Opublikowano: 20.VII.1966 51537 KI.MKP F UKD Twórca wynalazku: inz. Edwin Gielarek Wlasciciel patentu: Huta „Stalowa Wola", Stalowa Wola (Polska) Sposób amortyzacji uderzen hydraulicznych w instalacjach wodj wysokiego cisnienia i urzadzenie do stosowania tego sposobu Sposób amortyzacji uderzen hydraulicznych w instalacjach wody wysokiego cisnienia rozwiazuje jednoznacznie zagadnienie wyeliminowania uszko¬ dzen rurociagów i armatury wyniklych z racji dy¬ namicznych miejscowych wzrostów naprezen.Na szkodliwe dzialanie uderzen hydraulicznych narazona jest kazda instalacja wody wysokiego cisnienia.Uderzenia hydrauliczne wywolywane sa sila bezwladnosci plynacej cieczy przez rurociag przy naglym zmniejszaniu jej predkosci, kiedy to ener¬ gia kinetyczna przeksztalca sie w cisnienie dyna¬ miczne powodujac wzrost cisnienia calkowitego.Wielkosc uderzen hydraulicznych zalezy w glównej mierze od dlugosci rurociagu, predkosci przeplywu cieczy oraz czasu zamykania zaworu wywolujace¬ go zmniejszenie predkosci przeplywu.Przy wydzielonych stacjach pomp i akumulato¬ rów hydraulicznych, odleglosc miedzy podajnikiem cieczy i jej odbiornikiem jest zwykle dosc znaczna (kilka do kilkadziesiat metrów), predkosc przeply¬ wu cieczy przez rurociag dosc duza, rzedu kilku¬ nastu do kilkudziesieciu km/godz, natomiast czas zamkniecia zaworu wzglednie maly, wynoszacy ulamek sekundy. W wyniku tego uderzenia hy¬ drauliczne powstale w przewodach wywoluja cis¬ nienia, które niejednokrotnie przekraczaja podwój¬ na wielkosc cisnien roboczych.Uderzenia te lokalizuja sie w sasiedztwie bezpo¬ sredniej przyczyny raptownego zmniejszania pred- 10 15 20 25 30 kosci przeplywu cieczy, a wiec w poblizu rozdzie¬ laczy sterowniczych i zaworów odcinajacych. Z uwagi na ogólnie panujaca daznosc skracania do minimum czasu trwania cykli produkcyjnych, czas zamykania zaworów rozdzielaczy jest bardzo krótki a czestotliwosc ich pracy bardzo duza. Stwarza to szczególnie dogodne warunki do powstawania uderzen hydraulicznych czesto po sobie nastepu¬ jacych, co staje sie powodem szybkiego zmeczenia materialu przewodów i armatury.Awarie powstale na skutek uderzen hydraulicz¬ nych nosza wiec charakter zarówno defektów wy¬ niklych ze wzrostów naprezen przekraczajacych wytrzymalosc materialów uzytych do budowy in¬ stalacji, jak równiez z racji procesów zmeczenio¬ wych tych materialów. Dla zlagodzenia skutków uderzen hydraulicznych wbudowuje sie do ruro¬ ciagu amortyzatory przejmujace czesc energii ki¬ netycznej cieczy znajdujacej sie w ruchu.Zdolnosc przejecia przez amortyzator energii ki¬ netycznej cieczy znajdujacej sie w ruchu zalezy od objetosci czynnej amortyzatora, jak równiez od predkosci przejecia nadmiaru cieczy powodu¬ jacej miejscowy wzrost cisnienia.Dotychczas stosowane amortyzatory hydraulicz¬ ne, hydrauliczno-powtietrzne i sprezynowe zbudo¬ wane byly w oparciu o zasade pojemnosciowego przejmowania uderzen hydraulicznych, poniewaz posiadaly zdolnosc lokalnego krótkotrwalego po¬ wiekszania pojemnosci instalacji. 51537W537 Stad tez dotychczas stosowane amortyzatory po¬ siadaly ograniczona mozliwosc amortyzacji i mo¬ gly nie dopuscic do nadmiernego wzrostu cisnie¬ nia przy okreslonej i ograniczonej wielkosci ude¬ rzenia hydraulicznego. Zaznaczyc nalezy, ze zaden z dotychczas stosowanych amortyzatorów nie li¬ kwidowal zupelnie uderzen hydraulicznych, a je¬ dynie zmniejszal ich wielkosc. v Wada dotychczas stosowanych amortyzatorów hydraulicznych jest to, ze sa one urzadzeniami stosunkowo kosztownymi, ze wzgledu na duza materialochlonnosc ich konstrukcji (ciezar urza¬ dzenia waha sie od 2.170—9.900 kg).Zabudowanie tradycyjnie stosowanych amorty¬ zatorów zwiazane jest zazwyczaj z zajeciem miej¬ sca produkcyjnego na urzadzenia pomocnicze.Nowy sposób amortyzacji