RU2187742C1 - Компенсатор давления герметичной емкости с жидкостью - Google Patents
Компенсатор давления герметичной емкости с жидкостью Download PDFInfo
- Publication number
- RU2187742C1 RU2187742C1 RU2000130106A RU2000130106A RU2187742C1 RU 2187742 C1 RU2187742 C1 RU 2187742C1 RU 2000130106 A RU2000130106 A RU 2000130106A RU 2000130106 A RU2000130106 A RU 2000130106A RU 2187742 C1 RU2187742 C1 RU 2187742C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- porous material
- liquid
- pressure
- sealed container
- compensator
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Pressure Vessels And Lids Thereof (AREA)
Abstract
Изобретение предназначено для повышения безопасности нагружения давлением экологически опасных герметичных систем с жидкостью. Компенсатор содержит упругую камеру с наполнителем из пористого материала, при этом в упругой камере размещена рабочая жидкость, не смачивающая пористый материал, и в качестве упругой камеры использован сильфон, при этом радиус пор пористого материала, величина поверхностного натяжения рабочей жидкости, контактный угол смачивания рабочей жидкостью пористого материала, номинальное и допустимое давления в герметичной емкости связаны соотношением. Технический результат - повышение безопасности. 1 з.п. ф-лы, 5 ил.
Description
Изобретение относится к области машиностроения и может быть использовано для повышения безопасности нагруженных давлением герметичных систем с жидкостью, используемых в атомной, химической и других отраслях промышленности.
Известны предохранительные устройства для защиты герметичных систем, нагруженных давлением, в виде ломающихся, разрывных и других мембран (Средства защиты в машиностроении: Расчет и проектирование. Справочник /Под. ред. С.В. Белова - М.: Машиностроение, 1989, с. 289-297).
Однако эти устройства имеют определенные недостатки - разовость срабатывания, разгерметизация системы, сопровождающаяся выходом жидкости. Особенно существенными данные недостатки становится при обращении с радиоактивными, пожароопасными, химически активными, экологически опасными жидкостями.
Указанные недостатки обусловлены конструкцией и принципами работы устройств, связанными с их разрушением при срабатывании.
Наиболее близким по технической сущности к заявляемому устройству является демпфер пульсаций давления согласно патента RU 2084750 С1 от 20.07.1997, МПК3 F 16 L 55/04. Демпфер пульсаций давления, содержащий упругую камеру с наполнителем из пористого материала, при этом в упругой камере размещена рабочая жидкость, несмачивающая пористый материал, и в качестве упругой камеры использован сильфон.
Задачей изобретения является повышение эффективности компенсации роста давления и обеспечение заданного уровня срабатывания устройства.
Для решения данной задачи в компенсаторе давления герметичной емкости с жидкостью, содержащем упругую камеру с наполнителем из пористого материала, при этом в упругой камере размещена рабочая жидкость, несмачивающая пористый материал, и в качестве упругой камеры использован сильфон, предлагается:
- что радиус пор пористого материала, величина поверхностного натяжения рабочей жидкости, контактный угол смачивания рабочей жидкостью пористого материала, номинальное и допустимое давления в герметичной емкости удовлетворяют соотношению
где σ - величина поверхностного натяжения рабочей жидкости, Н/м;
r - радиус пор пористого материала, м;
θ - контактный угол смачивания рабочей жидкостью пористого материала, град;
Pн - номинальное давление в герметичной емкости, Па;
Pдоп - допустимое давление в герметичной емкости, Па.
- что радиус пор пористого материала, величина поверхностного натяжения рабочей жидкости, контактный угол смачивания рабочей жидкостью пористого материала, номинальное и допустимое давления в герметичной емкости удовлетворяют соотношению
где σ - величина поверхностного натяжения рабочей жидкости, Н/м;
r - радиус пор пористого материала, м;
θ - контактный угол смачивания рабочей жидкостью пористого материала, град;
Pн - номинальное давление в герметичной емкости, Па;
Pдоп - допустимое давление в герметичной емкости, Па.
Кроме того, в одном из вариантов конструкции предлагается:
- рабочий объем компенсатора, объем жидкости в герметичной емкости, коэффициенты сжимаемости компенсатора и жидкости в емкости определять по соотношению
где Vк - рабочий объем компенсатора, м3;
Vж - объем жидкости в емкости, м3;
kж - коэффициент сжимаемости жидкости в герметичной емкости, Па-1;
kк - коэффициент сжимаемости компенсатора, Па-1.
