RU2241169C1 - Pressure stabilizer - Google Patents
Pressure stabilizer Download PDFInfo
- Publication number
- RU2241169C1 RU2241169C1 RU2003109671/06A RU2003109671A RU2241169C1 RU 2241169 C1 RU2241169 C1 RU 2241169C1 RU 2003109671/06 A RU2003109671/06 A RU 2003109671/06A RU 2003109671 A RU2003109671 A RU 2003109671A RU 2241169 C1 RU2241169 C1 RU 2241169C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- pressure stabilizer
- casing
- stabilizer according
- perforated pipe
- perforated
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Pipe Accessories (AREA)
Abstract
Description
Область техники, к которой относится изобретениеFIELD OF THE INVENTION
Изобретение относится к пневмогидравлической технике и может быть использовано в нефтяной, газовой промышленности, а также в коммунальном хозяйстве населенных пунктов для разработки и изготовления устройств гашения колебаний давления в трубопроводах при движении по ним жидких и газообразных рабочих сред, возникающих при включении, работе и выключении насосов, закрытии и открытии клапанов или задвижек.The invention relates to pneumohydraulic technology and can be used in the oil and gas industry, as well as in public utilities of settlements for the development and manufacture of devices for damping pressure fluctuations in pipelines when moving along them liquid and gaseous working media that occur when the pumps are turned on, turned on and off , closing and opening valves or gate valves.
Уровень техникиState of the art
Известен стабилизатор давления /1/, содержащий центральный перфорированный трубопровод и сообщенную с ним демпфирующую камеру, и при этом центральный перфорированный трубопровод и демпфирующая камера охвачены цилиндрическим кожухом, расположенным коаксиально центральному перфорированному трубопроводу с образованием расширительной полости.Known pressure stabilizer / 1 / containing a Central perforated pipe and connected with it a damping chamber, and the Central perforated pipe and a damping chamber covered by a cylindrical casing located coaxially with the Central perforated pipe with the formation of the expansion cavity.
С существенными признаками заявленного изобретения совпадают следующие признаки аналога: стабилизатор давления, содержащий перфорированный трубопровод, кожух, охватывающий перфорированный трубопровод с образованием расширительной полости.With the essential features of the claimed invention, the following features of the analogue coincide: a pressure stabilizer containing a perforated pipe, a casing covering the perforated pipe with the formation of an expansion cavity.
Недостатком аналога является большая масса конструкции стабилизатора. Волны сжатия, проходящие через перфорацию перфорированного трубопровода, воздействуют на кожух и отражаются от него под углами, равными прямому углу, а это, в свою очередь, приводит к существенному, от 2 до 7,5 раз, увеличению радиальных нагрузок /3/ на кожух по сравнению с нагрузками, которые возникли бы при воздействии волн сжатия на кожух при движении их вдоль образующей корпуса кожуха. Повышенные радиальные нагрузки требуют усиления конструкции кожуха, что приводит к увеличению его массы.The disadvantage of an analogue is the large mass of the stabilizer design. Compression waves passing through the perforation of the perforated pipeline act on the casing and are reflected from it at angles equal to the right angle, and this, in turn, leads to a significant (from 2 to 7.5 times) increase in radial loads / 3 / on the casing in comparison with the loads that would have arisen under the action of compression waves on the casing when moving along the generatrix of the casing of the casing. Increased radial loads require reinforcing the design of the casing, which leads to an increase in its mass.
Наиболее близким по технической сущности к заявленному изобретению (прототипом) является стабилизатор давления /2/, содержащий перфорированный трубопровод, кожух, охватывающий перфорированный трубопровод с образованием расширительной полости, по меньшей мере одну соединенную с расширительной полостью и вынесенную за пределы расширительной полости демпфирующую камеру по меньшей мере с одним демпфирующим элементом. В качестве демпфирующего элемента используется газовая полость, ограниченная упругой металлической мембранной. Газовая полость соединена с источником сжатого газа. Перфорированный трубопровод содержит два фланца для крепления стабилизатора давления в магистральном трубопроводе.The closest in technical essence to the claimed invention (prototype) is a pressure stabilizer / 2 / containing a perforated pipe, a casing covering a perforated pipe with the formation of an expansion cavity, at least one damping chamber connected to the expansion cavity and carried out outside the expansion cavity with at least one damping element. A gas cavity limited by an elastic metal membrane is used as a damping element. The gas cavity is connected to a source of compressed gas. The perforated pipeline contains two flanges for attaching a pressure stabilizer in the main pipeline.
С существенными признаками заявленного изобретения совпадают следующие признаки прототипа: стабилизатор давления, содержащий перфорированный трубопровод, кожух, охватывающий перфорированный трубопровод с образованием расширительной полости, по меньшей мере одну соединенную с расширительной полостью и вынесенную за пределы расширительной полости демпфирующую камеру по меньшей мере с одним демпфирующим элементом.The essential features of the claimed invention coincide with the following features of the prototype: a pressure stabilizer containing a perforated pipe, a casing covering the perforated pipe with the formation of an expansion cavity, at least one damping chamber connected to the expansion cavity and extended outside the expansion cavity with at least one damping element .
