RU2293246C2

RU2293246C2 - Two-frequency adjustable pressure vibration damper

Info

Publication number: RU2293246C2
Application number: RU2005112013/06A
Authority: RU
Inventors: Евгений Владимирович Шахматов (RU); Евгений Владимирович Шахматов; Андрей Брониславович Прокофьев (RU); Андрей Брониславович Прокофьев; нц Георгий Михайлович Макарь (RU); Георгий Михайлович Макарьянц
Priority date: 2005-04-20
Filing date: 2005-04-20
Publication date: 2007-02-10
Also published as: RU2005112013A

Abstract

FIELD: mechanical engineering.

SUBSTANCE: damper comprises acoustical resonator mounted in the side branch pipe of pipeline (1) and having space (2) and branched acoustical neck (3). The neck comprises sections (4), (5), and (6) whose lengths and cross-sections are related by the equation proposed. The volume of the resonator is adjusted by moving piston (7) by means of rotation of adjusting screw (8). Openings (9) relief the piston from pressure forces. The maximum downward piston stroke is arrested by stops (10). Breather (11) is used for releasing air from the resonator space.

EFFECT: improved damping.

1 dwg

Description

Изобретение относится к области машиностроения и может быть использовано в трубопроводной арматуре для снижения пульсаций давления рабочей среды.The invention relates to mechanical engineering and can be used in pipe fittings to reduce pressure pulsations of the working environment.

Известен ответвленный резонатор (Шорин В.П. Устранение колебаний в авиационных трубопроводах. - М: Машиностроение, 1980), состоящий из гидравлической емкости, сообщающейся с основной гидросистемой каналом, обладающим инерционным сопротивлением. При совпадении частоты колебаний рабочей среды с собственной частотой резонатора сопротивление резонатора для переменной составляющей расхода среды резко падает, что обеспечивает высокоскоростной колебательный поток в горле и снижение колебаний в основной гидросистеме.A well-known branched resonator (Shorin V.P. Elimination of vibrations in aircraft pipelines. - M: Mechanical Engineering, 1980), consisting of a hydraulic tank in communication with the main hydraulic system with a channel having inertial resistance. When the frequency of oscillations of the working medium coincides with the natural frequency of the resonator, the resistance of the resonator for the variable component of the flow rate drops sharply, which ensures a high-speed oscillatory flow in the throat and a decrease in oscillations in the main hydraulic system.

Недостатком известного технического решения является то, что высокая эффективность снижения пульсаций обеспечивается только на одной частоте колебаний. В то же время известно, что весьма значительный вклад в энергетику колебаний рабочей среды вносит вторая гармоника спектра пульсаций давления, генерируемых насосными агрегатами, амплитуда которой практически не снижается от установки такого резонатора.A disadvantage of the known technical solution is that the high efficiency of reducing ripple is provided only at one frequency of oscillation. At the same time, it is known that the second harmonic of the spectrum of pressure pulsations generated by pump units, whose amplitude practically does not decrease from the installation of such a resonator, makes a very significant contribution to the energy of vibrations of the working medium.

Наиболее близким по технической сущности является гаситель колебаний (Стабилизатор колебаний давления. SU 1418541 А1, МПК F 16 L 55/04, 23.08.1988), который состоит из корпуса, охватывающего трубопровод с образованием демпфирующей полости. На трубопроводе установлены акустические горла различной длины, выполненные в виде коаксиально установленных патрубков для сообщения трубопровода с демпфирующей полостью.The closest in technical essence is the vibration damper (Stabilizer of pressure fluctuations. SU 1418541 A1, IPC F 16 L 55/04, 08/23/1988), which consists of a housing covering the pipeline with the formation of a damping cavity. Acoustic throats of various lengths are installed on the pipeline, made in the form of coaxially mounted nozzles for connecting the pipeline with a damping cavity.

