RU2396476C2

RU2396476C2 - Damper of hydraulic shock

Info

Publication number: RU2396476C2
Application number: RU2007139062/06A
Authority: RU
Inventors: Натикбек Алиевич Алиев (UA); Натикбек Алиевич Алиев; Парвиз Натикбекович Алиев (UA); Парвиз Натикбекович Алиев
Original assignee: Натикбек Алиевич Алиев; Парвиз Натикбекович Алиев
Priority date: 2007-10-22
Filing date: 2007-10-22
Publication date: 2010-08-10
Also published as: RU2007139062A

Abstract

FIELD: machine building.

SUBSTANCE: damper of hydraulic shock consists of swing-check gate with shutting component - disk installed in its case. Behind it there are arranged an angular differential automatic control valve consisting of vertically installed case and a seat located in the lower part of the case, of a rod composed of two sub-plungers with a shutting-off component, of a discharge pipe and of a pulse pipe connecting a cavity above the rod with a pipeline to the shutting-off component of the swing-check gate. A receiving chamber is located above the case of the control valve. The rod is composed of two parts interconnected with a pin and lock-nuts. The plunger facilitates control of flow section area between the plungers and their accurate positioning relative to flow openings. In its upper part the case of the control valve consists of two cylinder cartridges intercommunicated by means of side openings for working medium running. A receiving chamber for working medium discharge is located above the case of the control valve.

EFFECT: expanded functionality and increased rate of damping direct wave of working medium.

2 cl, 2 dwg

Description

Изобретение относится к устройствам защиты напорных трубопроводов от гидравлических ударов, в частности для применения в шахтном водоотливе глубоких горизонтов.The invention relates to a device for protecting pressure pipelines from water hammer, in particular for use in mine drainage of deep horizons.

Известны примеры расстановки противоударной защиты при различных профилях напорных гидротранспортных систем, а также конструктивные схемы различных компенсаторов приведены в (А.М.Курганов, А.Ф.Федоров. Гидравлические расчеты систем водоснабжения и водоотведения. - Л.: Стройиздат, 1986 (раздел 5.4 "Оценка гидравлического удара при применении противоударных мероприятий", с.122-135)).Known examples of the arrangement of shockproof protection for various profiles of pressure head hydrotransport systems, as well as design schemes of various compensators are given in (A.M. Kurganov, A.F. Fedorov. Hydraulic calculations of water supply and sanitation systems. - L .: Stroyizdat, 1986 (section 5.4 "Assessment of water hammer during the application of shockproof measures", p.122-135)).

Нормативными документами на проектирование шахтного водоотлива регламентируется, что при высотах подъема воды 400 м и более необходимо предусматривать специальные устройства для защиты трубопроводов от возможного гидравлического удара (В.Г.Гейер, Г.М.Тимошенко. Шахтные вентиляторные и водоотливные установки. - М.: Недра, 1987, гл.4.9, с.218-227). В условиях современного шахтного водоотлива применяются, как правило, стальные трубопроводы для одноступенчатого подъема воды на земную поверхность на геометрическую высоту 1200 м и более при принятой скорости движения воды в пределах 2-3 м/с. В общем случае резкие изменения скорости движения воды в шахтном трубопроводе могут возникнуть в насосных установках при пуске, остановке и регулировании. Особенно опасные колебания давления в шахтных водоотливных установках наблюдаются при внезапном отключении электродвигателей приводов насосов. В этом случае, при отсутствии специальных устройств защиты от гидравлического удара, происходит разрушение насоса, поскольку при подобном аварийном режиме обычная управляющая задвижка не может быть мгновенно использована (В.Г.Гейер, Г.М.Тимошенко. Шахтные вентиляторные и водоотливные установки. - М.: Недра, 1987, гл.4.9, с.218-227).Regulatory documents for the design of mine drainage regulate that at heights of water rise of 400 m or more it is necessary to provide special devices for protecting pipelines from possible hydraulic shock (V.G. Geyer, G.M. Timoshenko. Mine fan and drainage plants. - M. : Nedra, 1987, chap. 4.9, pp. 218-227). Under the conditions of modern mine drainage, steel pipelines are used, as a rule, for one-stage lifting of water to the earth's surface to a geometric height of 1200 m or more at an assumed water velocity of 2-3 m / s. In the general case, sudden changes in the water velocity in the mine pipeline can occur in pumping installations during start-up, shutdown, and regulation. Particularly dangerous pressure fluctuations in mine drainage plants are observed when the pump drive motors are suddenly turned off. In this case, in the absence of special devices for protection against water hammer, the pump is destroyed, because in such an emergency mode the usual control valve cannot be used instantly (V.G. Geyer, G.M. Timoshenko. Mine fan and drainage plants. - M .: Nedra, 1987, chap. 4.9, p. 218-227).

Известны гасители гидравлического удара поршневого типа с пружинным и газовыми упругими элементами, устанавливаемые непосредственно на трубопроводе. Воздушно-гидравлические колпаки практически не применяют в горнорудной промышленности из-за быстрого заиливания их объема и сложности при изготовлении и эксплуатации. Мало применяют также предохранительные пружинные клапаны, которые не сразу открываются полностью и только частично сбрасывают избыток воды. Применение пружин в шахтных гасителях гидравлического удара неэффективно, т.к. основную роль в них играет временной фактор: гаситель может стоять продолжительное время без действия и сработать при экстремальной сложившейся ситуации. Применение пружин в этом случае невозможно или неэффективно из-за временной релаксации витков пружины. Кроме того, трудность точной настройки пружины клапана без надлежащей проверки и «запрессовки» отверстий при откачке загрязненных шахтных вод ограничивает область их применения.Known hydraulic shock absorbers piston type with spring and gas elastic elements that are installed directly on the pipeline. Air-hydraulic caps are practically not used in the mining industry due to the rapid siltation of their volume and complexity in the manufacture and operation. Safety spring valves, which do not immediately open completely and only partially discharge excess water, are also used little. The use of springs in shaft dampers of water hammer is inefficient, because the main role in them is played by the time factor: the quencher can stand for a long time without action and work in an extreme situation. The use of springs in this case is impossible or inefficient due to the temporary relaxation of the coil of the spring. In addition, the difficulty of fine-tuning the valve spring without proper checking and "pressing" holes when pumping contaminated mine water limits their scope.