Недостатком прототипа является большая масса конструкции стабилизатора. В рабочем состоянии стабилизатор давления заполнен рабочим телом (нефтью, газом или водой). Волны сжатия, проходящие по рабочему телу, находящемуся в перфорированном трубопроводе, проходят через перфорацию перфорированного трубопровода, попадают в расширительную полость и воздействуют на кожух стабилизатора давления. Волны сжатия отражаются от кожуха под углами, равными прямому углу, а это, в свою очередь, приводит, как уже указывалось выше, к существенному, от 2 до 7,5 раз, увеличению радиальных нагрузок /3/ на кожух по сравнению с нагрузками, которые возникли бы при воздействии волн сжатия на кожух при движении их вдоль образующей корпуса кожуха. Повышенные радиальные нагрузки требуют усиления конструкции кожуха и сварных швов, соединяющих кожух с перфорированным трубопроводом, что приводит к увеличению массы стабилизатора давления.The disadvantage of the prototype is the large mass of the design of the stabilizer. In working condition, the pressure stabilizer is filled with a working fluid (oil, gas or water). Compression waves passing through the working fluid located in the perforated pipe pass through the perforation of the perforated pipe, enter the expansion cavity and act on the pressure stabilizer housing. Compression waves are reflected from the casing at angles equal to the right angle, and this, in turn, leads, as already mentioned above, to a significant (from 2 to 7.5 times) increase in radial loads / 3 / on the casing compared to the loads which would have arisen upon the action of compression waves on the casing when moving along the generatrix of the casing body. Increased radial loads require reinforcing the design of the casing and welds connecting the casing to the perforated pipe, which leads to an increase in the mass of the pressure stabilizer.
Сущность изобретенияSUMMARY OF THE INVENTION
Заявленное изобретение направлено на решение следующей задачи: снижение массы и повышение надежности работы стабилизатора давления.The claimed invention is aimed at solving the following problem: reducing weight and improving the reliability of the pressure stabilizer.
При осуществлении изобретения может быть получен следующий технический результат: облегчение конструкции стабилизатора за счет обеспечения воздействия волн сжатия, проходящих через перфорацию перфорированного трубопровода, на кожух и отражения от кожуха под углами, отличными от прямого угла, что приведет к перераспределению нагрузок на кожух, уменьшению радиальных усилий и появлению усилий, направленных вдоль образующей корпуса кожуха.When implementing the invention, the following technical result can be obtained: facilitating the construction of the stabilizer by providing the action of compression waves passing through the perforation of the perforated pipe on the casing and reflections from the casing at angles other than a right angle, which will lead to a redistribution of loads on the casing, and a decrease efforts and the appearance of efforts directed along the generatrix of the casing body.
Указанный технический результат достигается тем, что стабилизатор давления содержит перфорированный трубопровод, кожух, охватывающий перфорированный трубопровод с образованием расширительной полости, по меньшей мере одну соединенную с расширительной полостью и вынесенную за пределы расширительной полости демпфирующую камеру по меньшей мере с одним демпфирующим элементом, и кожух по длине выполнен с переменным диаметром.The specified technical result is achieved in that the pressure stabilizer comprises a perforated pipe, a casing covering the perforated pipe with the formation of an expansion cavity, at least one damping chamber connected to the expansion cavity and carried out outside the expansion cavity, and the casing length is made with a variable diameter.
От наиболее близкого аналога (прототипа) изобретение отличается следующим признаком: кожух по длине выполнен с переменным диаметром, т.е. поперечные сечения кожуха в различных его местах, а именно наружные границы сечений по длине кожуха, выполнены с различными значениями диаметров. Диаметр в соответствии с источником /5/ - это верхняя грань расстояний между всевозможными парами точек границы поперечного сечения.The invention differs from the closest analogue (prototype) by the following feature: the casing is made in length with a variable diameter, i.e. cross sections of the casing in its various places, namely the outer borders of the sections along the length of the casing, are made with different diameters. The diameter in accordance with the source / 5 / is the upper bound of the distances between all kinds of pairs of points of the boundary of the cross section.
Интенсивность волны отражения зависит от угла падения волны сжатия на преграду, в данном случае на стенку кожуха. Для облегчения конструкции кожуха и в целом стабилизатора давления целесообразно сориентировать стенку кожуха относительно движущихся волн сжатия в расширительной полости таким образом, чтобы при отражении их от стенки кожуха радиальные нагрузки уменьшались и появились нагрузки, действующие вдоль образующей кожуха, т.е. необходимо стенку кожуха сориентировать относительно направления движения волн сжатия под углом, не равным прямому углу.The intensity of the reflection wave depends on the angle of incidence of the compression wave on the barrier, in this case, on the wall of the casing. To facilitate the design of the casing and the pressure stabilizer as a whole, it is advisable to orient the casing wall relative to the moving compression waves in the expansion cavity so that when reflected from the casing wall, the radial loads are reduced and loads appear along the generatrix of the casing, i.e. it is necessary to orient the casing wall relative to the direction of movement of the compression waves at an angle not equal to the right angle.
При реализации изобретения могут быть получены дополнительные технические результаты: улучшение демпфирующих свойств стабилизатора давления вследствие обеспечения направленного движения волн сжатия вдоль расширительной полости и многократного пересечения волн сжатия между собой в расширительной полости после отражения их от стенки кожуха под углами, не равными прямому углу, что приводит к более интенсивному гашению волн сжатия; расширение диапазона рабочих давлений и амплитуд гасимых колебаний в расширительной камере; снижение инерционности гашения колебаний давления; более рациональное использование пространства, занимаемого стабилизатором давления.When implementing the invention, additional technical results can be obtained: improving the damping properties of the pressure stabilizer due to the directed movement of the compression waves along the expansion cavity and the multiple intersection of the compression waves among themselves in the expansion cavity after reflection from the casing wall at angles not equal to the right angle, which leads to to more intense damping of compression waves; expanding the range of working pressures and amplitudes of damped oscillations in the expansion chamber; decrease in inertia of damping pressure fluctuations; more rational use of the space occupied by the pressure stabilizer.
Ниже приводятся признаки, характеризующие изобретение лишь в частных случаях его исполнения. Эти признаки в совокупности с существенными признаками изобретения обеспечат получение технического результата изобретения, а также частных технических результатов.The following are signs characterizing the invention only in particular cases of its execution. These features, together with the essential features of the invention, will provide a technical result of the invention, as well as private technical results.