- рабочий объем компенсатора, объем жидкости в герметичной емкости, коэффициенты сжимаемости компенсатора и жидкости в емкости определять по соотношению
где Vк - рабочий объем компенсатора, м3;
Vж - объем жидкости в емкости, м3;
kж - коэффициент сжимаемости жидкости в герметичной емкости, Па-1;
kк - коэффициент сжимаемости компенсатора, Па-1.
Сопоставительный анализ с прототипом показывает, что заявляемое устройство отличается использованием нового физического эффекта высокой сжимаемости так называемой лиофобной системы, образованной пористым материалом и несмачивающей материал жидкостью (см. Портяной А.Г., Сердунь Е.Н., Сорокин А.П. Особенности изотермической сжимаемости лиофобных систем. Препринт ФЭИ-2817. Обнинск, 2000. 18 с.).
Принцип действия прототипа основан на нескольких механизмах гашения пульсаций давления (лиофобно-капиллярном, звукокапиллярном, акустической кавитации). Параметры пористого материала и несмачивающей жидкости связаны другим соотношением, зависящим также от величин номинального и допустимого давлений в емкости с жидкостью. Кроме того, дополнительным соотношением связаны также объемы и сжимаемость компенсатора и жидкости в емкости.
Техническая реализуемость предложения не вызывает сомнений, так как используется новая, но уже экспериментально обоснованная, лиофобно-капиллярная технология.
Техническим результатом данного изобретения является:
- большая эффективность защиты по превышению давления;
- возможность обеспечения заданного порогового срабатывания;
- малые габариты и простота конструкции, низкая металлоемкость устройства.
- большая эффективность защиты по превышению давления;
- возможность обеспечения заданного порогового срабатывания;
- малые габариты и простота конструкции, низкая металлоемкость устройства.
Сущность предлагаемого технического решения на примере устройства с пороговым характером срабатывания поясняется чертежами, где фиг.1 - устройство в исходном состоянии (до срабатывания); фиг.2 - местный разрез пористого материала (ПМ) с незаполненными порами; фиг.3 - устройство после срабатывания; фиг. 4 - местный разрез ПМ с порами, заполняемыми рабочей лиофобной жидкостью; фиг. 5 - вариант размещения компенсатора давления в герметичной емкости.
Устройство (фиг.1 и 2) состоит из сильфона 1, рабочей (лиофобной) жидкости 2, пористого материала (ПМ) 3, торцевых заглушек 4, направляющего перфорированного цилиндра 5, опорной плиты 6, пор ПМ 7 и основы ПМ 8. Устройство прикрепляется с помощью опорной плиты 6 к крышке 9 герметичной емкости 10, заполненной жидкостью 11. Жидкость 11 полностью заполняет герметичную емкость 10, сильфоны 1 погружены в жидкость 11.
В исходном состоянии номинальное давление жидкости 11 в герметичной емкости 10 ниже допустимого, равного для рассматриваемого случая давлению Лапласа в системе рабочая лиофобная жидкость 2-ПМ 3:
где σ - величина поверхностного натяжения рабочей лиофобной жидкости, Н/м;
r - радиус пор пористого материала, м;
θ - угол контакта рабочая лиофобная жидкость - пористый материал (θ>>90o), град.
где σ - величина поверхностного натяжения рабочей лиофобной жидкости, Н/м;
r - радиус пор пористого материала, м;
θ - угол контакта рабочая лиофобная жидкость - пористый материал (θ>>90o), град.
При давлении P<Pдoп= Pл лиофобная жидкость 2 не входит в поры 7 ПМ и устройство (компенсатор давления) представляет собой практически гидравлически жесткую систему, не оказывающую влияния на работу герметичной емкости 10.
Устройство работает следующим образом (фиг.3, 4, 5). В случае превышения давления в герметичной емкости 10, вызванного, например, ростом ее температуры (пожар), давление жидкости 11 в емкости 10 повышается в соответствии с соотношением:
где βж - температурный коэффициент объемного расширения жидкости, К-1;
kж - коэффициент сжимаемости жидкости, Па-1;
ΔTж - рост температуры жидкости, К;
ΔPж - изменение давления жидкости, Па.