В условиях горной промышленности на рудниках успешно применяют способ защиты нагнетательных трубопроводов с помощью установки обратных клапанов на промежуточных горизонтах или посредине трубопровода, который при этом секционируется на два более коротких трубопровода. В результате этого снижается статический напор и сокращается продолжительность фазы гидравлического удара. Экспериментальные исследования позволили установить селективность срабатывания обратных клапанов при работе водоотливных установок, при этом в более коротких трубопроводах происходит более быстрое затухание волновых процессов и уменьшается давление в трубопроводах. Однако в условиях шахты секционирование трубопровода не применяется, т.к. существенно усложняет систему водоотлива. (В.М.Попов. Рудничные водоотливные установки. - М.: Недра, 1983, С.271-280). Осциллографирование режимов работы водоотливных установок показало, что гидравлический удар наиболее опасен в нагнетательных трубопроводах большого диаметра и при большой геодезической глубине шахт. Применение для гашения гидравлического удара только обратных клапанов в этих условиях неэффективно из-за малой надежности трубопровода и необходимости полного устранения возникновения ударной волны. Оценка известных способов защиты от гидравлического удара показывает, что перспективным является применение автоматических гасителей удара, работающих по принципу сброса части транспортируемой воды.In the mining industry, in mines, a method of protecting injection pipelines is successfully applied by installing check valves at intermediate horizons or in the middle of a pipeline, which is then partitioned into two shorter pipelines. As a result, the static head is reduced and the duration of the water hammer phase is shortened. Experimental studies have made it possible to establish the selectivity of the operation of check valves during the operation of drainage plants, while in shorter pipelines there is a more rapid attenuation of wave processes and pressure in the pipelines decreases. However, in the conditions of the mine sectionalization of the pipeline is not applied, because significantly complicates the drainage system. (V.M.Popov. Mine drainage plants. - M .: Nedra, 1983, S.271-280). Oscillography of the operating modes of the sump plants has shown that water hammer is the most dangerous in large-diameter injection pipelines and with a large geodetic depth of the mines. The use of only non-return valves for damping water hammer under these conditions is inefficient due to the low reliability of the pipeline and the need to completely eliminate the occurrence of a shock wave. Evaluation of known methods of protection against water hammer shows that the use of automatic shock absorbers working on the principle of dumping part of the transported water is promising.

Известны гасители гидравлического удара прямого и непрямого действия. В гасителях первого типа перемещение исполнительного элемента (клапана предохранительного или клапана-регулятора) осуществляется энергией рабочей среды под управлением измерительного устройства перепада давления, возникающего в начальной стадии гидравлического удара, а в гасителях непрямого действия эта операция реализуется вспомогательным приводом, использующим энергию специального усилителя. В течение целого ряда лет разрабатывались модификации гасителя гидравлического удара непрямого действия конструкции Донецкого политехнического института (ДПИ), защищенные авторскими свидетельствами СССР: а.с. СССР №764751, F16K 47/00, бюл. №11, 1975, а.с. СССР №773367, F16K 47/10, бюл. №39, 1980; а.с. СССР №992883, F16K 47/10, бюл. №4, 1983; а.с. СССР №1681107, F16K 47/10, F16L 55/02, бюл. изобретений №36, 1991.Known shock absorbers direct and indirect hydraulic shock. In the first type dampers, the movement of the actuating element (safety valve or regulator valve) is carried out by the energy of the working medium under the control of the differential pressure measuring device that occurs in the initial stage of the hydraulic shock, and in indirect dampers this operation is carried out by an auxiliary drive using the energy of a special amplifier. For a number of years, modifications of the hydraulic shock absorber of the indirect action of the design of the Donetsk Polytechnic Institute (DPI), protected by copyright certificates of the USSR, were developed: USSR No. 764751, F16K 47/00, bull. No. 11, 1975, a.s. USSR No. 773367, F16K 47/10, bull. No. 39, 1980; A.S. USSR No. 992883, F16K 47/10, bull. No. 4, 1983; A.S. USSR No. 1681107, F16K 47/10, F16L 55/02, bull. Inventions No. 36, 1991.

К известным недостаткам вышеприведенных конструкций гасителей гидравлического удара следует отнести, во первых, необходимость использования вспомогательной жидкости, как, например, в а.с. СССР №464751 и а.с. СССР №773367, причем в последнем решении герметичная эластичная камера должна быть заполнена антикоррозионной жидкостью и сжатым газом; во-вторых, трудность настройки и забивку отверстий механическими примесями, имеющимися в большом количестве в шахтных водах. Для защиты дросселей в конструкцию гасителей необходимо вводить специальные фильтры.The known disadvantages of the above designs of shock absorbers should include, firstly, the need to use auxiliary fluid, as, for example, in AS USSR No. 464751 and A.S. USSR No. 773367, moreover, in the last decision, the sealed elastic chamber must be filled with anti-corrosive liquid and compressed gas; secondly, the difficulty of setting up and blocking holes with mechanical impurities, abundant in mine waters. To protect the throttles, special filters must be introduced into the damper design.