Недостатками прототипа являются большие габариты, сложность размещения в защищаемой гидросистеме, а также незначительная инерционность акустических горл, не позволяющая достичь высокой эффективности по снижению пульсаций давления.The disadvantages of the prototype are large dimensions, the complexity of placement in the protected hydraulic system, as well as the slight inertia of the acoustic throats, which does not allow to achieve high efficiency in reducing pressure pulsations.

В основу изобретения поставлена задача - повышение надежности трубопроводной арматуры за счет существенного снижения амплитуды пульсаций давления двух первых гармоник, генерируемых насосным агрегатом, а также подстройки частоты, на которой достигается максимальная эффективность, под конкретные условия эксплуатации.The basis of the invention is the task of improving the reliability of pipeline valves by significantly reducing the amplitude of the pressure pulsations of the first two harmonics generated by the pump unit, as well as adjusting the frequency at which maximum efficiency is achieved, under specific operating conditions.

Это достигается за счет того, что в двухчастотном настраиваемом гасителе колебаний давления, содержащем полость и акустическое горло, согласно изобретению горло выполнено разветвленным и состоящим из трех участков различной длины и площади поперечного сечения, геометрические параметры которого определяются соотношением:This is achieved due to the fact that in the two-frequency tunable damper of pressure fluctuations containing a cavity and an acoustic throat, according to the invention, the throat is branched and consists of three sections of different lengths and cross-sectional areas, the geometric parameters of which are determined by the ratio:

3l₄S₅S₆-l₆S₄S₅+4l₅S₄S₆=0,3l ₄ S ₅ S ₆ -l ₆ S ₄ S ₅ + 4l ₅ S ₄ S ₆ = 0,

где l₄, l₅, l₆ и S₄, S₅, S₆ - соответственно длины и площади участков горла, а в полости установлен разгруженный от статических сил давления поршень, ход которого ограничивается упорами.where l ₄ , l ₅ , l ₆ and S ₄ , S ₅ , S ₆ are the length and area of the throat sections, respectively, and a piston unloaded from the static pressure forces is installed in the cavity, the stroke of which is limited by stops.

На чертеже представлен общий вид устройства.The drawing shows a General view of the device.

Устройство представляет собой акустический резонатор, расположенный в боковом ответвлении от трубопровода 1 и содержащий полость 2 и разветвленное акустическое горло 3. Горло состоит из трех участков 4, 5 и 6, имеющих длины и площади проходного сечения l₄, S₄, l₅, S₅ и l₆, S₆ соответственно. Объем полости резонатора настраивается перемещением поршня 7 путем вращения регулировочного винта 8. Отверстия 9 обеспечивают разгрузку поршня от сил давления. Максимальный ход поршня 7 вниз ограничивается упорами 10. Для стравливания воздуха из полости резонатора предусмотрен сапун 11. Эффективное снижение первых двух гармоник спектра пульсаций давления, генерируемых насосным агрегатом, обеспечивается соотношением геометрических характеристик горла резонатора:The device is an acoustic resonator located in a lateral branch from the pipeline 1 and containing a cavity 2 and a branched acoustic throat 3. The throat consists of three sections 4, 5 and 6, having lengths and passage areas of l ₄ , S ₄ , l ₅ , S ₅ and l ₆ , S _6, respectively. The volume of the cavity of the resonator is adjusted by moving the piston 7 by rotating the adjusting screw 8. Holes 9 provide unloading of the piston from pressure forces. The maximum piston stroke 7 down is limited by stops 10. A breather 11 is provided for bleeding air from the cavity of the resonator 11. An effective reduction of the first two harmonics of the spectrum of pressure pulsations generated by the pump unit is ensured by the ratio of the geometric characteristics of the resonator neck:

