EA045465B1

EA045465B1 - ELECTROMAGNETIC INDUCTION MODULATOR

Info

Publication number: EA045465B1
Application number: EA202391425
Authority: EA
Inventors: Эркинбек Бекбоевич Бекбоев; Чинара Эркинбековна Бекбоева; Жылдыз Эркинбековна Бекбоева
Original assignee: Эркинбек Бекбоевич Бекбоев; Чинара Эркинбековна Бекбоева; Жылдыз Эркинбековна Бекбоева
Filing date: 2023-05-02
Publication date: 2023-11-28

Description

Изобретение относится к области гидротехники и может быть использовано в качестве модулятора гидравлических ударов в гидротаранах и прочих устройствах, использующих явление гидравлического удара.The invention relates to the field of hydraulic engineering and can be used as a water hammer modulator in hydraulic rams and other devices using the phenomenon of water hammer.

Известен модулятор гидравлических ударов (патент под ответственность заявителя KG № 2331, С1, кл. F04F 7/02, 29.07.2022), содержащий подключенный к емкости ударный трубопровод с задвижкой, один конец которого подключен к емкости, корпус, подключенный ко второму концу ударного трубопровода, и установленное в средней его части сбросное отверстие, ударный клапан, установленный в полости клапанной камеры под сбросным отверстием, при этом клапан имеет установленную в направляющих центральную воздухоотводящую трубу с краном, сбросную камеру, установленную на клапанной камере, сбросную трубу с задвижкой, подключенную одним концом к сбросной камере, а второй ее конец установлен вне устройства, а также имеет вливную трубу с задвижкой, воздушную трубу с краном и сливной кран, содержит два магнита, установленные на сбросной камере и диск металлический, установленный на центральной воздухоотводящей трубе и в условия контактного соединения с магнитами. При этом модулятор гидравлических ударов может содержать один, два и более магнитов, а также один, два и более электромагнитов.A water hammer modulator is known (patent under the responsibility of the applicant KG No. 2331, C1, class F04F 7/02, 07/29/2022), containing a shock pipeline with a valve connected to the tank, one end of which is connected to the tank, a housing connected to the second end of the shock pipeline, and a discharge hole installed in its middle part, an impact valve installed in the cavity of the valve chamber under the discharge hole, wherein the valve has a central air outlet pipe with a tap installed in the guides, a relief chamber installed on the valve chamber, a discharge pipe with a valve connected one end to the discharge chamber, and its second end is installed outside the device, and also has an inlet pipe with a valve, an air pipe with a valve and a drain valve, contains two magnets installed on the discharge chamber and a metal disk installed on the central air outlet pipe and in conditions contact connection with magnets. In this case, the water hammer modulator may contain one, two or more magnets, as well as one, two or more electromagnets.

Недостатком работы устройства является низкая эффективность работы.The disadvantage of the device is its low operating efficiency.

Задача изобретения - повышение эффективности работы устройства.The objective of the invention is to increase the efficiency of the device.

Поставленная задача достигается тем, что модулятор электромагнитной индукции содержит подключенные к напорной емкости ударный трубопровод, направляющую трубу, магнит, металлический диск, воздушный кран и подключенные к напорной емкости вливную трубу жидкости с краном, трубу подачи газа с краном и сливной кран, при этом направляющая труба установлена в верхней части напорной емкости и нижний конец трубы расположен в ее полости и имеет отверстия, а ударная труба нижним концом установлена в направляющей трубе и имеет в верхней части ударную плиту-заглушку и центральный вал, который прикреплен к верхней плоскости плиты-заглушки, к которой также подключен воздушный кран; кроме того, металлический диск вала прикреплен к верхнему концу центрального вала; устройство также содержит жестко установленную на расчетной плановой и высотной отметке основную плиту, установленную из условия максимального взаимодействия магнита, установленного на основной плите с металлическим диском; устройство также содержит контурные магниты и установленную на расчетных плановых и высотных отметках индукционную катушку из условия максимального его взаимодействия с контурными магнитами. Устройство также может содержать один, два и более индукционных катушек, а ударная труба может содержать один, два и более контурных электромагнитов, а также возможно совместное содержание контурных электромагнитов и контурных магнитов. Устройство также может совместно содержать магнит и электромагнит.This task is achieved in that the electromagnetic induction modulator contains a shock pipeline, a guide pipe, a magnet, a metal disk, an air valve, connected to the pressure tank, a liquid inlet pipe with a valve, a gas supply pipe with a valve and a drain valve connected to the pressure tank, and the guide the pipe is installed in the upper part of the pressure tank and the lower end of the pipe is located in its cavity and has holes, and the shock pipe with its lower end is installed in the guide pipe and has an impact plug plate in the upper part and a central shaft, which is attached to the upper plane of the plug plate, to which the air valve is also connected; in addition, a metal shaft disk is attached to the upper end of the central shaft; the device also contains a main plate rigidly installed at the calculated plan and elevation level, installed under the condition of maximum interaction of the magnet installed on the main plate with the metal disk; the device also contains contour magnets and an induction coil installed at the calculated plan and elevation marks in order to maximize its interaction with the contour magnets. The device may also contain one, two or more induction coils, and the shock tube may contain one, two or more loop electromagnets, and it is also possible to contain loop electromagnets and loop magnets together. The device may also comprise a magnet and an electromagnet together.