Также известны автоматические клапаны-гасители гидравлических ударов системы «Укрводгео», действие которых основано на гидравлическом принципе: открываются при повышении или понижении давления против нормального и сбрасывают часть воды из трубопровода, тем самым снижая давление. Гаситель разработан для насосных установок, когда гидравлический удар начинается с фазы пониженного давления у обратного затвора. Отсутствие пружин повышает надежность работы конструкции, чему способствует и перемещение исполнительных устройств непосредственно энергией рабочей среды нагнетательного трубопровода.Also known are automatic damper valves for hydraulic shocks of the Ukrvodgeo system, the operation of which is based on the hydraulic principle: they open when the pressure rises or falls against normal pressure and dump some of the water from the pipeline, thereby reducing pressure. The damper is designed for pumping installations when water hammer begins with a reduced pressure phase at the check valve. The absence of springs increases the reliability of the design, which is also facilitated by the movement of actuators directly by the energy of the working medium of the discharge pipe.

В условиях работы водоотливных установок рекомендуются две схемы использования автоматических гасителей:In the conditions of operation of drainage plants, two schemes for using automatic dampers are recommended:

1) установка гасителя за обратным затвором и сброс воды в водосборник, и использование гасителя в качестве безударного обратного затвора;1) installation of a damper behind the check valve and discharge of water into the catchment basin, and the use of a damper as an shock-free check valve;

2) использование практически той же схемы для сброса воды через насос. В шахтных условиях вторая схема практически неприемлема, т.к. приводит к неизбежной поломке обычно используемых в водоотливных установках центробежных многосекционных насосов.2) using almost the same circuit to discharge water through the pump. In mine conditions, the second scheme is almost unacceptable, because leads to the inevitable breakdown of centrifugal multisection pumps commonly used in sump plants.

В качестве иллюстрации указанных схем на фиг.1 приведен рис.8.21 из кн.: В.М.Попова «Рудничные водоотливные установки», М.: Недра, 1972, с.261. Обе схемы использования гасителя гидравлического удара предусматривают его установку совместно с обратным затвором, который является неотъемлемым элементом системы гашения гидравлического удара, и поэтому конструкцию и работу гасителя необходимо рассматривать только совместно с обратным затвором.As an illustration of these schemes, figure 1 shows Fig. 8.21 from the book: V. M. Popova "Mine drainage plants", M .: Nedra, 1972, p. 261. Both schemes for the use of a water hammer absorber provide for its installation together with a check valve, which is an integral element of a water hammer quench system, and therefore the design and operation of a damper must be considered only in conjunction with a check valve.

В первой схеме цилиндр корпуса гасителя, в котором размещен клапан-регулятор, присоединяется импульсными трубками через распределитель давления к трубопроводу таким образом, что клапан-регулятор гасителя находится в закрытом состоянии. При определенном соотношении давления в трубопроводе до и после затвора обратного клапан-регулятор гасителя открывается, сбрасывает рабочую среду и понижает давление в трубопроводе до заданной величины. Для возвращения клапана-регулятора гасителя в исходное положение и прекращения сброса рабочей среды, распределитель соединяет надпоршневое пространство цилиндра с напорным трубопроводом до обратного затвора. При пуске насосного агрегата распределитель соединяет цилиндр гасителя с нагнетательным трубопроводом до обратного затвора и подготавливает его к работе.In the first scheme, the cylinder of the damper body, in which the regulator valve is located, is connected by impulse tubes through the pressure distributor to the pipeline so that the damper regulator valve is in the closed state. With a certain ratio of pressure in the pipeline before and after the check valve, the damper regulator-valve opens, relieves the working medium and lowers the pressure in the pipeline to a predetermined value. To return the damper control valve to its original position and stop the discharge of the working medium, the distributor connects the piston space of the cylinder with the pressure pipe to the check valve. When starting up the pumping unit, the distributor connects the absorber cylinder with the discharge pipe to the check valve and prepares it for operation.

Более подробно вышеуказанная конструкция автоматического гасителя гидравлического удара по первой схеме системы «Укрводгео» (конструкции В.М.Папина) приведена на фиг.2 (взятой из книги А.А.Угинчус «Гидравлика и гидравлические машины», изд. Харьковского университета, Харьков, 1970. С.193).In more detail, the above design of an automatic shock absorber according to the first scheme of the Ukrvodgeo system (designed by V.M. Papin) is shown in Fig. 2 (taken from the book by A. A. Uginchus “Hydraulics and Hydraulic Machines”, published by Kharkov University, Kharkov , 1970. P.193).

В подавляющем большинстве случаев при эксплуатации шахтных водоотливных установок возникает прямой гидравлический удар, когда время закрывания обратного затвора меньше продолжительности фазы гидравлического удара.In the vast majority of cases, during the operation of mine sump plants, a direct water hammer occurs when the time for closing the check valve is less than the duration of the water hammer phase.

Экспериментально установлено, что время срабатывания обратных клапанов и затворов различного диаметра на закрытие составляет в пределах 0,6-1,5 с. Отсюда, вследствие значительных динамических нагрузок, возникают требования к высоким прочностным параметрам указанных устройств.It was experimentally established that the response time of check valves and gates of various diameters for closing is within 0.6-1.5 s. Hence, due to significant dynamic loads, there are requirements for high strength parameters of these devices.