uderzen hydraulicz¬ nych oraz urzadzenie do stosowania tego sposobu posiada odmienne rozwiazanie konstrukcyjne róz¬ niace sie od amortyzatorów hydraulicznych kon¬ wencjonalnych oraz odznacza sie prosta i nie¬ skomplikowana budowa.Nowy typ amortyzatora w odróznieniu od amor¬ tyzatorów stosowanych dotychczas posiada wieksza zdolnosc amortyzacji uderzen hydraulicznych, przy powaznie zmniejszonym ciezarze urzadzenia. Cie¬ zar amortyzatora hydraulicznego nowego typu nie przekracza Vio ciezaru amortyzatora w rozwiaza¬ niu tradycyjnym. Zabudowa amortyzatora nowego typu nie wiaze sie z zajeciem miejsca produkcyj¬ nego. Calosc urzadzenia miesci sie w kanale zbu¬ dowanym dla ulozenia rurociagów hydraulicznych.Istota nowego sposobu amortyzacji uderzen hy¬ draulicznych jest to, ze urzadzenie do stosowania tego sposobu zbudowane jest na zasadzie wy równania cisnien w instalacjach wody wysokiego cisnienia. Odmiennosc zasady dzialania amortyza^ tora nowego typu od dotychczas stosowanych po¬ lega na niedopuszczeniu do powstawania uderzen: hydraulicznych przez wyrównanie cisnien w insta¬ lacji wodnej, a nie przez miejscowe zwiekszanie^ pojemnosci rurociagu wodnego.Wyrównanie cisnien odbywa sie za pomoca rury amortyzacyjnej laczacej miejsce rurociagu szcze¬ gólnie podatne do powstawania uderzen hydraulicz¬ nych z kolektorem laczacym akumulatory wodno- powietrzne z instalacja wodna. Polaczenie punktu instalacji, gdzie wystepuja najwieksze i najczesciej uderzenia hydrauliczne z punktem wzglednie usta¬ bilizowanych cisnien, uniemozliwia zaistnienie lo¬ kalizacji wzrostów cisnien.Polaczenie to zapobiega przeksztalceniu sie energii kinetycznej plynacej wody w cisnienie dynamicz¬ ne, przez niedopuszczenie do wytracania sie szybkosci strumienia wody* zmieniajac jedynce jego kierunek i zwrot.Wszelkie miejscowe wzrosty cisnien powoduja przeplyw wody rura amortyzacyjna do Jplektora gdzie panuje nizsze cisnienie calkowite.W rurze amortyzacyjnej, zachowana jest zasada jednokierunkowego, stalego, pczeplywu dzieki wbu- ( dowaniu na jej wsaczeniu do kolektora zaworu zwrotnego oraz polaczeniu rury amortyzacyjnej rurociagiem z inzektorem, zlokalizowanym w ta- 25 kim miejscu kolektora zasilajacego, gdzie wyste¬ puje tylko jeden kierunek przeplywu wody poda¬ wanej przez pompy czy amortyzatory hypjraulicz- no-powietrzne. Dla wywojania impulsu jednokie- 5 runkowego przeplywu w rurze amortyzacyjnej, kostka inzektorowa usytuqwana jest tak wzgledem kierunku przeplywu wody w kolektorze zasilaja¬ cym, ze otwór do któregq doprowadzony jest ru¬ rociag laczacy rure amortyzacyjna z kostka inze- 10 ktorowa znajduje sie po przeciwnej stronie kryzy w stosunku do kierunku przeplywu strumienia wody w rurociagu zasilajacym.Rozwiazanie to zabezpiecza, ze kazdorazowy przeplyw wody w rurociagu zasilajacym powoduje 15 zgodnie z zasada inzekcji ruch wody w rurze amor¬ tyzacyjnej i w przewodzie laczacym te rure z kostka inzektorowa.W zwiazku z tym, ze predkosci przeplywu wody w rurach sa wprost proporcjonalne do szybkosci 20 strumienia wody w rurociagu zasilajacym, uklad amortyzacyjny posiada zdolnosc samoczynnego przystosowywania sie do wyrównania majacych zaistniec wzrostów cisnien. Odmiennosc rozwiaza¬ nia konstrukcyjnego amortyzatora nowego typu od amortyzatorów stosowanych dotychczas przed¬ stawiaja rysunki. Na fig. 1 przedstawiono rzut poziomy podlaczenia do instalacji hydraulicznego amortyzatora dotychczas stosowanego 7. Amorty- 3o zator ten podlaczony jest do kostki czwórdroznej 5 zabudowanej w rurociagu zasilajacym 1 odbiory wody wysokiego cisnienia.Woda podawana jest ze stacji pomp rurociagiem 3 przez kostke trójdrozna 2. 35 Kolektor 4 sluzy do polaczenia akumulatorów wodno-powietrznych 6 z ukladem instalacji wodnej.Na fig. 2 uwidoczniono rzut poziomy wlaczenia amortyzatora hydraulicznego nowego typu do instalacji wodnej. 