Модулятор электромагнитной индукции, а также его работа показаны на схемах.The electromagnetic induction modulator, as well as its operation, are shown in the diagrams.

На фиг. 1 показан модулятор электромагнитной индукции в плане.In fig. Figure 1 shows the electromagnetic induction modulator in plan.

На фиг. 2 - вид МЭИ сбоку (вид А).In fig. 2 - side view of MEI (view A).

На фиг. 3-16 показаны схемы, поясняющие работу устройства, а также возможные варианты исполнения (продольный разрез В-В).In fig. 3-16 shows diagrams explaining the operation of the device, as well as possible design options (longitudinal section B-B).

Модулятор электромагнитной индукции (фиг. 1, 2, 3) содержит установленную в напорной емкости 1 направляющую трубу 2, имеющую отверстия 3, а также установленную в направляющей трубе 2 ударную трубу 4, имеющую в верхней части ударную плиту-заглушку 5 с воздушным краном 6. Кроме того, устройство содержит установленный на заглушке 5 центральный вал 7 и прикрепленный к ней металлический диск 8, а также жестко установленную основную плиту 9 и прикрепленный к ней магнит 10. При этом напорная емкость 1 содержит датчик давления газа 11, кран сброса жидкости 12, вливную трубу жидкости 13, имеющую кран 14, трубу подачи газа 15 с краном 16 и реле давления 17. Кроме того, устройство содержит контурные магниты 18, индукционную катушку 19, а также может содержать электромагнит 20 и блок управления работой электромагнита 21, а также контурный электромагнит 22.The electromagnetic induction modulator (Fig. 1, 2, 3) contains a guide pipe 2 installed in the pressure tank 1, having holes 3, as well as an impact pipe 4 installed in the guide pipe 2, which has an impact plate-plug 5 in the upper part with an air valve 6 In addition, the device contains a central shaft 7 mounted on a plug 5 and a metal disk 8 attached to it, as well as a rigidly mounted main plate 9 and a magnet 10 attached to it. In this case, the pressure tank 1 contains a gas pressure sensor 11, a liquid discharge valve 12 , a liquid inlet pipe 13 having a valve 14, a gas supply pipe 15 with a valve 16 and a pressure switch 17. In addition, the device contains loop magnets 18, an induction coil 19, and may also contain an electromagnet 20 and a control unit for the operation of the electromagnet 21, as well as loop electromagnet 22.

Принятые условные обозначения по тексту и схемам.Accepted conventions for text and diagrams.

МЭИ - модулятор электромагнитной индукции;MEI - electromagnetic induction modulator;

Н - отметка расчетного напора в системе;N - mark of the design pressure in the system;

НЕ - отметка расчетного наполнения в напорной емкости 4;NOT - design filling mark in pressure tank 4;

РЕ - датчик давления газа 9;PE - gas pressure sensor 9;

Р_Т - реле давления 15;R _T - pressure switch 15;

(0-0) - плоскость входного отверстия направляющей трубы 2;(0-0) - plane of the inlet hole of the guide pipe 2;

Р - сила давления воды на нижнюю поверхность ударной плиты 2;P is the force of water pressure on the lower surface of the impact plate 2;

Р_М - сила примагничивания плиты 6 магнитом 8;R _M is the force of magnetization of the plate 6 by magnet 8;

V - скорость движения потока воды в ударной трубе;V is the speed of the water flow in the shock tube;

С - скорость движения ударной волны;C is the speed of the shock wave;

(+, +) - волна высокого давления;(+, +) - high pressure wave;

(-, -) - волна низкого давления;(-, -) - low pressure wave;

Устройство (МГУ) работает следующим образом (фиг. 1-9).The device (MGU) operates as follows (Fig. 1-9).