В основу изобретения поставлена задача такого усовершенствования гасителя гидравлического удара, чтобы за счет конструктивных особенностей его исполнения повысить эффективность гашения прямого гидравлического удара путем ускорения срабатывания запирающего элемента с одновременным сохранением стабильности параметров его исходной настройки в процессе долговременной эксплуатации.The basis of the invention is the task of such an improvement in the shock absorber in order to increase the damping effect of direct water hammer due to the design features of its execution by accelerating the actuation of the locking element while maintaining the stability of its initial settings during long-term operation.

Поставленная задача решается тем, что в гасителе гидравлического удара, включающем затвор обратный с установленным в его корпусе запирающим элементом - диском, в котором выполнено отверстие с установленным в нем дросселем, угловой дифференциальный клапан-регулятор автоматического действия, выполненный в виде вертикально установленного цилиндрического корпуса, в котором размещен шток, согласно изобретению выполненный в виде составного из двух частей, расположенных дистанционно между собой, плунжера. В его нижней части сформированы по диаметру отверстия, суммарная площадь которых не менее площади входного сопла дифференциального клапана, а общая площадь верхнего плунжера по крайней мере в два раза больше площади входного сопла. Боковые отверстия в корпусе расположены на уровне промежутка между плунжерами в крайнем верхнем их положении. Отверстия соединены с секторными отверстиями кольцевой рубашки, а те, в свою очередь, с отверстиями приемной камеры, в которую сбрасывается транспортируемая среда. На фланце под цилиндрическим корпусом размещено седло. Труба сброса транспортируемой среды соединяет полость приемной камеры с атмосферой или сливным трубопроводом. Импульсная трубка соединяет полость над штоком с трубопроводом до запирающего элемента затвора обратного.The problem is solved in that in the shock absorber, which includes a return valve with a locking element installed in its body - a disk in which an opening is made with a throttle installed in it, an angular differential valve-controller of automatic action, made in the form of a vertically mounted cylindrical body, in which the rod according to the invention is made in the form of a plunger composed of two parts located remotely between each other. In its lower part, holes are formed by the diameter, the total area of which is not less than the area of the inlet nozzle of the differential valve, and the total area of the upper plunger is at least two times the area of the inlet nozzle. Side holes in the housing are located at the level of the gap between the plungers in their extreme upper position. The holes are connected to the sector openings of the annular shirt, and those, in turn, to the openings of the receiving chamber into which the transported medium is discharged. A saddle is placed on the flange under the cylindrical body. The discharge pipe of the transported medium connects the cavity of the receiving chamber with the atmosphere or drain pipe. An impulse tube connects the cavity above the stem with the pipeline to the locking element of the return shutter.

Перечисленные выше признаки составляют сущность изобретения, т.к. являются необходимыми в любых вариантах реализации изобретения и достаточными для достижения поставленной задачи.The above features are the essence of the invention, because are necessary in any embodiment of the invention and sufficient to achieve the task.

Конкретным отличием заявляемого гасителя является то, что плунжер клапана-регулятора разделен на две секции, одна из которых несет седло - вставку, вокруг которой по диаметру сформированы отверстия, суммарная площадь которых не меньше площади входного сопла. Другим конкретным отличием является то, что боковые отверстия для сброса рабочей среды расположены в стенке корпуса цилиндра перпендикулярно оси цилиндра, объединены кольцевой выточкой, выполненной в стакане, коаксиальном корпусу клапана-регулятора, и посредством отверстий, оси которых параллельны главной оси клапана, соединены с приемной камерой сброса жидкости в водосборник.A specific difference of the inventive damper is that the valve-regulator plunger is divided into two sections, one of which carries a saddle - an insert, around which holes are formed by diameter, the total area of which is not less than the area of the inlet nozzle. Another specific difference is that the side openings for discharging the working medium are located in the wall of the cylinder body perpendicular to the axis of the cylinder, are connected by an annular groove made in a glass, coaxial to the body of the valve regulator, and through openings whose axes are parallel to the main axis of the valve are connected to the receiving a liquid discharge chamber into the catchment.

Еще одним конкретным отличием является то, что клапан-регулятор разобщен от приемной емкости, которая располагается над корпусом клапана и соединена с фланцем корпуса шпильками, стягивающими одновременно и нижний фланец корпуса клапана. Указанные особенности реализации изобретения не являются обязательными, а наиболее предпочтительны с точки зрения заявителя и не исключают возможности другого конкретного исполнения устройства в пределах заявляемой сущности изобретения.Another specific difference is that the control valve is disconnected from the receiving tank, which is located above the valve body and connected to the body flange with studs, which simultaneously tighten the lower flange of the valve body. These features of the invention are not mandatory, but are most preferable from the point of view of the applicant and do not exclude the possibility of another specific embodiment of the device within the scope of the claimed invention.

Причинно-следственная связь отличительных признаков и технического результата состоит в следующем:The causal relationship of the hallmarks and the technical result is as follows:

