RU2084750C1

RU2084750C1 - Pressure fluctuation damper

Info

Publication number: RU2084750C1
Application number: RU94044060A
Authority: RU
Inventors: Григорий Анатольевич Портяной; Георгий Александрович Сорокин
Original assignee: Григорий Анатольевич Портяной; Георгий Александрович Сорокин
Priority date: 1994-12-15
Filing date: 1994-12-15
Publication date: 1997-07-20
Also published as: RU94044060A

Abstract

FIELD: mechanical engineering; petrochemical industry, heat supply systems and power engineering. SUBSTANCE: bellows of damper contain capillary porous body; hermetic bellows are filled with working fluid not wetting the capillary porous body; bellows are located on inner surface of housing. Capillary porous body is made in the form of colloid of discrete capillary porous particles in working fluid. Capillary porous body consists of separate groups which differ in average sizes of pores; average sizes are related with respective modes of operation according to relationship given in the Description. EFFECT: enhanced efficiency. 3 cl, 2 dwg

Description

Изобретение относится к области машиностроения и может использовано для гашения колебаний давления, возникающих в трубопроводах нефтехимической промышленности, теплоснабжения и энергетики. The invention relates to mechanical engineering and can be used to dampen pressure fluctuations that occur in pipelines of the petrochemical industry, heat supply and energy.

Известен демпфер пульсаций давления [1] упругий элемент которого, отделяющий жидкую полость от газовой, выполнен гофрированным, а между эластичным элементом и жидкой полостью установлена перфорированная перегородка. Known pressure pulsation damper [1], the elastic element of which separates the liquid cavity from the gas cavity is corrugated, and a perforated partition is installed between the elastic element and the liquid cavity.

Однако эти демпферы имеют недостатки: упругие элементы обладают низкой стойкостью при работе в агрессивных жидкостях, а также в жидкостях с температурой выше +50^oC и ниже -50^oС.However, these dampers have disadvantages: elastic elements have low resistance when working in aggressive fluids, as well as in fluids with temperatures above +50 ^o C and below -50 ^o C.

Указанные недостатки обусловлены принятой конструкцией изделия и в первую очередь тем, что упругие элементы выполнены из эластомерных материалов (резины). These shortcomings are due to the adopted design of the product and, first of all, the fact that the elastic elements are made of elastomeric materials (rubber).

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому устройству является стабилизатор давления с упругими сильфонами [2] Стабилизатор низкочастотных колебаний давления содержит корпус, внутри которого размещена центральная перфорированная труба. На верхней стенке корпуса установлены упругие сильфоны, на которых закреплен груз, к грузу прикреплены Г-образные плоские пружины. В исходном положении жидкость заполняет корпус, перфорированную трубу и сильфнов. Возникшие в гидравлической системе пульсации давления происходят через перфорированную трубу в корпус и сильфоны, вызывая колебания груза, которые демпфируются с помощью упругой подвески, включающей Г-образные плоские пружины. The closest in technical essence to the claimed device is a pressure stabilizer with elastic bellows [2] the Stabilizer of low-frequency pressure fluctuations contains a housing, inside which is placed a Central perforated pipe. Elastic bellows are mounted on the upper wall of the casing, on which the load is fixed, L-shaped flat springs are attached to the load. In the initial position, the fluid fills the housing, perforated pipe and bellows. The pressure pulsations arising in the hydraulic system occur through a perforated pipe into the housing and bellows, causing load oscillations, which are damped with an elastic suspension, including L-shaped flat springs.

Недостатками прототипа являются высокая инерционность, невысокий уровень диссипации энергии особенно при быстрых изменениях давления и сложность конструкции устройства. The disadvantages of the prototype are high inertia, a low level of energy dissipation, especially with rapid changes in pressure and the complexity of the design of the device.

Указанные недостатки обусловлены используемым чисто механическим способом масс и, следовательно, высокой инерционностью устройства; а также там обстоятельством, что отсутствует механизм гашения высокочастотных колебаний. These shortcomings are due to the purely mechanical method of mass used and, therefore, the high inertia of the device; as well as the fact that there is no damping mechanism for high-frequency oscillations.

Основной задачей изобретения является повышение эффективности демпфирования пульсации давления и упрощение конструкции устройства. The main objective of the invention is to increase the damping pressure pulsation and simplify the design of the device.