Повышение эффективности работы стабилизатора давления может быть достигнуто за счет того, что внутренний объем расширительной камеры составляет величину от 5% до 95% от общего внутреннего объема стабилизатора давления. Общий внутренний объем стабилизатора давления - это суммарный объем всех внутренних полостей стабилизатора давления, исключающий объем, занимаемый элементами корпуса (корпусом кожуха, корпусом демпфирующей камеры или камер, корпусом перфорированного трубопровода и т.п.) стабилизатора давления. При этом в расширительной камере может быть организовано многократное пересечение фронтов волн сжатия и волн отражения, что приведет к существенному рассеянию энергии волнового процесса в стабилизаторе давления. Повышение эффективности работы стабилизатора давления может быть достигнуто за счет того, что кожух выполнен из стали с модулем упругости 190:210 ГПа, модулем сдвига 77:81 ГПа, прочностью на разрыв 320:1500 МПа, пределом текучести 190:1200 МПа. Данная сталь способна поглощать энергию высокочастотной составляющей волнового процесса.Increasing the efficiency of the pressure stabilizer can be achieved due to the fact that the internal volume of the expansion chamber is from 5% to 95% of the total internal volume of the pressure stabilizer. The total internal volume of the pressure stabilizer is the total volume of all the internal cavities of the pressure stabilizer, excluding the volume occupied by the housing elements (housing, casing of the damping chamber or chambers, the housing of the perforated pipe, etc.) of the pressure stabilizer. In this case, multiple intersections of the fronts of compression waves and reflection waves can be organized in the expansion chamber, which will lead to a substantial dissipation of the energy of the wave process in the pressure stabilizer. Increasing the efficiency of the pressure stabilizer can be achieved due to the fact that the casing is made of steel with an elastic modulus of 190: 210 GPa, a shear modulus of 77:81 GPa, a tensile strength of 320: 1500 MPa, a yield strength of 190: 1200 MPa. This steel is capable of absorbing the energy of the high-frequency component of the wave process.
Повышение эффективности работы стабилизатора давления может быть достигнуто за счет того, что толщина кожуха больше толщины перфорированного трубопровода, например, в 1,01:10 раз. Толщина кожуха должна быть во столько раз больше толщины трубопровода, во сколько раз диаметр кожуха больше диаметра трубопровода.Improving the efficiency of the pressure stabilizer can be achieved due to the fact that the thickness of the casing is greater than the thickness of the perforated pipe, for example, 1.01: 10 times. The thickness of the casing should be so many times greater than the thickness of the pipeline, how many times the diameter of the casing is greater than the diameter of the pipeline.
Повышение эффективности работы стабилизатора давления может быть достигнуто за счет того, что кожух закреплен на перфорированном трубопроводе посредством сварных швов, в частности посредством двух сварных швов, выполненных по замкнутым линиям. Сварные швы обеспечат герметичность расширительной камеры и прочность ее крепления к трубопроводу. Кроме того, в стабилизаторе давления могут располагаться 2:10 перфорированных трубопровода. Тогда кожух посредством сварки крепится ко всем трубопроводам. Однако наиболее простая и эффективная схема стабилизатора - с одним перфорированным трубопроводом.Improving the efficiency of the pressure stabilizer can be achieved due to the fact that the casing is fixed to the perforated pipe by means of welds, in particular by means of two welds made in closed lines. Welds will ensure the integrity of the expansion chamber and the strength of its attachment to the pipeline. In addition, 2:10 perforated pipes may be located in the pressure stabilizer. Then the casing is fastened by welding to all pipelines. However, the most simple and effective stabilizer circuit is with one perforated pipe.
Повышение эффективности работы стабилизатора давления может быть достигнуто за счет того, что кожух в одном из продольных сечении, в частности в вертикальном продольном сечении, проходящем через продольную ось перфорированного трубопровода, по длине выполнен с чередованием выпуклостей (выступов) и вогнутостей (впадин) относительно перфорированного трубопровода (оси перфорированного трубопровода). На участках выпуклостей и вогнутостей обеспечивается угол падения волны сжатия на стенку кожуха под углом, не равным прямому углу. Чем больше вогнутость (выпуклость) стенки кожуха на определенном участке, тем больше отличается на этом участке угол падения волны сжатия от прямого.An increase in the efficiency of the pressure stabilizer can be achieved due to the fact that the casing in one of the longitudinal sections, in particular in the vertical longitudinal section passing through the longitudinal axis of the perforated pipe, is made in length with alternating convexities (protrusions) and concavities (depressions) relative to the perforated pipeline (axis of perforated pipeline). In the areas of convexity and concavity, the angle of incidence of the compression wave on the casing wall is provided at an angle not equal to the right angle. The greater the concavity (convexity) of the casing wall in a certain section, the more the angle of incidence of the compression wave differs from the direct one in this section.
Повышение эффективности работы стабилизатора давления может быть достигнуто за счет того, что суммарная площадь отверстий перфорированного трубопровода составляет величину от 3% до 600% от площади поперечного проходного сечения перфорированного трубопровода и от 0,00001% до 30% от боковой поверхности перфорированного трубопровода, охваченной кожухом. А площадь проходного сечения одного отверстия составляет величину от 0,01% до 2,5% от площади поперечного проходного сечения трубопровода. Чем больше площадь перфорации, тем выше чувствительность стабилизатора давления к повышению частоты и амплитуды возмущающего давления. Чем больше количество отверстий, тем больше энергии волны сжатия перейдет в тепловую энергию вследствие трения о стенки отверстия. Конкретная величина суммарной площади отверстий перфорированного трубопровода и количество отверстий зависит от характеристик источника возмущения и задач, стоящих перед стабилизатором давления.An increase in the efficiency of the pressure stabilizer can be achieved due to the fact that the total area of the holes of the perforated pipeline is from 3% to 600% of the cross-sectional area of the perforated pipeline and from 0.00001% to 30% of the side surface of the perforated pipeline covered by the casing . And the flow area of one hole is from 0.01% to 2.5% of the cross-sectional area of the pipeline. The larger the perforation area, the higher the sensitivity of the pressure stabilizer to an increase in the frequency and amplitude of the disturbing pressure. The larger the number of holes, the more energy of the compression wave will be converted into thermal energy due to friction against the walls of the hole. The specific value of the total area of the holes of the perforated pipeline and the number of holes depends on the characteristics of the disturbance source and the tasks facing the pressure stabilizer.
