PL226524B1 - Szerokopasmowy tłumik pulsacji ciśnienia - Google Patents

Description

Przedmiotem wynalazku jest szerokopasmowy tłumik pulsacji ciśnienia przeznaczony do redukcji amplitud pulsacji ciśnienia w układach hydraulicznych.

Sposób tłumienia drgań i uderzeń hydrauliczno-pneumatycznych oraz odrzutu i elastyczny tłumik do stosowania tego sposobu znane są z polskiego opisu patentowego nr PL 203 625. Sposób polega na tym, że w miejscach wypływu mieszaniny hydrauliczno-pneumatycznej stosuje się tłumik w postaci węży elastycznych, korzystnie pożarniczych, ułożonych w co najmniej jedną literę S i/lub U. Tłumik ma postać elastycznych węży, korzystnie węży pożarniczych ułożonych, w co najmniej jedną literę S i/lub U.

Sztywny tłumik drgań i uderzeń hydrauliczno-pneumatycznych oraz odrzutu znane są z polskiego opisu patentowego nr PL 203 520. Tłumik stanowi, co najmniej jedno naczynie, korzystnie w kształcie walca, połączone z rurociągiem i/lub ewentualnie równolegle z innymi lub takimi naczyniami, przy czym na ściankach naczynia znajdują się otwory, a ściana na wprost wlotu jest zaślepiona lub z otworami niewspółosiowymi do wlotu medium.

Znany jest z koreańskiego opisu patentowego KR 100520099 tłumik zbudowany z cylindra od czoła zamkniętego ścianką przednią, w którą wbudowany jest przewód wolnym końcem wpinany w układ hydrauliczny. W cylindrze pomiędzy ścianką przednią a osadzonym w cylindrze tłokiem utworzona jest zamknięta komora ciśnieniowa.

Znany jest z polskiego opisu patentowego PL 165 398 tłumik pulsacji ciśnienia, mający zastosowanie w układach hydraulicznych w celu obniżenia wahań ciśnienia wynikających z cyklicznego charakteru pracy elementów wyporowych pomp. Tłumik tworzą, co najmniej dwa hydrauliczne akumulatory oraz rozdzielacz składający się z korpusu, w którym umieszczony jest ruchomy zespół składający się z tłoka i co najmniej jednego sterującego suwaka, połączonych ze sobą i usytuowanych względem siebie z zachowaniem odstępu. W sterującym suwaku wykonane są wzdłużne otwory, przy czym jeden hydrauliczny akumulator podłączony jest do korpusu rozdzielacza od strony sterującego suwaka, a drugi hydrauliczny akumulator podłączony jest do korpusu rozdzielacza w części środkowej.

Znane są tłumiki pulsacji ciśnienia w postaci przewodu odgałęźnego o określonej długości, zbiornika ciśnieniowego, w którym sprężona objętość gazu oddzielona jest szczelnie od czynnika roboczego za pomocą ruchomej ścianki w postaci tłoka lub elastycznej przegrody - akumulatory hydropneumatyczne pełniące w tym przypadku rolę filtra reaktywnego i filtra absorbującego zmiany energii związane z pulsacją ciśnienia i natężenia przypływu. Największa skuteczność tego typu tłumików jest, gdy częstość wymuszeń odpowiada częstości rezonansowej, zależnej od objętości i ciśnienia gazu w akumulatorze, wymiarów przyłącza i masy ruchomego tłoka.

Znane tłumiki działają, w zależności od swojej konstrukcji, selektywnie na niskie lub wysokie częstotliwości pulsacji ciśnienia, a w przypadku akumulatora hydropneumatycznego ich skuteczność jest obniżona ze względu na zmianę częstości rezonansowej spowodowanej wzrostem ciśnienia sprężanego gazu.

Istota tłumika, według wynalazku, polega na tym, że zawiera przewód odgałęźny osadzony w otworze pokrywy przedniej, połączony z komorą przednią utworzoną w cylindrze pomiędzy czołem tłoka i pokrywą przednią, ponadto koniec przewodu odgałęźnego zaślepiony jest tłokiem o powierzchni F0. Tłok porusza się w cylindrze. Ponadto w cylindrze pomiędzy dnem tłoka i pokrywą tylną, jest komora tylna podłączona z akumulatorem hydropneumatycznym przewodem osadzonym nagwintowanym otworze, wykonanym w pokrywie tylnej. Długość L0 przewodu odgałęźnego i komory przedniej do czoła tłoka o powierzchni F₀ jest równa czwartej części długości redukowanej fali λ. Częstość tłumionej fali ω₀ na powierzchni czołowej F₀ tłoka, jest proporcjonalna do parametrów układu tłok akumulator hydropneumatyczny, przy czym częstość tłumionej fali ω₀ wyraża zależność:

^{n F}o Pkg gdzie:

n - jest wykładnikiem politropy,

F0 - powierzchnią czołową tłoka,

PL 226 524 B1 p_kg - ciśnieniem końcowym gazu odpowiadającym średniej wartości ciśnienia pracy układu hydraulicznego, p0g - ciśnieniem wstępnego naładowania akumulatora hydropneumatycznego,

V0g - początkową objętością gazu w akumulatorze hydropneumatycznym, a

Mzr - masą zredukowaną do tłoka.

Zaletą wynikającą z zastosowania szerokopasmowego tłumika pulsacji ciśnienia według wynalazku jest tłumienie pulsacji ciśnienia w szerokim zakresie częstotliwości, zarówno w niskim jak i wysokim oraz w całym zakresie ciśnień występujących w danym układzie hydraulicznym. Przewód odgałęźny powoduje redukcję pulsacji ciśnienia o wyższych składowych, a ruchomy tłok i akumulator hydropneumatyczny powoduje absorbcję zmian energii związanej z pulsacją wydajności i ciśnienia niskich częstości. Zastosowanie przewodu odgałęźnego oraz ruchomego tłoka połączonego z akumulatorem sprawia, że pulsacja ciśnienia jest redukowana w szerokim zakresie częstotliwości.