Для чего в демпфере пульсации давления, содержащем корпус, внутри которого размещены упругие сильфоны и центральная труба с перфорацией; внутри сильфонов помещено капиллярно-пористое тело (КПТ), сильфоны выполнены герметичными, заполнены рабочей жидкостью, несмачивающей КПТ, и размещены на внутренней поверхности корпуса. КПТ выполнено в виде коллоида дискретных капиллярно-пористых частиц в рабочей жидкости. КПТ составлено из отдельных групп, отличающихся средними размерами пор, причем средние размеры пор связаны с соответствующими режимами работы устройства соотношением:

где
σ_o постоянный коэффициент (гипотетическое значение поверхностного натяжения рабочей жидкости при T=0);
P_i, T_i давление и температура его режима работы.Why in the pressure pulsation damper, comprising a housing, inside of which elastic bellows and a central pipe with perforation are placed; A capillary-porous body (CPT) is placed inside the bellows, the bellows are sealed, filled with a non-wetting fluid, and placed on the inner surface of the housing. CPT is made in the form of a colloid of discrete capillary-porous particles in the working fluid. CPT is made up of separate groups that differ in average pore sizes, and the average pore sizes are associated with the corresponding modes of the device by the ratio:

Where
σ _o constant coefficient (hypothetical value of the surface tension of the working fluid at T = 0);
P _i , T _i pressure and temperature of its operating mode.

<cosQ>i средний корпус угла смачивания при "заполнении-опорожнении" рабочей жидкостью КПТ;
T_кр критическая температура рабочей жидкости;
n постоянный коэффициент, зависящий от природы рабочей жидкости, 0,89 ≅ n ≅ 1,21.<cosQ> i middle body of the angle of wetting when "filling-emptying" working fluid CBT;
T _cr critical fluid temperature;
n constant coefficient, depending on the nature of the working fluid, 0.89 ≅ n ≅ 1.21.

Сопоставительный анализ с прототипом показывает, что заявляемое устройство отличается наличием новой конструкции сильфонного демпфирующего элемента, позволяющего использовать несколько механизмов гашения пульсаций давления (наряду с известным механическим-лиофобно-капиллярный, звукокапиллярный эффекты и механизма акустической кавитации). Comparative analysis with the prototype shows that the claimed device is characterized by the presence of a new design of the bellows damping element, which allows the use of several mechanisms to suppress pressure pulsations (along with the known mechanical-lyophobic-capillary, sound-capillary effects and the mechanism of acoustic cavitation).

Таким образом, заявляемое техническое решение является новым и имеет изобретательский уровень. Техническая реализуемость предложения не вызывает сомнений, так как используются новые, но достаточно отработанные технологии. Thus, the claimed technical solution is new and has an inventive step. The technical feasibility of the proposal is not in doubt, since new, but well-developed technologies are used.

Техническим результатом данного изобретения является:
большая эффективность демпфирования пульсации давления, особенно высокочастотных;
более низкая инерционность;
многорежимность;
простота и низкая металлоемкость устройства.The technical result of this invention is:
greater damping efficiency of pressure pulsations, especially high-frequency ones;
lower inertia;
multi-mode;
simplicity and low metal consumption of the device.

На фиг. 1 изображен общий вид; на фиг. 2 -поперечный разрез демпфера пульсации давления. In FIG. 1 shows a general view; in FIG. 2 is a transverse section through a pressure pulsation damper.

Демпфер пульсации давления содержит корпус 1, внутри которого размещена центральная труба 2 с перфорацией 3. На внутренней стенке корпуса 1 установлены герметические сильфоны 4, внутрь которых помещено капиллярно-пористое тело (КПТ) 5 и несмачивающая КПТ 5 рабочая жидкость 6. КПТ 5 выполнено в виде коллоида дискретных капиллярно-пористых частиц КПТ 5 в рабочей жидкости 6. КПТ 5 составлено из отдельных групп, отличающихся размерами пор, причем средние размеры пор отдельных групп связаны с соответствующими режимами работы устройства. The pressure pulsation damper comprises a housing 1, inside which a central pipe 2 with perforation 3 is placed. Hermetic bellows 4 are installed on the inner wall of the housing 1, inside of which a capillary-porous body (CPT) 5 and a non-wetting fluid 5 are used. in the form of a colloid of discrete capillary-porous particles of CPT 5 in the working fluid 6. CPT 5 is composed of separate groups that differ in pore size, and the average pore sizes of individual groups are associated with the corresponding operating modes of the device.

Устройство работает следующим образом. The device operates as follows.