40 Rura amortyzacyjna 14 wlaczona jest z jednej strony do kostki czwórdroznej 5 zabudowanej w ru¬ rociagu zasilajacym 1, z drugiej zas poprzez za- yy wór zwrotny 11 i zawór odcinajacy 10 do kolektora % 4 laczacego akumulator wodno-powietrzny z insta- 45 lacja. Poza tym rura amortyzacyjna 14 polaczona jest przewodem 13 z kostka inzektorowa 8 zabu¬ dowana na rurociagu zasilajacym 1.Fig. 3 przedstawia pionowy przekrój podluzny kostki inzektorowej a fig. 4 jej przekrój poprzeczny. 50 Uwidoczniona na fig. 3 kryza 15 zmniejszajaca o 10°/o przekrój przeplywu powoduje lokalne zwiek¬ szenie szybkosci strumienia przeplywajacej wody kosztem minimalnego spadku jej cisnienia. Stru¬ mien wody wyplywajacy z kryzy 15 powoduje zasy- 55 sanie czasteczek wody znajdujacych sie w komorze ssania 16 polaczonej z rura amortyzacyjna 14 prze¬ wodem 13.Kostka inzektorowa, której pionowy przekrój podluzny pokazany jest na fig. 3 zabudowana jest 60 jako inzeletor 8 na rurociagu zasilajacym 1, co uwidocznione jest na fig. 2, za pomoca skrecanych srubami polaczen uszczelnionych pierscieniami wkladkami mjejcfzian^inju eg Inzektor 8 zlokalizowany jest w takim miejscu kolektora zasilajacego 1 gdzie wystepuje tylko51537 5 jednokierunkowy przeplyw wody do odbiorów.Usytuowanie kostki inzektorowej pokazanej w przekroju na fig. 3 wbudowanej jako inzektor 8 w kolektor zasilajacy 1 jest takie, ze otwór 17, do którego podlaczony jest rurociag 13 znajduje sie po przeciwnej stronie kryzy 15 wzgledem kie¬ runku przeplywu wody przez inzektor 8.Urzadzenie do stosowania nowego sposobu amor¬ tyzacji uderzen hydraulicznych wedlug wynalazku jest latwe do wprowadzenia zarówno w nowo pro-r jektowanych budowach jak i zladach instalacji wodnych bedacych juz W eksploatacji. Latwosc za¬ stosowania polega na tym, ze niemal wszystkie elementy skladowe sa materialami powszechnie stosowanymi przy budowie instalacji wysokocisnie¬ niowych (rury, zawory i ksztaltki).Jedynym nowym elementem konstrukcyjnym jest ksztaltka inzektorowa wykonana z tego samego materialu co i pozostala armatura dotychczas stosowana. Zastosowanie amortyzatora hydraulicz¬ nego nowego typu nie powoduje zasadniczej prze¬ budowy instalacji wody wysokiego cisnienia.Calosc sprowadza sie do zmontowania i wlacze¬ nia do instalacji rurociagów 13 i 14 pokazanych na fig. 2.Dzialanie amortyzatora hydraulicznego nowego typu polega na tym, ze przeplywajaca woda przez ksztaltke inzektorowa 8 powoduje przeciwnie skie¬ rowany przeplyw wody w rurociagu amortyzacyj¬ nym 14 na odcinku od czwórdroznej ksztaltki 5 do ksztaltki 12 stanowiacej miejsce przylacza prze¬ wodu 13 doprowadzajacego wode do ksztaltki in¬ zektorowej 8.Powstaje w ten sposób swego rodzaju obieg wo¬ dy o proporcjonalnie zróznicowanych predkosciach przeplywu. Zadaniem tego obiegu jest niedopuszcze¬ nie by slup wody zawartej w rurce amortyzacyj¬ nej znajdowal sie w stanie spoczynku, gdyz zmniej¬ szyloby to zdolnosc przejmowania uderzen hydrau¬ licznych przez amortyzator. Istnienie tego obiegu 6 . zabezpiecza, by w momencie zatrzymania prze¬ plywu wody do odbiorników nie nastapilo rapto¬ wne wytracenie sie szybkosci przeplywu strumie¬ nia wody wypelniajacej rurociag zasilajacy.Dzieki stworzeniu takich warunków, strumien wody plynacy rurociagiem zasilajacym 1 tracac jedynie czesc energii kinetycznej na pokonanie oporów miejscowych, skierowany zostaje przez rure amortyzacyjna 14 i zawór zwrotny 11 do ko¬ lektora 4. Z uwagi na dosc duze szybkosci prze¬ plywu wody w instalacjach wysokocisnieniowych, sam proces wyrównania cisnien przebiega równiez bardzo szybko, zabezpieczajac instalacje przed za¬ istnieniem uderzen hydraulicznych przy kazdej czestotliwosci ich wystepowania. PL