Будем считать, что полость модулятора электромагнитной индукции заполнена жидкостью (фиг. 3-9),We will assume that the cavity of the electromagnetic induction modulator is filled with liquid (Fig. 3-9),

- 1 045465 наполнение в напорной емкости 1 находится на отметке расчетного наполнения НЕ, поддерживаемого автоматически штатными устройствами и вся система находится под давлением воздуха, поступающего по трубе подачи газа 15 с краном 16, обеспечивающим давление воды на отметке Н при контрольной работе датчика давления газа 11 и реле давления 17, которые в автоматическом режиме обеспечивают включение или отключение насоса, компрессора или других устройств, задействованных в работе комплекса. Кроме того, основная плита 9 неподвижна и жестко установлена на расчетной отметке и имеет отверстие, в которой центральный вал 7 может свободно перемещаться относительно вертикальное оси.- 1 045465 filling in pressure tank 1 is at the calculated filling level NOT, supported automatically by standard devices, and the entire system is under air pressure supplied through the gas supply pipe 15 with valve 16, providing water pressure at the H mark during control operation of the gas pressure sensor 11 and pressure switch 17, which automatically enable or disable the pump, compressor or other devices involved in the operation of the complex. In addition, the main plate 9 is stationary and rigidly mounted at the design level and has a hole in which the central shaft 7 can move freely relative to the vertical axis.

Для включения устройства начнем под давлением подавать газ по трубе подачи газа 15 при открытом кране 16 в напорную емкость 1, вследствие чего давление в напорной емкости 1 будет повышаться, что приведет к возникновению силы Р, действующей на ударную плиту-заглушку 5. При этом магнит 10 посредством силы примагничивания РМ будет держать металлический диск 8 с силой, превышающей в текущий момент силу давления Р, действующей на ударную плиту-заглушку 5, что будет удерживать ударную трубу 4 в статичном положении (фиг. 3, 4). С превышением силы давления воды Р над силой РМ, что можно выразить неравенством Р>РМ, произойдет отрыв металлического диска 8 от магнита 10 и ударная труба 4 вместе с контурными магнитами 16 и объемом воды, заключенным в полости трубы под действием давления воздуха в полости напорной емкости 1 и силы Р, действующей на ударную плитузаглушку 5, начнет со скоростью V перемещаться в верх (фиг. 5). При этом вследствие возникшего движения контурных магнитов 16 относительно индукционной катушки 17 в индукционной катушке возникнут переменные электрические индукционное напряжение U и ток I. С достижением ударной трубы 4 основной плиты 9 и с касанием ее нижней жесткой плоскости ударной плитой-заглушкой 5 произойдет мгновенная остановка ударной трубы 4, что тут же приведет к возникновению гидравлического удара и образовавшаяся волна высокого давления (+, +) (фиг. 6) устремится ко входному сечению (0, 0) направляющей трубы 2. В связи с включением устройства в работу кран 16 следует закрыть, и поддерживать давление в системе будут средства автоматики посредством насосов, компрессоров, датчика давления газа 11 и реле давления 17.To turn on the device, we will begin to supply gas under pressure through the gas supply pipe 15 with valve 16 open into the pressure tank 1, as a result of which the pressure in the pressure tank 1 will increase, which will lead to the emergence of a force P acting on the impact plate-plug 5. At the same time, the magnet 10, by means of the magnetizing force PM, will hold the metal disk 8 with a force exceeding the current pressure force P acting on the shock plug plate 5, which will hold the shock tube 4 in a static position (Fig. 3, 4). When the water pressure force P exceeds the force PM, which can be expressed by the inequality P>PM, the metal disk 8 will separate from the magnet 10 and the shock tube 4 will occur together with the contour magnets 16 and the volume of water enclosed in the cavity of the pipe under the influence of air pressure in the pressure cavity container 1 and the force P acting on the impact plate plug 5 will begin to move upward at a speed V (Fig. 5). In this case, as a result of the resulting movement of the contour magnets 16 relative to the induction coil 17, alternating electrical induction voltage U and current I will arise in the induction coil. When the shock tube 4 reaches the main plate 9 and touches its lower rigid plane with the shock plate-plug 5, the shock tube will instantly stop 4, which will immediately lead to the occurrence of a hydraulic shock and the resulting high pressure wave (+, +) (Fig. 6) will rush to the inlet section (0, 0) of the guide pipe 2. In connection with the device being put into operation, valve 16 should be closed, and the pressure in the system will be maintained by automatic means through pumps, compressors, gas pressure sensor 11 and pressure switch 17.