где βж - температурный коэффициент объемного расширения жидкости, К-1;
kж - коэффициент сжимаемости жидкости, Па-1;
ΔTж - рост температуры жидкости, К;
ΔPж - изменение давления жидкости, Па.
Величина изменения давления в герметичной емкости 10 с жидкостью 11 может быть скомпенсирована изменением объема в соответствии с ее сжимаемостью
ΔVж = -kж•ΔPж•Vж, (3)
где ΔVж - изменение объема и объем жидкости, м3.
ΔVж = -kж•ΔPж•Vж, (3)
где ΔVж - изменение объема и объем жидкости, м3.
Поскольку в жидкости при температуре далекой от критической температуры молекулы упакованы плотно, то их коэффициенты сжимаемости малы (kж~5•10-10 Па-1 для воды при Р=10 МПа и Т=100oС), т.е. большое изменение давления у жидкости может быть скомпенсировано небольшим изменением ее объема (Матвеев А.Н. Молекулярная физика. М.: Высшая школа, 1981). Именно это изменение объема и обеспечивает предложенный компенсатор давления.
При Pн+ΔPж= Pдоп=Pл рабочая лиофобная жидкость 2 устройства поступает в поры 7 пористого материала 3 и объем сильфона 1 уменьшается, при этом происходит снижение давления жидкости 11 в герметичной емкости 10.
При изменении длины сильфона 1 направляющий цилиндр 5 препятствует осевому изгибу сильфона, что особенно важно при использовании длинных сильфонов и потоках жидкости 11 в емкости 10.
Для снижения давления жидкости 11 в герметичной емкости 10 до исходного (Pн) объем (Vк) и коэффициент сжимаемости (kк) компенсатора давления, должны быть выбраны из условия, что ΔVк = ΔVж и ΔPк = ΔPж, откуда можно получить отношение объемов герметичной емкости и компенсатора давления
Выполненные оценочные расчеты показали, что для герметичной емкости с водой при использовании пористого материала с открытой пористостью 50% объем компенсатора составит всего ~0,3% от объема емкости, обеспечив в то же время системе свойство самозащищенности от роста давления.
Выполненные оценочные расчеты показали, что для герметичной емкости с водой при использовании пористого материала с открытой пористостью 50% объем компенсатора составит всего ~0,3% от объема емкости, обеспечив в то же время системе свойство самозащищенности от роста давления.
Заявленное техническое решение является промышленно применимым и может найти использование в герметичных емкостях атомных энергетических, химических установок, магистральных трубопроводах нефти и нефтепродуктов.
Claims (2)
1. Компенсатор давления герметичной емкости с жидкостью, содержащий упругую камеру с наполнителем из пористого материала, при этом в упругой камере размещена рабочая жидкость, не смачивающая пористый материал, и в качестве упругой камеры использован сильфон, отличающийся тем, что радиус пор пористого материала, величина поверхностного натяжения рабочей жидкости, контактный угол смачивания рабочей жидкостью пористого материала, номинальное и допустимое давления в герметичной емкости удовлетворяют соотношению
где σ - величина поверхностного натяжения рабочей жидкости, Н/м;
r - радиус пор пористого материала, м;
θ - контактный угол смачивания рабочей жидкостью пористого материала, град;
Pн - номинальное давление в герметичной емкости. Па;
Рдоп - допустимое давление в герметичной емкости, Па.
где σ - величина поверхностного натяжения рабочей жидкости, Н/м;
r - радиус пор пористого материала, м;
θ - контактный угол смачивания рабочей жидкостью пористого материала, град;
Pн - номинальное давление в герметичной емкости. Па;
Рдоп - допустимое давление в герметичной емкости, Па.
2. Компенсатор по п.1, отличающийся тем, что рабочий объем компенсатора, объем жидкости в емкости, коэффициенты сжимаемости компенсатора и жидкости в емкости находятся в отношении
где Vк - рабочий объем компенсатора, м3;
Vж - объем жидкости в герметичной емкости, м3;
Kж- коэффициент сжимаемости жидкости в герметичной емкости, Па-1;
Kк - коэффициент сжимаемости компенсатора, Па-1.