Гаситель колебаний давления работает следующим образом (см. чертеж). Пульсации давления рабочей среды, генерируемые, например, насосным агрегатом, распространяясь по трубопроводной системе, проникают через разветвленное горло 3 гасителя, представляющее собой гидравлическую индуктивность, в его полость 2. За счет предложенной конфигурации каналов горла гаситель имеет две собственные частоты, отличающиеся друг от друга в 2 раза. При совпадении частоты колебаний рабочей среды с какой-либо собственной частотой гасителя его сопротивление для переменной составляющей расхода среды резко падает. При этом возникает интенсивный пульсирующий поток в полость гасителя и обратно. Таким образом, снижение колебаний давления в трубопроводной системе достигается за счет использования принципа локализации источника колебаний, когда обеспечивается перекачка колебательной энергии из источника в гаситель и обратно, и интерференция колебаний. Кроме того, значительное возрастание скорости пульсирующего потока в горле гасителя обуславливает поглощение энергии в системе. Использование горла 3 со строго определенным соотношением геометрических размеров в соответствии с (1) обеспечивает, в случае настройки гасителя на основную частоту источника колебаний, низкое его сопротивление для пульсирующей составляющей потока как на основной частоте, так и на второй гармонике, что обуславливает значительное снижение интенсивности колебаний, проникающих в трубопроводную систему, на частотах первой и второй гармоник, вносящих наибольший вклад в общую энергетику колебаний. Для реализации возможности подстройки предусмотрено изменение объема полости, которое осуществляется перемещением поршня 7. Перемещение поршня 7 реализуется вращением регулировочного винта 8. Поршень 7 разгружен от сил статического давления путем выполненных в нем отверстий 9 малого диаметра, представляющих значительное сопротивление для пульсирующего потока и поэтому не влияющих на собственные динамические характеристики гасителя. Минимальный объем полости гасителя ограничивается упорами 10, препятствующими дальнейшему движению поршня 7 вниз. Для стравливания воздуха из тупиковой полости гасителя предусмотрен сапун 11 с краном.The pressure oscillation damper operates as follows (see drawing). The pressure pulsations of the working medium, generated, for example, by a pumping unit, propagating through the pipeline system, penetrate through the branched neck 3 of the damper, which is a hydraulic inductance, into its cavity 2. Due to the proposed configuration of the throat channels, the damper has two natural frequencies that differ from each other 2 times. When the oscillation frequency of the working medium coincides with any natural frequency of the damper, its resistance for the variable component of the flow rate of the medium drops sharply. When this occurs, an intense pulsating flow into the cavity of the damper and vice versa. Thus, the reduction of pressure fluctuations in the pipeline system is achieved through the use of the principle of localization of the oscillation source, when the transfer of vibrational energy from the source to the damper and vice versa, and interference of vibrations are ensured. In addition, a significant increase in the velocity of the pulsating flow in the throat of the absorber causes the absorption of energy in the system. The use of the throat 3 with a strictly defined ratio of geometric dimensions in accordance with (1) ensures, if the damper is tuned to the fundamental frequency of the oscillation source, its low resistance for the pulsating component of the flow both at the fundamental frequency and at the second harmonic, which leads to a significant decrease in intensity oscillations penetrating the pipeline system at the frequencies of the first and second harmonics, making the greatest contribution to the overall energy of the oscillations. To realize the possibility of adjustment, a change in the volume of the cavity is provided, which is carried out by moving the piston 7. The movement of the piston 7 is carried out by rotating the adjusting screw 8. The piston 7 is unloaded from the forces of static pressure by holes 9 of small diameter made in it, which represent significant resistance to the pulsating flow and therefore do not affect on the own dynamic characteristics of the damper. The minimum volume of the cavity of the absorber is limited by stops 10, which prevent further movement of the piston 7 down. For bleeding air from the dead end of the damper, a breather 11 with a tap is provided.

Claims

Two-frequency tunable damper for pressure fluctuations, containing a cavity and an acoustic throat, characterized in that the throat is branched and consists of 3 sections of different lengths and cross-sectional areas, the geometric parameters of which are determined by the ratio:

3l ₄ S ₅ S ₆ -l ₆ S ₄ S ₅ + 4l ₅ S ₄ S ₆ = 0,

where l ₄ , l ₅ , l ₆ , S ₄ , S ₅ , S _{6 are the} length and area of the throat sections, and a piston unloaded from static pressure forces is installed in the cavity, the stroke of which is limited by stops.