Повышение эффективности работы стабилизатора давления может быть достигнуто за счет того, что демпфирующий элемент выполнен в виде упругого элемента с отношением массы к объему, равным 50:980 кг/м3. Чем меньше плотность демпфирующего элемента, тем выше чувствительность стабилизатора давления к понижению частоты и повышению амплитуды возмущающего давления. С целью уплотнения компоновки стабилизатора в расширительной полости могут размещаться демпфирующие элементы.Improving the efficiency of the pressure stabilizer can be achieved due to the fact that the damping element is made in the form of an elastic element with a mass to volume ratio of 50: 980 kg / m 3 . The lower the density of the damping element, the higher the sensitivity of the pressure stabilizer to lower the frequency and increase the amplitude of the disturbing pressure. In order to seal the stabilizer arrangement, damping elements may be placed in the expansion cavity.
Повышение эффективности работы стабилизатора давления может быть достигнуто за счет того, что демпфирующий элемент выполнен в виде упругого элемента с использованием кремнийорганического каучука плотностью 960:980 кг/м3, прочностью на разрыв 6:10 МПа, относительным удлинением от 50% до 550%. Данный элемент характеризуется высокой стойкостью к агрессивным средам и повышенным температурам.An increase in the efficiency of the pressure stabilizer can be achieved due to the fact that the damping element is made in the form of an elastic element using silicone rubber with a density of 960: 980 kg / m 3 , tensile strength of 6:10 MPa, and elongation from 50% to 550%. This element is characterized by high resistance to aggressive environments and elevated temperatures.
Повышение эффективности работы стабилизатора давления может быть достигнуто за счет того, что демпфирующая камера содержит цилиндрический корпус и соединена с расширительной камерой посредством 1:2 отверстий или трубопроводов. Внутренний объем демпфирующей камеры может составлять величину от 3% до 30% от общего внутреннего объема стабилизатора давления, соответственно 3% при внутреннем объеме расширительной полости, равном 95% от общего внутреннего объема стабилизатора давления, и 30% при внутреннем объеме расширительной полости, равном 5% от общего внутреннего объема стабилизатора давления.Improving the efficiency of the pressure stabilizer can be achieved due to the fact that the damping chamber contains a cylindrical body and is connected to the expansion chamber through 1: 2 holes or pipelines. The internal volume of the damping chamber can be from 3% to 30% of the total internal volume of the pressure stabilizer, respectively 3% with the internal volume of the expansion cavity equal to 95% of the total internal volume of the pressure stabilizer, and 30% with the internal volume of the expansion cavity equal to 5 % of the total internal volume of the pressure stabilizer.
Трубопроводы позволют разнести демпфирующие камеры в пространстве и при необходимости занять ими свободные объемы вокруг магистрального трубопровода.Pipelines will allow to spread the damping chambers in space and, if necessary, to occupy free volumes around the main pipeline.
Повышение эффективности работы стабилизатора давления может быть достигнуто за счет того, что демпфирующая камера расположена под углом 1:90° к продольной оси перфорированного трубопровода. Интенсивность волны отражения зависит от угла падения волны сжатия на преграду, в данном случае на стенку демпфирующей камеры. Для облегчения конструкции демпфирующей камеры целесообразно сориентировать камеру относительно движущихся по трубопроводу из расширительной полости в демпфирующую камеру волн сжатия таким образом, чтобы при отражении их от стенки камеры радиальные нагрузки уменьшались и появились нагрузки, действующие вдоль образующей корпуса камеры.Increasing the efficiency of the pressure stabilizer can be achieved due to the fact that the damping chamber is located at an angle of 1: 90 ° to the longitudinal axis of the perforated pipeline. The intensity of the reflection wave depends on the angle of incidence of the compression wave on the barrier, in this case, on the wall of the damping chamber. To facilitate the design of the damping chamber, it is advisable to orient the chamber relative to the compression waves moving from the expansion cavity into the damping chamber in a way that, when reflected from the chamber wall, the radial loads are reduced and loads appear along the generatrix of the chamber body.
Повышение эффективности работы стабилизатора давления может быть достигнуто за счет того, что перфорированный трубопровод выполняется в поперечном сечении в виде овала. Это позволит, во-первых, сориентировать перфорированный трубопровод внутри расширительной полости таким образом, чтобы, например, приблизить отверстия перфорации к стенке кожуха. Кроме того, перфорированный трубопровод содержит два фланца для соединения с магистральным трубопроводом. Это позволит оперативно осуществлять замену стабилизатора давления.Improving the efficiency of the pressure stabilizer can be achieved due to the fact that the perforated pipe is made in cross section in the form of an oval. This will allow, firstly, to orient the perforated pipe inside the expansion cavity in such a way that, for example, bring the perforation holes closer to the casing wall. In addition, the perforated pipeline contains two flanges for connection with the main pipeline. This will allow the prompt replacement of the pressure stabilizer.
Повышение эффективности работы стабилизатора давления может быть достигнуто за счет того, что перфорированный трубопровод и корпус демпфирующей камеры выполнены из стали с модулем упругости 190:210 ГПа, модулем сдвига 77:81 ГПа, прочностью на разрыв 320:1500 МПа, пределом текучести 190:1200 МПа. Эта сталь аналогична стали, из которой выполнен кожух, что повышает их совместимость при сварке, температурных деформациях.Increasing the efficiency of the pressure stabilizer can be achieved due to the fact that the perforated pipe and the housing of the damping chamber are made of steel with an elastic modulus of 190: 210 GPa, a shear modulus of 77:81 GPa, a tensile strength of 320: 1500 MPa, a yield strength of 190: 1200 MPa This steel is similar to the steel from which the casing is made, which increases their compatibility during welding, temperature deformations.