Поскольку гидравлический удар является сочетанием движения и преобразования различных волн и нас интересует только две его составляющие, а именно волна высокого давления (+, +) и волна низкого давления (-, -), то мы отбросим моменты образования и движения волн восстанавливающего давления (В-В).Since water hammer is a combination of the movement and transformation of various waves and we are interested only in two of its components, namely the high pressure wave (+, +) and the low pressure wave (-, -), we will discard the moments of formation and movement of restoring pressure waves (B -IN).

При образовании волны низкого давления (-, -) (фиг. 7) и ее быстром перемещении вниз ко входному отверстию направляющей трубы 2 к сечению (0-0) (фиг. 8), а также резком понижении давления в полости ударной трубы 4 под действием атмосферного давления и силы тяжести ударная труба 4 вместе с контурными магнитами 18 быстро опустится в крайнее нижнее положение, при этом вследствие вновь возникшего движения контурных магнитов 16 относительно индукционной катушки 17 в индукционной катушке возникнут переменные электрические индукционное напряжение U и ток I, a металлический диск 8, попав под действие магнитного поля магнита 10, будет вновь жестко примагничен им (фиг. 8) силой РМ. И при образовании следующей волны восстанавливающего давления (В-В) (фиг. 9) с последующим ее достижением ударной плиты-заглушки 5 произойдет удар волны (фиг. 10) и отрыв металлического диска 8 от магнита 10, а ударная труба 4 начнет вновь перемещаться (фиг. 5) в верхнее положение, и вышеописанные процессы будут повторятся вновь и вновь.When a low pressure wave (-, -) (Fig. 7) is formed and quickly moves down to the inlet of the guide tube 2 to the section (0-0) (Fig. 8), as well as a sharp decrease in pressure in the cavity of the shock pipe 4 under under the influence of atmospheric pressure and gravity, the shock tube 4, together with the contour magnets 18, will quickly fall to its lowest position, and due to the newly emerged movement of the contour magnets 16 relative to the induction coil 17, alternating electrical induction voltage U and current I will arise in the induction coil, and a metal disk 8, having come under the influence of the magnetic field of the magnet 10, will again be rigidly magnetized by it (Fig. 8) by the force of PM. And with the formation of the next wave of restoring pressure (B-B) (Fig. 9) with its subsequent reaching the shock plate-plug 5, the wave will hit (Fig. 10) and the metal disk 8 will separate from the magnet 10, and the shock tube 4 will begin to move again (Fig. 5) to the upper position, and the above processes will be repeated again and again.

В предложенном устройстве направляющая труба 2 имеет отверстия 3, которые выполняются на одной отметке, и количество отверстий может быть один, два и более; размер отверстий принимается расчетом или экспериментальным путем.In the proposed device, the guide pipe 2 has holes 3, which are made at the same mark, and the number of holes can be one, two or more; The size of the holes is determined by calculation or experiment.