Гаситель гидравлического удара предназначен для гашения прямого удара - первой фазы гидравлического удара. При отключении насосного агрегата ударная волна, отражаясь от конца трубопровода, у затвора обратного сообщается через отверстия прохода потока рабочей среды клапана-регулятора с атмосферой и гидравлический удар практически отсутствует. Последующие фазы ударной волны (гармоники) после срабатывания клапана и сброса части рабочей среды будут по амплитуде небольшими. При этом клапан-регулятор быстро реагирует на перепады давления, открывается при повышении давления, предотвращая сброс большого объема рабочей среды из нагнетательного трубопровода. Наличие отверстия с дросселем в диске затвора обратного обеспечивает постепенное плавное выравнивание давления рабочей среды по обе стороны затвора обратного после гашения гидравлического удара, снижает время запаздывания повышения давления в импульсном трубопроводе и в надплунжерной полости, а также сглаживает фронт ударной волны и смягчает эффект гидравлического удара на участке после диска, что повышает качество гидравлической защиты.Water hammer is designed to absorb direct shock - the first phase of water hammer. When the pump unit is turned off, the shock wave, reflected from the end of the pipeline, at the return valve is communicated through the openings of the passage of the working fluid flow of the valve-regulator with the atmosphere and there is practically no hydraulic shock. The subsequent phases of the shock wave (harmonic) after valve actuation and discharge of a part of the working medium will be small in amplitude. In this case, the control valve quickly responds to pressure drops, opens when the pressure rises, preventing the discharge of a large volume of the working medium from the discharge pipeline. The presence of an opening with a throttle in the disk of the return shutter provides a gradual smooth equalization of the pressure of the working medium on both sides of the shutter after quenching the hydraulic shock, reduces the delay time of the pressure increase in the pulse pipeline and in the supraplunger cavity, and also smoothes the shock wave front and softens the effect of the hydraulic shock on the area after the disk, which improves the quality of hydraulic protection.

Выполнение плунжера клапана-регулятора из пористого антифрикционного антикоррозионного материала с заполнением пор смазкой, снижает поверхностное трение пары плунжер-цилиндр корпуса, тем самым уменьшая длительность срабатывания гасителя и повышая его долговременную эксплуатационную надежность. При этом выполнение в обеих подплунжерах смазочных канавок, аналогичных канавкам на плунжере гасителя по прототипу, обеспечивает постоянное наличие смазки, т.к. давлением рабочей среды в надплунжерной полости смазка из винтовых канавок выдавливается в зону трения, но продавить ее вдоль всего плунжера препятствуют кольцевые смазочные канавки.The implementation of the valve control plug of a porous antifriction anticorrosive material with pore filling with grease reduces the surface friction of the body plunger-cylinder pair, thereby reducing the duration of the damper’s response and increasing its long-term operational reliability. Moreover, the implementation in both subplungers of lubrication grooves similar to the grooves on the damper plunger according to the prototype ensures the constant availability of lubricant, because the pressure of the working medium in the supraplunger cavity, the lubricant from the screw grooves is squeezed into the friction zone, but ring lubrication grooves prevent it from being pressed along the entire plunger.

Наличие в верхней части плунжера противоударного амортизатора из упругого материала обеспечивает защиту клапана-регулятора от резких ударов, повышает надежность и долговечность клапана.The presence of an shockproof shock absorber made of elastic material in the upper part of the plunger protects the valve regulator from sharp blows and increases the reliability and durability of the valve.

Выполнение штока клапана-регулятора в виде плунжера автоматического действия, выполненного двойным с промежуточным элементом - шпилькой, связывающей подплунжеры между собой, увеличивает его опорную длину, содействует плавному, без перекосов, перемещению его в корпусе клапана-регулятора, увеличивает относительную длину участка сопротивления просачивания транспортируемой жидкости из зоны высокого давления (подплунжерной) в зону низкого (надплунжерную).The execution of the valve stem in the form of an automatic action plunger, double with an intermediate element - a pin connecting the plungers with each other, increases its reference length, facilitates smooth, without distortions, moving it in the valve body, increases the relative length of the leakage resistance section of the transported fluid from the high-pressure zone (subplunger) to the low zone (subplunger).

Соединение верхнего и нижнего подплунжеров между собой, позволяет менять расстояние между ними и регулировать величину раскрытия отверстий в корпусе клапана-регулятора, что соответственно меняет объем сбрасываемой при гидравлическом ударе жидкости.The connection of the upper and lower subplungers with each other, allows you to change the distance between them and adjust the opening size of the holes in the valve body of the valve, which accordingly changes the volume of liquid discharged during hydraulic shock.

Наличие расположенных по диаметру отверстий в плунжере клапана-регулятора, параллельных оси плунжера позволяет равномерно дросселировать транспортируемую жидкость по всему объему плунжера, причем мгновенно, как только начинается срыв кольца-вставки с седла клапана. Кроме того, наличие этих отверстий позволяет осуществить двойное гашение волны не только в боковых отверстиях корпуса, но и непосредственно при прохождении жидкости через плунжер, затем гашение происходит в боковых отверстиях.The presence of diameters of the holes in the valve plug of the regulator parallel to the axis of the plug allows you to evenly throttle the transported fluid throughout the volume of the plunger, and instantly, as soon as the disengagement of the insert ring from the valve seat begins. In addition, the presence of these holes allows double wave attenuation not only in the side openings of the housing, but also directly when the fluid passes through the plunger, then the damping occurs in the side openings.

Установка в нижней части запирающего элемента в виде вставки из высокопрочного материала со сферической поверхностью в месте контакта с острой кромкой седла, выполненного из высокопрочного материала, обеспечивает герметичность клапана сброса даже при наличии в рабочей среде твердых частиц, таких как уголь и порода, которые раздавливаются сферической поверхностью запирающего элемента об острую кромку седла. Кроме того, такая форма затвора: сфера - острая кромка обладает (без учета сил трения) хорошей гидравлической характеристикой - минимальным перепадом давления начала открытия и конца закрытия клапана, что обеспечивает стабильность работы.The installation in the lower part of the locking element in the form of an insert made of high-strength material with a spherical surface at the point of contact with the sharp edge of the seat made of high-strength material ensures the tightness of the relief valve even in the presence of solid particles, such as coal and rock, which are crushed by spherical in the working medium the surface of the locking element against the sharp edge of the seat. In addition, this shutter shape: a sphere - a sharp edge (without friction forces) has a good hydraulic characteristic - a minimum pressure drop between the opening and the end of closing the valve, which ensures stability.