Для повышения эффективности и уменьшения габаритов стабилизатора давления перфорированный трубопровод может быть смещен относительно центральной оси кожуха в сторону по направлению к одной из направляющих кожуха. При этом достигается неравномерное распределение объема расширительной полости относительно (или вокруг) перфорированного трубопровода и, как следствие, более интенсивное взаимодействие между пересекающимися волнами сжатия и отражения. Данная неравномерность распределения объема расширительной полости вокруг перфорированного трубопровода может служить одним из варьируемых параметров стабилизатора давления.To increase the efficiency and reduce the dimensions of the pressure stabilizer, the perforated pipeline can be shifted relative to the central axis of the casing to the side towards one of the guides of the casing. In this case, an uneven distribution of the volume of the expansion cavity is achieved relative to (or around) the perforated pipeline and, as a result, a more intense interaction between the intersecting waves of compression and reflection. This uneven distribution of the volume of the expansion cavity around the perforated pipe can serve as one of the variable parameters of the pressure stabilizer.
Повышение эффективности работы стабилизатора давления может быть достигнуто за счет того, что по меньшей мере одно отверстие перфорированного трубопровода выполнено в форме овала. Выполнение отверстия в виде овала увеличит поверхность трения рабочего тела (жидкости) о стенки отверстия, тем самым увеличится энергия рассеяния на отверстии. Таким образом, поставленная задача изобретения решена.Improving the efficiency of the pressure stabilizer can be achieved due to the fact that at least one hole in the perforated pipe is made in the form of an oval. The implementation of the hole in the form of an oval will increase the friction surface of the working fluid (liquid) on the wall of the hole, thereby increasing the energy of scattering on the hole. Thus, the task of the invention is solved.
Перечень чертежейList of drawings
Сущность изобретения поясняется графическими материалами. На фиг.1 изображен стабилизатор давления с двумя вынесенными за пределы расширительной полости демпфирующими камерами. Кожух по длине выполнен с переменным диаметром. На фиг.2 представлен стабилизатор давления, у которого кожух по длине выполнен с чередованием выпуклостей и вогнутостей относительно перфорированного трубопровода. На фиг.3 и 4 представлены схемы воздействия волн сжатия на стенку кожуха. На фиг.5 изображен стабилизатор давления с демпфирующими элементами в виде герметичных металлических упругих камер. На фиг.6 изображен стабилизатор давления с демпфирующими элементами, расположенными в расширительной полости.The invention is illustrated graphic materials. Figure 1 shows a pressure stabilizer with two damping chambers taken out of the expansion cavity. The casing is made in length with a variable diameter. Figure 2 presents the pressure stabilizer, in which the casing along the length is made with alternating convexities and concavities relative to the perforated pipeline. Figure 3 and 4 presents a diagram of the effects of compression waves on the wall of the casing. Figure 5 shows a pressure stabilizer with damping elements in the form of sealed metal elastic chambers. Figure 6 shows a pressure stabilizer with damping elements located in the expansion cavity.
Сведения, подтверждающие возможность осуществления изобретенияInformation confirming the possibility of carrying out the invention
Стабилизатор давления содержит перфорированный трубопровод 1 (см. фиг.1), кожух 2, охватывающий перфорированный трубопровод 1 с образованием расширительной полости 3. Трубопровод крепится к напорной магистрали с помощью фланцев 4 и 5. К кожуху крепятся трубопроводы 6, 7 и 8, соединяющие расширительную полость 3 с демпфирующими камерами 9 и 10. Внутри демпфирующих камер расположены демпфирующие элементы 11 и 12. Демпфирующий элемент 11 отделен от внутренней полости демпфирующей камеры мембраной 13. Отверстие 14 перфорированного трубопровода выполнено в виде окружности, а отверстия 15 и 16 выполнены в виде овалов. Кожух 2 выполнен с переменным диаметром по длине. Образующая кожуха располагается под углом 17 к оси 18 перфорированного трубопровода 1. Демпфирующая камера 9 расположена под углом 19 к оси 18 перфорированного трубопровода 1. Демпфирующая камера 10 расположена под прямым углом к оси 18 перфорированного трубопровода 1.The pressure stabilizer contains a perforated pipe 1 (see figure 1), a casing 2, covering the perforated pipe 1 with the formation of an expansion cavity 3. The pipe is attached to the pressure pipe using flanges 4 and 5. Pipes 6, 7 and 8 are connected to the casing, connecting expansion chamber 3 with damping chambers 9 and 10. Inside the damping chambers, damping elements 11 and 12 are located. The damping element 11 is separated from the inner cavity of the damping chamber by a membrane 13. The hole 14 of the perforated pipe is made in the form of a circle, and openings 15 and 16 are in the form of ovals. The casing 2 is made with a variable diameter along the length. The forming casing is located at an angle 17 to the axis 18 of the perforated pipe 1. The damping chamber 9 is located at an angle 19 to the axis 18 of the perforated pipe 1. The damping chamber 10 is located at right angles to the axis 18 of the perforated pipe 1.
