispositivos de ajuste são dispostos para determinar a posição da camada de interface na câmara de amortecimento em pressão média com base no volume da câmara e a pressão de compressão e expan- são associadas com o volume de gás de compressão e de expansão.

4. Dispositivo de acordo com qualquer uma ou mais das reivindi- cações 1-3, caracterizado pelo fato de que os dispositivos de ajuste compre- endem pelo menos um sensor de pressão.

5. Dispositivo de acordo com qualquer uma ou mais das reivin- dicações precedentes, caracterizado pelo fato de que a camada de interface entre o fluxo de volume de pulsação e o gás é formada por um elemento de separação.

6. Dispositivo de acordo com qualquer uma ou mais das reivin- dicações 1 -5, caracterizado pelo fato de que a câmara de amortecimento é uma caixa de ar.

7. Dispositivo de acordo com qualquer uma ou mais das reivin- dicações 1 -5, caracterizado pelo fato de que a câmara de amortecimento é fornecida com uma membrana como a camada de interface entre o meio e o gás.

8. Método para amortecer pulsações de descarga em um meio sendo bombeado através de um sistema de tubos de um modo de pul- sação por uma bomba de deslocamento que opera com uma característica de descarga específica, usando um dispositivo de amortecimento de pulsa- ção do volume de gás de acordo com qualquer uma ou mais das reivindica- ções precedentes, que é conectado ao tubo, em que uma camada de inter- face é formada durante a paralisação entre o meio e o gás em uma câmara de amortecimento preenchida com gás tendo um volume certo, e em que o volume de gás presente na câmara de amortecimento varia em tempo entre um volume mínimo de compressão e um volume máximo de expansão me- diante a influência das ditas pulsações de descarga durante operação, e em que o gás é suprido para ou descarregado da câmara de amortecimento pa- ra compensar o volume de gás médio ideal no caso de mudanças nas pres- sões de operação, caracterizado pelo fato de que, para o propósito de amor- tecer as pulsações de descarga, a característica de pressão de gás deseja- da da câmara de amortecimento é determinada, a característica de pressão de gás corrente na câmara de amortecimento é determinada e comparada com a característica de pressão de gás desejada, e em que a posição média da camada de interface na câmara de amortecimento é determinada com base na dita comparação.

9. Método de acordo com a reivindicação 8, caracterizado pelo fato de que a característica de pressão de gás desejada da câmara de amor- tecimento é determinada com base na característica de descarga.

10. Método de acordo com a reivindicação 8 ou 9, caracterizado pelo fato de que a posição corrente da camada de interface na câmara de -1,1 amortecimento é determinada com base na característica de descarga da bomba, no volume da câmara e em uma posição desejada da camada de interface na câmara de amortecimento na pressão média.

11. Método de acordo com a reivindicação 10, caracterizado pe- lo fato de que a pressão de compressão e expansão associada com o volu- me de gás em compressão e expansão e determinada com base na caracte- rística de descarga da bomba, o volume da câmara e a posição da camada de interface na câmara de amortecimento em pressão média.