Отделение трубы сброса от бокового отверстия прохода потока рабочей среды цилиндрического корпуса и размещение между ними камеры приемной уменьшает длительность срабатывания клапана-регулятора, из-за уменьшения гидравлического сопротивления начальный сброс рабочей среды происходит в полость приемной камеры, объем которой выбран из расчета ее частичного заполнения за время полного открытия запирающего элемента клапана-регулятора. Для спуска воздуха из клапана-регулятора при его первоначальном заполнении рабочей средой в верхней части клапана установлен кран, например конический, спуска воздуха, что повышает надежность работы гасителя гидравлического удара.The separation of the discharge pipe from the side opening of the flow passage of the working medium of the cylindrical body and the placement of the receiving chamber between them reduces the response time of the control valve, due to the reduction in hydraulic resistance, the initial discharge of the working medium takes place in the cavity of the receiving chamber, the volume of which is selected based on its partial filling over time to fully open the locking element of the valve regulator. To bleed air from the control valve during its initial filling with the working medium, a valve, for example, a conical, air bleed, is installed in the upper part of the valve, which increases the reliability of the hydraulic shock absorber.

На фиг.1 изображен предлагаемый гаситель гидравлического удара, состоящий из корпуса затвора обратного, соединенного посредством фланцев поворотных и шпилек с корпусом гасителя 4, с установленными на нем патрубками 5 и 6 клапанов-регуляторов. В корпусе затвора обратного на оси 7 установлен запирающий поворотный диск 8, перекрывающий входное отверстие для транспортируемой среды. В диске 8 сформировано резьбовое отверстие, в которое вмонтирована дроссельная втулка 9, соединяющая задисковое пространство обратного затвора с входным отверстием затвора. Патрубки 5 и 6 клапанов-регуляторов соединены посредством фланцевого соединения с опорами 10 и 11 цилиндрического корпуса 12 клапана и шпильками 13 стянуты между собой, создавая замкнутый герметичный объем. На верхнюю плоскость опоры 11 установлена приемная камера 14, в которую через секторные отверстия V дросселируется транспортируемая среда и через патрубок с фланцем и отводящий трубопровод сбрасывается в водосборник или накопитель. Клапан-регулятор состоит из корпуса 12, выполненного в верхней его части из двух цилиндрических стаканов; во внутреннем стакане имеются боковые отверстия II, расположенные по окружности стакана, суммарная площадь которых равна или больше площади отверстия седла 16, а также равна суммарной площади отверстий I в нижнем подплунжере 17 клапана-регулятора. На седло 16 установлен плунжер 17, несущий в нижней части на сформированном для этого выступе запирающий элемент в виде кольца-вставки 18, выполненной из высокопрочного материала и очерченной по внешнему контуру сферической поверхностью, что обеспечивает герметичность клапана сброса даже при наличии в транспортируемой среде твердых частиц, таких как уголь и порода, которые раздавливаются сферической поверхностью запирающего элемента об острую кромку седла 16. Кроме того, такая форма затвора - сфера - острая кромка обладает (без учета сил трения) хорошей гидравлической характеристикой - минимальным перепадом давления начала открытия и конца закрытия клапана, что обеспечивает стабильность работы. Плунжер клапана-регулятора состоит из двух частей: верхнего 18 и нижнего 17 подплунжеров, связанных между собой шпилькой 19 и контргайками 20 и 21, позволяющим осуществлять регулировку величины проходного сечения между плунжерами и точность позиционирования их относительно проходных отверстий II. В верхнем подплунжере имеется кольцевая выточка, где размещена стопорная гайка 22, прикрытая упругим элементом 23, выполняющим роль амортизатора при ударе плунжера о нижнюю плоскость опоры 11.Figure 1 shows the proposed shock absorber, consisting of a reverse valve body, connected via rotary flanges and studs to the damper body 4, with nozzles 5 and 6 of the control valves mounted on it. In the reverse shutter housing on the axis 7, a locking rotary disk 8 is installed, overlapping the inlet for the transported medium. A threaded hole is formed in the disk 8, into which a throttle sleeve 9 is mounted that connects the backspace of the backstop to the inlet of the shutter. The nozzles 5 and 6 of the control valves are connected by means of a flange connection to the supports 10 and 11 of the cylindrical valve body 12 and the studs 13 are pulled together, creating a closed hermetic volume. A receiving chamber 14 is installed on the upper plane of the support 11, into which the transported medium is throttled through sector openings V and discharged through a pipe with a flange and a discharge pipe into a water collector or reservoir. The control valve consists of a housing 12, made in its upper part from two cylindrical glasses; in the inner cup there are side openings II located around the circumference of the cup, the total area of which is equal to or greater than the area of the hole of the seat 16, and also equal to the total area of the openings I in the lower sub-plunger 17 of the control valve. A plug 17 is installed on the seat 16, which carries a locking element in the lower part on the protrusion formed for this purpose in the form of an insert ring 18 made of high strength material and spherical surface outlined on the outer contour, which ensures the leakage valve is sealed even when there are solid particles in the transported medium , such as coal and rock, which are crushed by the spherical surface of the locking element against the sharp edge of the seat 16. In addition, this type of shutter - sphere - sharp edge has (excluding the forces of the n) a good hydraulic characteristic - a minimum pressure drop of the beginning of opening and end of closing of the valve, which ensures stability. The valve regulator plunger consists of two parts: the upper 18 and lower 17 subplungers, interconnected by a pin 19 and locknuts 20 and 21, which allows for adjustment of the passage size between the plungers and their exact positioning relative to the through holes II. In the upper subplunger there is an annular undercut where the lock nut 22 is located, covered by an elastic element 23 that acts as a shock absorber when the plunger hits the lower plane of the support 11.