Выполнение устройства также возможно и по схемам, приведенным на (фиг. 11), где применен электромагнит 20, подключенный к блоку управления работой электромагнита 21. Для управления работой электромагнита могут быть применены различные электронные или механические средства управления, а также электронные устройства, работающие по заданной программе, что должно приниматься в процессе конструкторской работы при проектировании. Применение блока управления работой электромагнита 21 позволяет также подключить и другие устройства МЭИ, обеспечив этим совместную работу двух, трех и более устройств модуляции гидравлических ударов по заданному алгоритму. При необходимости количество электромагнитов 20 и блоков управления работой электромагнита 21 может быть два и более в зависимости от критерия достижения поставленных целей. При этом возможно совместное применение электромагнита 20 с магнитом 10 на каждом проектируемом устройстве (фиг. 12), а также возможно их выборочное применение.The device can also be implemented according to the diagrams shown in (Fig. 11), where an electromagnet 20 is used, connected to a control unit for the operation of the electromagnet 21. To control the operation of the electromagnet, various electronic or mechanical controls can be used, as well as electronic devices operating on given program, which must be accepted in the process of design work during design. The use of a control unit for the operation of the electromagnet 21 also makes it possible to connect other MPEI devices, thereby ensuring the joint operation of two, three or more water hammer modulation devices according to a given algorithm. If necessary, the number of electromagnets 20 and control units for the operation of the electromagnet 21 can be two or more, depending on the criterion for achieving the goals. In this case, it is possible to use the electromagnet 20 together with the magnet 10 on each designed device (Fig. 12), and their selective use is also possible.

Количество и мощность контурных магнитов 18 определяется по совместному расчету с индукционной катушкой 19, при этом магниты жестко крепятся по отношению к внешнему контуру ударной трубы 4, что обеспечивает их совместное перемещение при работе устройства.The number and power of loop magnets 18 is determined by joint calculation with the induction coil 19, while the magnets are rigidly attached with respect to the outer contour of the shock tube 4, which ensures their joint movement during operation of the device.

Устройство предполагает различные варианты исполнения в зависимости от условий применения и потребностей заказчика. В частности, возможна замена контурных магнитов 18 на контурный электромагнит 22 (фиг. 13), выполненный в виде катушки с расчетным количеством витков на внешнем контуре ударной трубы 4. При этом количество контурных электромагнитов 22 может быть один, два и более (фиг. 14), а также возможно и смешанное применение контурных магнитов 18 и контурных электромаг- 2 045465 нитов 22 (фиг. 15). Также возможно и применение в конструкции устройства двух и более индукционных катушек 19 (фиг. 16).The device offers various design options depending on the application conditions and customer needs. In particular, it is possible to replace the loop magnets 18 with a loop electromagnet 22 (Fig. 13), made in the form of a coil with a calculated number of turns on the outer contour of the shock tube 4. In this case, the number of loop electromagnets 22 can be one, two or more (Fig. 14 ), and it is also possible to use loop magnets 18 and loop electromagnets 22 (Fig. 15). It is also possible to use two or more induction coils 19 in the design of the device (Fig. 16).

Как видно из приведенного выше описания, выполнение устройства возможно в различных вариантах, которые нужно рассматривать не только в виде предложенных конструкций, но и в других сочетаниях известных возможных вариантов исполнения.As can be seen from the above description, the device can be implemented in various embodiments, which must be considered not only in the form of the proposed designs, but also in other combinations of known possible embodiments.

Claims

1. An electromagnetic induction modulator containing a shock pipeline, a guide pipe, a magnet, a metal disk, an air valve connected to the pressure tank, and a liquid inlet pipe with a valve, a gas supply pipe with a valve and a drain valve connected to the pressure tank, characterized in that the guide pipe is installed in the upper part of the pressure tank and the lower end of the pipe is located in its cavity and has holes, and the shock pipe with its lower end is installed in the guide pipe and has a shock plate-plug and a central shaft in the upper part, while the central shaft is attached to the upper plane of the plate - a plug to which an air valve is also connected; in addition, a metal disk is attached to the upper end of the central shaft; the device also contains a main plate rigidly installed at the calculated plan and elevation level, installed under the condition of maximum interaction of the magnet installed on the main plate with the metal disk; the device also contains contour magnets and an induction coil installed at the calculated plan and elevation marks in order to maximize its interaction with the contour magnets.

2. Electromagnetic induction modulator according to claim 1, characterized in that the device contains one, two or more induction coils.

3. Electromagnetic induction modulator according to claim 1, characterized in that the shock tube contains one, two or more loop electromagnets.

4. The electromagnetic induction modulator according to claim 1, characterized in that the shock tube jointly contains loop electromagnets and loop magnets.

5. Electromagnetic induction modulator according to claim 1, characterized in that the device jointly contains a magnet and an electromagnet.