На фиг.2 представлен стабилизатор давления, у которого кожух 20 по длине выполнен с чередованием выпуклостей и вогнутостей относительно перфорированного трубопровода. Корпус кожуха выполнен из трех частей, образующая каждой части располагается под определенным углом к оси перфорированного трубопровода. Образующая 21 располагается под углом 22 к оси перфорированного трубопровода, образующая 23 располагается под углом 24 к оси перфорированного трубопровода, образующая 25 располагается под углом 26 к оси перфорированного трубопровода.Figure 2 presents the pressure stabilizer, in which the
Стабилизатор давления работает следующим образом. В установившемся режиме движения рабочего тела (в частности, жидкости) по трубопроводу 1 жидкость через перфорацию (в частности, отверстия 14, 15, 16) заполняет полость 3, по трубопроводам 6, 7 и 8 заполняет полости демпфирующих камер 9 и 10. При появлении пульсаций давления в трубопроводе 1 происходит дополнительное перетекание рабочей среды через отверстия 14-16 (перфорацию трубопровода) в расширительную полость 3 и демпфирующие камеры 9 и 10, при этом происходит диссипация энергии колебаний на перфорационных отверстиях. Поскольку давление в расширительной полости возросло, то происходит упругое перемещение мембраны 13 в сторону демпфирующего элемента 11 и его деформация с уменьшением занимаемого объема, а также происходит уменьшение объемов других демпфирующих элементов, за счет чего обеспечивается увеличение объема пространства расширительной полости между упругими элементами и перфорированным трубопроводом, обеспечивается большая степень податливости стабилизатора давления. Вследствие большой податливости демпфирующих элементов происходит увеличение скорости перетекания жидкости из трубопровода 1 в расширительную полость, что приводит к диссипации энергии колебаний давления на сосредоточенных сопротивлениях перфорационных отверстий и, как следствие, к уменьшению амплитуды пульсаций давления в трубопроводе 1.The pressure stabilizer operates as follows. In the steady state mode of movement of the working fluid (in particular, fluid) through the pipe 1, the fluid fills the cavity 3 through the perforation (in particular, openings 14, 15, 16), and fills the cavities of the damping chambers 9 and 10 through the pipelines 6, 7 and 8. pressure pulsations in the pipeline 1, an additional flow of the working medium through the openings 14-16 (perforation of the pipeline) into the expansion cavity 3 and damping chambers 9 and 10 occurs, while the vibrational energy dissipates at the perforation holes. As the pressure in the expansion cavity has increased, the membrane 13 moves elasticly towards the damping element 11 and deforms with a decrease in the occupied volume, as well as a decrease in the volumes of other damping elements, which ensures an increase in the volume of the space of the expansion cavity between the elastic elements and the perforated pipe provides a large degree of compliance of the pressure stabilizer. Due to the great flexibility of the damping elements, there is an increase in the rate of fluid flow from the pipeline 1 to the expansion cavity, which leads to the dissipation of the energy of pressure oscillations at the concentrated resistances of the perforations and, as a result, to a decrease in the amplitude of pressure pulsations in the pipe 1.
У аналогов волна сжатия с вектором 27 (см. фиг.3), проходящая через отверстие 28 в перфорированном трубопроводе, воздействует на кожух 29 под прямым углом. В результате воздействия волны сжатия, а затем и волны отражения на кожух в нем появляются большие радиальные усилия 30. Обеспечение надежной работы в этом случае достигается за счет увеличения толщины кожуха и усиления сварных швов, с помощью которых кожух крепится к перфорированному трубопроводу.For analogs, a compression wave with vector 27 (see FIG. 3), passing through a
В заявленном техническом решении стенка кожуха наклонена под углом 34 к вектору волны сжатия 31. Волна сжатия с вектором 31 (см. фиг.4), проходящая через отверстие 32 в перфорированном трубопроводе, воздействует на кожух 33 под углом 34. В результате воздействия волны сжатия на кожух от кожуха отражается волна отражения 35. В результате действия волны сжатия и волны отражения на кожух в нем появляются радиальное усилие 36, которое раскладывается на нормальное усилие 37 и усилие 38, направленное вдоль по образующей кожуха. Величины усилий 37 и 38 зависят от угла 34. Чем больше угол 34 между вектором волны сжатия 31 и нормалью к поверхности кожуха в точке воздействия волны на кожух, тем менее интенсивна волна отражения, тем выше усилие 38 и меньше усилие 37. Увеличение угла 34 с 0° до 10° может привести к уменьшению давления в отраженной волне на 45-50%. Величина угла также определяет количество отражений волны сжатия от стенки кожуха и перфорированного трубопровода. Чем больше угол, тем меньшее количество раз волна сжатия отразится от стенки кожуха и перфорированного трубопровода в расширительной полости. Количество отражений при угле в 1° в 10 раз больше, чем при угле в 10°. Угол 34 целесообразно выбирать из диапазона 3:15°.In the claimed technical solution, the wall of the casing is inclined at an angle of 34 to the vector of the
Внутренний объем расширительной полости оказывает влияние на демпфирующие качества стабилизатора давления. Целесообразно задавать объем расширительной полости, равный 5:95% от внутреннего объема стабилизатора давления. При объеме менее 5% неэффективно используются возможности демпфирования за счет пересечения и гашения волн сжатия. При объеме более 95% неэффективно используются возможности демпфирующих элементов из-за из малого объема. С целью уплотнения компоновки в расширительной полости могут размещаться демпфирующие элементы 39 (см. фиг.1) и 40, 41 (см.фиг.2). На фиг.5 изображен стабилизатор давления с двумя демпфирующими элементами 42 и 43 в виде герметичных металлических упругих камер. Срединная часть упругих камер в поперечном сечении выполнена овальной формы. При повышении давления срединная часть овальной формы еще более сжимается, а при понижении давления срединная часть стремится занять объем цилиндра с поперечным сечением в виде окружности. Работа подобного стабилизатора описана в источнике /2/ и патенте РФ №2156912, опубликованном 27.09.2000 г.The internal volume of the expansion cavity affects the damping properties of the pressure stabilizer. It is advisable to set the volume of the expansion cavity equal to 5: 95% of the internal volume of the pressure stabilizer. At a volume of less than 5%, damping capabilities are used inefficiently due to the intersection and damping of compression waves. With a volume of more than 95%, the possibilities of damping elements are inefficiently used due to the small volume. In order to seal the arrangement in the expansion cavity, damping elements 39 (see Fig. 1) and 40, 41 (see Fig. 2) can be placed. Figure 5 shows a pressure stabilizer with two damping
Демпфирующие элементы могут располагаться в расширительной полости и занимать объем от 30% до 60% от объема расширительной камеры. На фиг.6 изображен стабилизатор давления с тремя демпфирующими элементами 44, 45 и 46. Демпфирующий элемент 45 выполнен многослойным. Материалы слоев различаются величиной относительного удлинения.Damping elements can be located in the expansion cavity and occupy a volume of 30% to 60% of the volume of the expansion chamber. 6 shows a pressure stabilizer with three damping
Кожух и перфорированный трубопровод целесообразно выполнять из одного и того же материала, например из стали с модулем упругости 190:210 ГПа, модулем сдвига 77:81 ГПа, прочностью на разрыв 320:1500 МПа, пределом текучести 190:1200 МПа. Данными характеристиками обладают широко распространенные стали марок Ст1, Ст2, 09Г2, 15ГС, 25Г2С, 20ХГСА, 30ХГСНА, 27ГЛ, 27ХГСНЛ и многие другие /4/. Упругие характеристики данных сталей позволяют воспринимать и гасить амплитуды высокочастотных колебаний.The casing and perforated pipeline should be made of the same material, for example, steel with an elastic modulus of 190: 210 GPa, a shear modulus of 77:81 GPa, a tensile strength of 320: 1500 MPa, a yield strength of 190: 1200 MPa. The widespread steel grades St1, St2, 09G2, 15GS, 25G2S, 20KhGSA, 30KhGSNA, 27GL, 27KhGSNL and many others / 4 / possess these characteristics. The elastic characteristics of these steels make it possible to perceive and damp the amplitudes of high-frequency vibrations.