Надплунжерная полость VI корпуса 12 клапана-регулятора соединена с выходной полостью VII корпуса 1 затвора обратного посредством импульсной трубки 24, осуществляющей сброс жидкости из полости VI в полость VII при гашении гидравлического удара, через отверстие VIII. Импульсная трубка соединена с корпусом 1 затвора обратного посредством штуцера 25.The supraplunger cavity VI of the valve body 12 of the valve is connected to the output cavity VII of the valve body 1 through the impulse tube 24, which discharges fluid from the cavity VI to the cavity VII during the quenching of water hammer through hole VIII. The impulse tube is connected to the housing 1 of the reverse shutter via a fitting 25.

Силовое замыкание верхней 11 и нижней 10 опор, а также фланцев 2 и 3 осуществляется посредством стяжных шпилек 13 и 26, стягивающих также сам гаситель гидравлического удара с напорным ставом, расположенным в наклонном водотрубном ходке. Стыки корпуса и опор, фланцев и переходных стаканов из-за наличия высокого давления изолированы кольцевыми манжетами 27+31 или кольцами из деформируемых сплавов, имеющих чаще всего трапецеидальное сечение. Силовое замыкание корпуса с фланцем клапана сброса осуществляется шпильками 32, количество и диаметр которых взаимосвязаны с типом насоса и напором.The power circuit of the upper 11 and lower 10 supports, as well as the flanges 2 and 3, is carried out by means of tie rods 13 and 26, which also tighten the hydraulic shock absorber with a pressure head located in an inclined water pipe runner. The joints of the body and supports, flanges and adapter cups due to the presence of high pressure are isolated by annular cuffs 27 + 31 or rings of deformable alloys, which are most often trapezoidal section. Power closure of the housing with the flange of the relief valve is carried out by studs 32, the number and diameter of which are interrelated with the type of pump and pressure.

После ликвидации гидравлического удара (произошедшего вследствие, например, внезапного отключения двигателя), сброса жидкости через сливные патрубки и выравнивания давления по обе стороны затвора осуществляется пуск насосной установки. При этом жидкость в полости VIII осуществляет посадку составного плунжера на седло и ввиду разности площадей запирает проход транспортируемой жидкости в приемную камеру. Гаситель гидравлического удара взведен для демпфирования последующих гидравлических ударов.After eliminating the water hammer (which occurred due, for example, to a sudden shutdown of the engine), the discharge of fluid through the drain pipes and the equalization of pressure on both sides of the valve, the pump unit is started. In this case, the fluid in the cavity VIII carries out the landing of the composite plunger on the seat and, due to the difference in area, locks the passage of the transported fluid into the receiving chamber. Water shock absorber cocked to damp subsequent water hammer.

Работает гаситель гидравлического удара следующим образом. Под действием энергии рабочей среды, транспортируемой по трубопроводу, затвор обратный автоматически открывается - диск 8 поворачивается на рычаге 7, открывается отверстие VII. Одновременно с открытием затвора обратного рабочая среда подается по импульсной трубке 24 в надплунжерную полость VI и по отводу 5 в подплунжерную полость IX клапана-регулятора, который является дифференциальным, так как площадь полости VI больше площади полости IX. Под действием собственного веса и усилия, возникающего из-за разности площадей над- и подплунжерных полостей VI и IX, плунжер сферической поверхностью вставки 18 поджат к острой кромке седла 16, запирая проход рабочей среды через клапан-регулятор на слив. Седло 16 и вставка 18 выполнены из высокопрочного материала типа твердого сплава, что обеспечивает надежную работу клапана при закрытии, разбивая загрязняющие рабочую среду частицы, например частицы угля и породы. В аварийных ситуациях, например при внезапном отключении электродвигателя насоса, давление в трубопроводе до затвора обратного 1 падает и последний закрывается - диск 8 перекрывает входное отверстие VII. Падает давление и в надплунжерной полости VI. Давление же после диска 8 в задисковой полости сначала падает, а затем, в результате гидравлического удара, начинает повышаться. При повышении давления на определенную величину, достаточную для создания усилия на подъем плунжера, он поднимается. Перемещению плунжера вверх оказывает гидравлическое сопротивление рабочая среда, находящаяся в надплунжерной полости VI. На преодоление этого сопротивления расходуется часть энергии движения ударной волны. Скорость перемещения плунжера в обе стороны зависит от площади поперечного сечения отверстия дросселя (дросселей) 29, а также формы сечения по длине - цилиндрической, конической, веретенообразной или переменного сечения.Water damper operates as follows. Under the influence of the energy of the working medium transported through the pipeline, the reverse shutter opens automatically - the disk 8 rotates on the lever 7, the hole VII opens. Simultaneously with the opening of the reverse shutter, the working medium is supplied through the impulse tube 24 to the supraplunger cavity VI and through branch 5 to the subplunger cavity IX of the control valve, which is differential, since the area of the cavity VI is larger than the area of the cavity IX. Under the influence of its own weight and the force arising due to the difference in the area of the above- and subplunger cavities VI and IX, the plunger is pressed against the sharp edge of the seat 16 by the spherical surface of the insert 18, blocking the passage of the working medium through the control valve to the drain. The seat 16 and insert 18 are made of high-strength material such as hard alloy, which ensures reliable operation of the valve when closing, breaking particles polluting the working medium, such as coal and rock particles. In emergency situations, for example, when the pump motor is suddenly turned off, the pressure in the pipeline drops to the gate 1 and the latter closes - the disk 8 closes the inlet VII. The pressure also falls in the supraplunger cavity VI. The pressure after the disk 8 in the disk cavity first drops, and then, as a result of water hammer, begins to increase. When the pressure increases by a certain amount, sufficient to create effort to lift the plunger, it rises. Moving the plunger upward is exerted by the hydraulic resistance of the working medium located in the supraplunger cavity VI. To overcome this resistance, part of the energy of movement of the shock wave is spent. The speed of movement of the plunger in both directions depends on the cross-sectional area of the orifice hole (s) 29, as well as the sectional shape along the length of a cylindrical, conical, spindle-shaped or variable section.