В исходном состоянии жидкость, перекачиваемая по трубопроводу через перфорации 3 центральной трубы 2 заполняет корпус 1 и давление жидкости воздействует на сильфоны 4, часть рабочей жидкости 6 заполняет ряд пор КПТ 5 (наиболее крупные в соответствии с уравнением Лапласа) и сильфон 4 несколько сжимается. При увеличении давления жидкости происходит через перфорации 3 центральной трубы 2 нагружение сильфонов 4, несмачиваемая рабочая жидкость 6 поступает в поры КПТ 5 (в которых давление Лапласа ниже давления в жидкости), и сильфон сжимается и снижает скачек давления. При снижении давления в перекачиваемой жидкости происходит опорожнение ряда пор КПТ 5 несмачиваемой жидкостью 6, сильфон 4 удлиняется и повышает давление жидкости в корпусе 1, которое через перфорации 3 центральной трубы 2 передается жидкости в трубопроводе. Таким образом, в случае появления колебаний давления переменная составляющая давление происходит через перфорации 3 центральной трубы 2, возбуждая колебания несмачиваемой рабочей жидкости 6 в КПТ 5 и сильфонов 4, вызывая интенсивное рассеивание энергии колебания давления. In the initial state, the fluid pumped through the pipeline through the perforations 3 of the central pipe 2 fills the housing 1 and the fluid pressure acts on the bellows 4, part of the working fluid 6 fills a number of pores of the CPT 5 (the largest in accordance with the Laplace equation) and the bellows 4 is somewhat compressed. When the pressure of the liquid increases, the bellows 4 are loaded through the perforations 3 of the central pipe 2, the non-wettable working fluid 6 enters the pores of the CPT 5 (in which the Laplace pressure is lower than the pressure in the liquid), and the bellows contracts and reduces the pressure jump. With a decrease in pressure in the pumped liquid, a number of pores of the CPT 5 are emptied by non-wettable liquid 6, the bellows 4 lengthens and increases the pressure of the liquid in the housing 1, which is transmitted through the perforations 3 of the central pipe 2 to the liquid in the pipeline. Thus, in the event of pressure fluctuations, the variable component of pressure occurs through perforations 3 of the central pipe 2, exciting oscillations of the non-wettable working fluid 6 in the CPT 5 and bellows 4, causing intense dissipation of the energy of the pressure oscillation.

При работе устройства в нескольких режимах, например в трубопроводе энергоустановки, при колебаниях давления происходит "заполнение-опорожнение" несмачиваемой жидкостью 6 соответствующих данному рабочему режиму групп пор КПТ 5. When the device is operating in several modes, for example, in a power plant pipeline, when pressure fluctuates, “filling-emptying” of non-wettable liquid 6 groups of pores of KPT 5 corresponding to this operating mode occurs.

При гидравлическом ударе в трубопроводе возникает ультразвуковая волна, энергия которой достигая демпфера, частично диссипируется сильфонами 4:
путем аномально глубокого проникновения несмачиваемой рабочей жидкости 6 в поры КПТ 5 под действием ультразвука (т.н. звукокапиллярный эффект);
в результате образования в рабочей жидкости 6 с дискретными частицами КПТ 5 пульсирующих пузырьков при прохождении волны большой интенсивности.During a hydraulic shock, an ultrasonic wave arises in the pipeline, the energy of which reaching the damper is partially dissipated by bellows 4:
by abnormally deep penetration of non-wettable working fluid 6 into the pores of the CPT 5 under the influence of ultrasound (the so-called sound-capillary effect);
as a result of the formation of pulsating bubbles in the working fluid 6 with discrete particles of the CBT 5 during the passage of a wave of high intensity.

Описанное техническое решение является промышленно применимым и может найти использование в трубопроводных системах энергетических теплофикационных, химических установок и в магистральных трубопроводах нефти и нефтепродуктов. The described technical solution is industrially applicable and may find use in the piping systems of energy heating, chemical plants and in the main pipelines of oil and oil products.

Claims

1. A pressure pulsation damper comprising a housing inside which elastic bellows and a central tube with perforation are located, characterized in that a capillary-porous body (CPT) is placed inside the bellows, the bellows are sealed, filled with a working fluid that does not wet the CPT, and placed on the inside body surface.

2. The damper according to claim 1, characterized in that the CBT is made in the form of a colloid of discrete capillary-porous particles in the working fluid.

3. The damper according to claim 1, characterized in that the CBT is composed of separate groups that differ in average pore sizes, and the average group sizes are associated with the corresponding operation modes of the device by the ratio

where σ _o is a constant coefficient (hypothetical value of the surface tension of the working fluid at T 0);
P _i , T _i pressure and temperature of the i-th mode of operation;
<cosQ> i is the average cosine of the wetting angle when "filling-emptying" the working fluid of the i-th group of the CBT;
T _to _p critical temperature of the working fluid;
n constant coefficient, depending on the nature of the working fluid, 0.89 ≅ n ≅ 1.21.