где Vк - рабочий объем компенсатора, м3;
Vж - объем жидкости в герметичной емкости, м3;
Kж- коэффициент сжимаемости жидкости в герметичной емкости, Па-1;
Kк - коэффициент сжимаемости компенсатора, Па-1.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2000130106A RU2187742C1 (ru) | 2000-11-30 | 2000-11-30 | Компенсатор давления герметичной емкости с жидкостью |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2000130106A RU2187742C1 (ru) | 2000-11-30 | 2000-11-30 | Компенсатор давления герметичной емкости с жидкостью |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2187742C1 true RU2187742C1 (ru) | 2002-08-20 |
Family
ID=20242842
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2000130106A RU2187742C1 (ru) | 2000-11-30 | 2000-11-30 | Компенсатор давления герметичной емкости с жидкостью |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2187742C1 (ru) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20130167962A1 (en) * | 2011-12-28 | 2013-07-04 | Siemens Aktiengesellschaft | Pressure compensator for a subsea device |
| RU2499203C1 (ru) * | 2012-08-20 | 2013-11-20 | Общество С Ограниченной Ответственностью "Альтерпласт" | Секционный радиатор водяного отопления и компенсатор давления для него (варианты) |
-
2000
- 2000-11-30 RU RU2000130106A patent/RU2187742C1/ru not_active IP Right Cessation
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20130167962A1 (en) * | 2011-12-28 | 2013-07-04 | Siemens Aktiengesellschaft | Pressure compensator for a subsea device |
| US9038433B2 (en) * | 2011-12-28 | 2015-05-26 | Siemens Aktiengesellschaft | Pressure compensator for a subsea device |
| RU2499203C1 (ru) * | 2012-08-20 | 2013-11-20 | Общество С Ограниченной Ответственностью "Альтерпласт" | Секционный радиатор водяного отопления и компенсатор давления для него (варианты) |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US3162213A (en) | Surge attenuating devices | |
| JP6734373B2 (ja) | 脱ガス装置 | |
| AU2004244652B2 (en) | Trapped gas removal in liquid-gas accumulator | |
| RU2187742C1 (ru) | Компенсатор давления герметичной емкости с жидкостью | |
| US20170211566A1 (en) | Apparatus employing pressure transients for transporting fluids | |
| RU2019117606A (ru) | Пассивный исполнительный механизм для подавления вибрации трубной колонны вертикального насоса, вертикальный насос и способ модернизации вертикального насоса | |
| US3273577A (en) | Method and apparatus for damping a pulsating flow of liquid | |
| KR920016327A (ko) | 유체압 엘리베이터 | |
| US20220001331A1 (en) | Membrane Distillation Module and Membrane Distillation Apparatus | |
| KR101868591B1 (ko) | 에어벤트 밀봉장치 | |
| NZ536857A (en) | Pressure-based fluid corrosion/erosion protection apparatus and associated methods | |
| EP3128214A2 (en) | Hydraulic actuator with spring return | |
| JPH106973A (ja) | 液圧ブレーキ用オイルリザーバ | |
| JPS6340641Y2 (ru) | ||
| Borman et al. | Intellectual properties of a granular nanoporous medium in a non-wetting liquid. | |
| WO2009006454A2 (en) | Externally energized constant-thrust device | |
| Delzeit et al. | Development of the Continuous-fill Brine Evaporation Bag (BEB) System | |
| US20240025525A1 (en) | High-capacity lightweight variable buoyancy system | |
| Punyamurtula et al. | Damping Properties of Nanoporous Carbon‐Cyclohexane Mixtures | |
| RU98102785A (ru) | Устройство перемещения по глубине с использованием температурного градиента термоклина | |
| RU2369538C1 (ru) | Компенсатор объема жидкостной системы терморегулирования космического аппарата | |
| SU566053A1 (ru) | Демпфер пульсаций давлени | |
| RU93052280A (ru) | Отсечной дренажный клапан | |
| JPH0535202Y2 (ru) | ||
| CN204173957U (zh) | 空腔蓄能海水淡化器 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PD4A | Correction of name of patent owner | ||
| PC43 | Official registration of the transfer of the exclusive right without contract for inventions |
Effective date: 20160315 |
|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20171201 |