Объем рабочей среды, вытесненной плунжером из полости 18, равен объему, протекающему через отверстие дросселя (дросселей) 29, т.к. рабочая среда является практически несжимаемой. В подплунжерной полости IX скорость движения рабочей среды достигает сотен метров в секунду, на что затрачивается большое количество энергии. Плунжер при восприятии ударной волны, вызывая дросселирование рабочей среды через отверстие дросселя (дросселей) 29, расходует энергию своего движения, теряет скорость и постепенно останавливается. Для сокращения объема надплунжерной полости VI остановка плунжера осуществляется противоударным амортизатором 23 при его определенной незначительной скорости. Энергия первой гармоники волны гидравлического удара переходит в энергию движения плунжера и рабочей среды в надплунжерной полости VI, дросселируя рабочую среду через отверстие в дросселе (дросселях) 29, а также через импульсную трубку 24 в додисковую полость затвора обратного.The volume of the working medium displaced by the plunger from the cavity 18 is equal to the volume flowing through the opening of the throttle (s) 29, because the work environment is virtually incompressible. In the subplunger cavity IX, the speed of the working medium reaches hundreds of meters per second, which takes a lot of energy. When perceiving a shock wave, the plunger, causing the throttling of the working medium through the opening of the throttle (s) 29, consumes the energy of its movement, loses speed and gradually stops. To reduce the volume of the plunger cavity VI, the stop of the plunger is carried out by shockproof shock absorber 23 at a certain insignificant speed. The energy of the first harmonic of the hydraulic shock wave is transferred to the energy of the plunger and the working medium in the supraplunger cavity VI, throttling the working medium through the hole in the throttle (s) 29, and also through the impulse tube 24 into the pre-disk cavity of the reverse shutter.

При подъеме плунжера освобождается проход рабочей среды через отверстия I нижнего подплунжера к отверстиям II в корпусе 12, и далее через полости III и IV и отверстия V в приемную камеру 14, а из нее, через трубу сброса 15, на слив в атмосферу или в сливной трубопровод. Вследствие вышесказанного давление не может подняться выше заданной величины, и удар ликвидируется. После незначительного слива рабочей среды, давление падает до рабочего, плунжер перемещается в исходное положение, перекрывая слив. Отверстие в диске 8 с дросселем 9 выполняет роль байпаса, выравнивая давление по обе стороны диска 8, снижает время запаздывания повышения давления в импульсном трубопроводе и повышает качество гидравлической зашиты. После закрытия клапана-регулятора гаситель гидравлического удара готов к действию.When the plunger rises, the working fluid is freed through the openings I of the lower subplunger to the openings II in the housing 12, and then through the cavities III and IV and openings V to the receiving chamber 14, and from it, through the discharge pipe 15, to drain into the atmosphere or into the drain pipeline. Due to the foregoing, the pressure cannot rise above a predetermined value, and the shock is eliminated. After a slight discharge of the working medium, the pressure drops to the working one, the plunger moves to its original position, blocking the drain. The hole in the disk 8 with the throttle 9 acts as a bypass, equalizing the pressure on both sides of the disk 8, reduces the delay time of the pressure increase in the pulse pipeline and improves the quality of hydraulic protection. After closing the control valve, the water hammer absorber is ready for action.

Устройство обеспечивает повышение скорости гашения прямой волны рабочей среды за счет изменения конструкции плунжера (и соответственно уменьшения длины хода для открытия отверстий сброса рабочей среды). Гаситель гидравлического удара имеет расширенную область применения - может устанавливаться как на горизонтальных, наклонных, так и на вертикальных ставах трубопроводов непосредственно за обратным клапаном.The device provides an increase in the rate of quenching of a direct wave of the working medium by changing the design of the plunger (and, accordingly, reducing the stroke length to open the discharge openings of the working medium). Water hammer absorber has an extended scope - it can be installed both on horizontal, inclined, and on vertical pipe stands directly behind the non-return valve.

Claims

1. Water hammer, including a reverse valve with a locking element installed in its body - a disk, behind which there is an angular differential valve-controller of automatic action, consisting of a vertically mounted body, with a seat located in its lower part, consisting of two stem subplungers with a locking element, a discharge pipe and an impulse tube connecting the cavity above the rod with the pipeline to the locking element of the reverse shutter, characterized in that the receiving chamber is located on d by the valve-regulator body, the stem is made in the form of a two-piece part interconnected by a stud and locknuts, a plunger that allows adjusting the passage size between the plungers and their position accuracy relative to the through holes, and the regulator valve body is made in its upper part from two cylindrical glasses communicating through side openings for the passage of the triggered working medium.

2. Water hammer damper according to claim 1, characterized in that the receiving chamber for dumping the working medium is located above the valve-regulator body.