Przedmiot wynalazku przedstawiony jest w przykładzie wykonania na rysunku, który przedstawia szerokopasmowy tłumik pulsacji ciśnienia w przekroju osiowym.

Szerokopasmowy tłumik pulsacji ciśnienia zawiera przewód odgałęźny 1 osadzony w otworze 5 pokrywy przedniej 8, połączony z komorą przednią B utworzoną w cylindrze 4 pomiędzy czołem tłoka 2 i pokrywą przednią 8. Koniec przewodu odgałęźnego 1 zaślepiony jest tłokiem 2 o powierzchni F₀. Tłok 2 porusza się w cylindrze 4. Ponadto w cylindrze 4 pomiędzy dnem tłoka 2 i pokrywą tylną 7, utworzona jest komora tylna A podłączona z akumulatorem hydropneumatycznym 3 przewodem, w którym jest zawór odcinający 10, osadzonym nagwintowanym otworze 6, wykonanym w pokrywie tylnej 7. Pokrywy przednia 8 i tylna 7 uszczelnione są pierścieniami 9 typu O-ring, a cylinder 4 z pokrywami przednią 8 i tylną 7 skręcony jest śrubami 11. Długość L₀ przewodu odgałęźnego 1 i komory przedniej B do czoła tłoka 2 o powierzchni F₀ jest równa czwartej części długości redukowanej fali λ, częstość tłumionej fali ω₀ na powierzchni czołowej F₀ tłoka 2, jest proporcjonalna do parametrów układu tłok 2 akumulator hydropneumatyczny 3, przy czym częstość tłumionej fali ω₀ wyraża zależność:

^{n F}o Pkg

P0 g ^V g · ^Mzr gdzie:

n - jest wykładnikiem politropy,

F0 - powierzchnią czołową tłoka, pkg - ciśnieniem końcowym gazu odpowiadającym średniej wartości ciśnienia pracy układu hydraulicznego, p_0g - ciśnieniem wstępnego naładowania akumulatora hydropneumatycznego (3),

V_0g - początkową objętością gazu w akumulatorze hydropneumatycznym, (3) a

M_zr - masą zredukowaną do tłoka.

Parametry tłumika dobiera się tak, aby wyrównać częstość rezonansową układu tłoka 2 z akumulatorem hydropneumatycznym 3, z częstością wymuszeń pulsacji ciśnienia generowanej w układzie.

Szerokopasmowy tłumik pulsacji ciśnienia zawiera tłumik bierny składający się z przewodu odgałęźnego 1 z komorą przednią B utworzoną w cylindrze 4 pomiędzy czołem tłoka 2 i pokrywą przednią 8, o długości L₀ = λ/4, przy czym λ to długość fali, która ma ulec redukcji, oraz drugi tłumik składający się z akumulatora hydropneumatycznego 3 połączonego z komorą tylną A utworzoną w cylindrze 4 pomiędzy dnem tłoka 2 i pokrywą tylną 7.

Działanie szerokopasmowego tłumika ciśnienia według wynalazku jest następujące. Po napełnieniu cylindra 4 olejem hydraulicznym oraz po wstępnym naładowaniu akumulatora hydropneum atycznego 3, tłumik podłącza się do odgałęzienia przewodu tłocznego pompy. W miarę wzrostu ciśnienia średniego w przewodzie tłocznym pompy następuje przesunięcie ruchomego tłoka 2 od powierzchni czołowej F₀, którego odbija się fala ciśnienia, która ma ulec redukcji. Tłok 2 porusza się w cylindrze 4, do którego dna od strony komory tylnej A podłączona jest przez nagwintowany otwór 6, wykonany w pokrywie 7, akumulator hydropneumatyczny 3. Zmiana kilkuprocentowa długości L₀ spowodowana przemieszczeniem tłoka 2 w miarę wzrostu wartości ciśnienia w układzie wraz ze wzrostem obciążenia ma znikomy wpływ na skuteczność szerokopasmowego tłumika pulsacji ciśnienia.

Claims (2)

1. Szerokopasmowy tłumik pulsacji ciśnienia zbudowany z odgałęźnego układu hydraulicznego przewodu osadzonego w otworze pokrywy przedniej cylindra, w którym pomiędzy pokrywą przednią, a czołem tłoka utworzona jest komora przednia, znamienny tym, że w cylindrze (4) pomiędzy dnem tłoka (2) o powierzchni czołowej (F₀) i pokrywą tylną (7) cylindra (4) utworzona jest komora tyIna (A) podłączona z akumulatorem hydropneumatycznym (3) przewodem osadzonym w nagwintowanym otworze (6), wykonanym w pokrywie tylnej (7), przy czym długość (L₀) przewodu odgałęźnego (1) i komory przedniej (B) do czoła tłoka (2) jest równa czwartej części długości redukowanej fali λ.

2. Tłumik, według zastrz. 1, znamienny tym, że częstość tłumionej fali ω₀ wyraża zależność:

n - jest wykładnikiem politropy,

F₀ - powierzchnią czołową tłoka, pkg - ciśnieniem końcowym gazu odpowiadającym średniej wartości ciśnienia pracy układu hydraulicznego, p_0g - ciśnieniem wstępnego naładowania akumulatora hydropneumatycznego (3),

V_0g - początkową objętością gazu w akumulatorze hydropneumatycznym, (3) a

M_zr - masą zredukowaną.