Суммарная площадь отверстий перфорированного трубопровода может составлять величину 3:600% от площади поперечного сечения перфорированного трубопровода. Выход за эти пределы снижает эффективность работы стабилизатора на частотах колебаний, вызываемых работой промышленных насосных установок.The total area of the holes of the perforated pipe may be 3: 600% of the cross-sectional area of the perforated pipe. Going beyond these limits reduces the efficiency of the stabilizer at vibration frequencies caused by the operation of industrial pumping units.
Важную роль в демпфировании колебаний играет форма отверстий перфорации. Выполнение отверстия в виде овала увеличит поверхность трения рабочего тела (жидкости) о стенки отверстия, тем самым увеличится энергия рассеяния на отверстии.An important role in damping vibrations is played by the shape of the perforation holes. The implementation of the hole in the form of an oval will increase the friction surface of the working fluid (liquid) on the wall of the hole, thereby increasing the energy of scattering on the hole.
Демпфирующие элементы могут выполняться в виде упругих элементов с отношением массы к объему, равным 50:980 кг/м3. При этом демпфирующие элементы выполняются в виде упругого элемента с использованием кремнийорганического каучука плотностью 960:980 кг/м3, прочностью на разрыв 6:10 МПа, относительным удлинением до 550% с внутренней газовой полостью, занимающей от 0,0001 до 99,9% от общего объема демпфирующего элемента. Наличие газовой полости увеличивает податливость демпфирующего элемента и снижает его массу.The damping elements can be made in the form of elastic elements with a mass to volume ratio of 50: 980 kg / m 3 . The damping elements are made in the form of an elastic element using silicone rubber with a density of 960: 980 kg / m 3 , tensile strength of 6:10 MPa, elongation up to 550% with an internal gas cavity occupying from 0.0001 to 99.9% of the total volume of the damping element. The presence of a gas cavity increases the compliance of the damping element and reduces its mass.
Увеличение объема расширительной полости достигается использованием в стабилизаторе давления выносных демпфирующих камер. Количество камер зависит от требуемой степени стабилизации давления и может подбираться экспериментальным путем /2/. Демпфирующие камеры крепятся к кожуху посредством 1:2 трубопроводов. Два трубопровода обеспечивают большую жесткость конструкции. Демпфирующая камера расположена под углом 1:90° к продольной оси перфорированного трубопровода. Угол определяется из условий удобства крепления, минимизации занимаемого объема или определяется имеющимися свободными объемами вокруг магистрального трубопровода. Кроме того, угол крепления, отличный от 0° и 90°, позволит перераспределить действующие нагрузки на камеру и тем самым уменьшить радиальные динамические нагрузки на кожух. Механизм нагружения аналогичен показанному на фиг.3 и 4.An increase in the volume of the expansion cavity is achieved by using external damping chambers in the pressure stabilizer. The number of chambers depends on the required degree of pressure stabilization and can be selected experimentally / 2 /. Damping chambers are attached to the casing by means of 1: 2 pipelines. Two pipelines provide greater structural rigidity. The damping chamber is located at an angle of 1: 90 ° to the longitudinal axis of the perforated pipe. The angle is determined from the conditions of convenience of fastening, minimization of the occupied volume or is determined by the available free volumes around the main pipeline. In addition, the mounting angle, other than 0 ° and 90 °, will allow you to redistribute the existing loads on the camera and thereby reduce the radial dynamic loads on the casing. The loading mechanism is similar to that shown in figure 3 and 4.
Выбором количества демпфирующих элементов и упругих характеристик демпфирующих элементов, объема расширительной камеры и демпфирующих камер, количества отверстий перфорации и их суммарной площади, угла наклона образующей кожуха к оси перфорированного трубопровода или углов наклона образующих секций кожуха к оси перфорированного трубопровода добиваются требуемой степени уменьшения амплитуды колебания давления.By choosing the number of damping elements and the elastic characteristics of the damping elements, the volume of the expansion chamber and damping chambers, the number of perforation holes and their total area, the angle of inclination of the forming casing to the axis of the perforated pipeline or the angles of inclination of the forming sections of the casing to the axis of the perforated pipeline, the required degree of decrease in the amplitude of the pressure fluctuation is achieved .
Таким образом, задача изобретения решена. При осуществлении изобретения будет достигнуто облегчение конструкции стабилизатора за счет перераспределения нагрузок на кожух, уменьшения радиальных усилий на кожух и уменьшения его массы.Thus, the objective of the invention is solved. In the implementation of the invention will be achieved by simplifying the design of the stabilizer due to the redistribution of loads on the casing, reducing radial forces on the casing and reducing its mass.
ЛИТЕРАТУРАLITERATURE
1. Гаситель колебаний давления и расхода. Описание изобретения к авторскому свидетельству №1753174 по классу F 16 L 55/04, опубликованное 07.08.92. Бюл. №29.1. A damper for pressure and flow fluctuations. Description of the invention to copyright certificate No. 1753174 in class F 16 L 55/04, published 07.08.92. Bull. No. 29.
2. Ганиев Р.Ф., Низамов Х.Н., Дербуков Е.И. Волновая стабилизация и предупреждение аварий на трубопроводах. - М.: Издательство МГТУ им. Н.Э.Баумана, 1996. - 260 с.2. Ganiev R.F., Nizamov H.N., Derbukov E.I. Wave stabilization and prevention of accidents in pipelines. - M .: Publishing house of MGTU im. N.E.Bauman, 1996 .-- 260 s.
3. Динамический расчет сооружений на специальные воздействия / М.Ф.Барштейн, Н.М.Бородачев, Л.Х.Блюмина и др.; Под ред. Б.Г.Коренева, И.М.Рабиновича. - М.: Стройиздат, 1981. - 215 с. - (Справочник проектировщика).3. Dynamic calculation of structures for special impacts / MF Barshtein, N. M. Borodachev, L. Kh. Blumin and others; Ed. B.G. Korenev, I.M. Rabinovich. - M.: Stroyizdat, 1981. - 215 p. - (Designer reference).
4. Физические величины. Справочник / А.П.Бачев, Н.А.Григорьева, А.М. Братковский. - М.: Энергоатомиздат, 1991. - 1232 с.4. Physical quantities. Reference book / A.P. Bachev, N.A. Grigorieva, A.M. Bratkovsky. - M .: Energoatomizdat, 1991 .-- 1232 p.
5. Математика. Большой энциклопедический словарь / Гл. ред. Ю.В.Прохоров. - 3-е изд. - М.: Большая Российская энциклопедия, 2000.5. Mathematics. Big Encyclopedic Dictionary / Ch. ed. Yu.V. Prokhorov. - 3rd ed. - M .: Big Russian Encyclopedia, 2000.
Claims (15)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2003109671/06A RU2241169C1 (en) | 2003-04-07 | 2003-04-07 | Pressure stabilizer |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2003109671/06A RU2241169C1 (en) | 2003-04-07 | 2003-04-07 | Pressure stabilizer |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2003109671A RU2003109671A (en) | 2004-10-10 |
| RU2241169C1 true RU2241169C1 (en) | 2004-11-27 |
Family
ID=34310656
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2003109671/06A RU2241169C1 (en) | 2003-04-07 | 2003-04-07 | Pressure stabilizer |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2241169C1 (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2464404C2 (en) * | 2010-12-23 | 2012-10-20 | Мавлитзян Сагитьянович Габдрахимов | Flush water compensator |
-
2003
- 2003-04-07 RU RU2003109671/06A patent/RU2241169C1/en active
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| ГАНИЕВ Р.Ф. и др. Волновая стабилизация и предупреждение аварий на трубопроводах. - М.: МГТУ им. Н.Э.Баумана, 1996, с.187. * |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2464404C2 (en) * | 2010-12-23 | 2012-10-20 | Мавлитзян Сагитьянович Габдрахимов | Flush water compensator |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| RU2526928C2 (en) | Bearing structure with increased damping on account of structure | |
| Kela | Resonant frequency of an adjustable Helmholtz resonator in a hydraulic system | |
| JPS62224748A (en) | Supporter for controlling or interrupting vibration | |
| RU2241169C1 (en) | Pressure stabilizer | |
| RU31631U1 (en) | Pressure stabilizer | |
| RU31632U1 (en) | Pressure stabilizer | |
| Salazar et al. | Hydrostatic implosion of composite cylinders in an open-ended confining structure | |
| WO2015017792A1 (en) | Method for suppression of resonant vibrations in subsea pipelines | |
| Wachel et al. | Vibrations In Reciprocating Machinery And Piping Systems. | |
| Paliwal et al. | Free vibrations of an orthotropic thin cylindrical shell on a Pasternak foundation | |
| CN206234477U (en) | It is applied to the comprehensive vibration and noise reducing device of ship pipeline | |
| Briscoe et al. | Axisymmetric vibrational power measurement in empty and fluid filled pipes | |
| Pinnington | The axisymmetric wave transmission properties of pressurized flexible tubes | |
| Corbo et al. | Practical design against pump pulsations | |
| JP2734478B2 (en) | Pressure pulsation absorber | |
| SU966381A1 (en) | Vibration protected pipeline support | |
| RU2133904C1 (en) | Pressure stabilizer | |
| RU2398987C2 (en) | Damper | |
| Nigmatulin et al. | The resonant supercompression and sonoluminescence of a gas bubble in a liquid-filled flask | |
| KHARCHENKO et al. | The influence of friction forces on longitudinal wave propagation in a stuck drill string in a borehole | |
| RU2133906C1 (en) | Pressure stabilizer | |
| Pinnington | Axisymmetric wave transfer functions of flexible tubes | |
| RU2387916C1 (en) | Liquid pressure pulsation damper | |
| Hajmohammadian Baghban et al. | Seismic Analysis of Baffle-Reinforced Elevated Storage Tank Using Finite Element Method | |
| SU1267096A1 (en) | Hydraulic damping device |