RU2744448C1

RU2744448C1 - Device for protecting pipelines from shock pressure surges

Info

Publication number: RU2744448C1
Application number: RU2020119690A
Authority: RU
Inventors: Дмитрий Владимирович Быков; Валерий Игоревич Ануфриев; Иван Николаевич Черкашин; Антон Владимирович Смутнев; Илья Дмитриевич Чуланов
Priority date: 2020-06-08
Filing date: 2020-06-08
Publication date: 2021-03-09

Abstract

FIELD: hydraulic systems.

SUBSTANCE: invention relates to hydraulic systems and namely to safety devices for pipelines. The invention is designed to boost the efficiency of damping short impulses of water hammer and pressure pulsations to ensure reliable operation of the pipeline and protect hydraulic equipment under various pressure disturbances in hydraulic systems. This is achieved due to the shape of a stilling basin and the location of an inlet pipe. The walls of the stilling basin have tapered holes that grow narrower. The formation of the reflected shock wave is prevented by the presence of the tapered holes in the stilling basin.

EFFECT: invention reduces shock pressure in the pipeline. This is achieved due to a spherical shape of the wavefront surface and reduction of the shock energy density of the shock wave along the path of its progress.

1 cl, 1 dwg

Description

Изобретение относится к гидросистемам, в частности к предохранительным устройствам трубопроводов.The invention relates to hydraulic systems, in particular to safety devices for pipelines.

Из существующего уровня техники широко известны несколько типов подобных устройств. Условно их можно разделить на пассивные и активные.Several types of such devices are widely known in the art. They can be conditionally divided into passive and active.

К первой группе устройств относятся, главным образом, гидроаккумуляторы (грузовые, пружинные, поршневые, мембранные, баллонные). Их общие достоинства - это простота конструкции (что обеспечивает их долговечность, простоту включения в систему и низкую стоимость изготовления), обеспечение компенсации утечек среды и гашения пульсаций.The first group of devices mainly includes hydraulic accumulators (cargo, spring, piston, diaphragm, cylinder). Their common advantages are simplicity of design (which ensures their durability, ease of inclusion in the system and low manufacturing cost), compensation for medium leaks and damping of pulsations.

Ко второй группе относятся быстродействующие клапана специальной конструкции, которые при возникновении гидравлического удара перекрывают защищаемый трубопровод и сбрасывают воду в дренаж.The second group includes high-speed valves of a special design, which, when a water hammer occurs, close the protected pipeline and discharge water into the drain.

Недостатком, характерным для всех подобных устройств является наличие в них упругих и подвижных элементов и сред, что в свою очередь означает инерционность процесса гашения гидравлического удара. Указанное обстоятельство не позволяет на практике качественно противодействовать гидравлическому удару, т.к. скорость распространения ударного фронта равна скорости распространения упругих колебаний в среде (т.е. скорости звука), что для воды составляет порядка 1400 м/с. Иными словами, к тому времени, когда произойдет срабатывание предохранительного элемента, волна успеет обойти защищаемую систему несколько раз и совершить разрушающее воздействие на элементы трубопроводов. Помимо этого, упругие и подвижные элементы способны входить в колебания в результате воздействия ударной волны и в резонанс с ней, вследствие чего ее воздействие может усугубляться.A disadvantage typical of all such devices is the presence of elastic and moving elements and media in them, which in turn means the inertia of the process of damping a water hammer. This circumstance does not allow in practice to qualitatively counteract water hammer, because the speed of propagation of the shock front is equal to the speed of propagation of elastic vibrations in the medium (i.e., the speed of sound), which for water is about 1400 m / s. In other words, by the time the safety element is triggered, the wave will have time to bypass the protected system several times and make a destructive effect on the pipeline elements. In addition, elastic and movable elements are able to enter into vibrations as a result of the impact of the shock wave and resonate with it, as a result of which its effect can be aggravated.

Наиболее близкими к заявленному техническому решению является изобретение «Предохранительное устройство для гашения коротких импульсов гидравлического удара и пульсаций давления» (Патент РФ №2623000).The closest to the claimed technical solution is the invention "Safety device for damping short impulses of water hammer and pressure pulsations" (RF Patent No. 2623000).

Принцип работы устройства, заявленного авторами, основан на растягивании ударной волны и диссипации ее энергии с помощью перфорированной мембраны, расположенной вдоль внутренней поверхности камеры гашения. Применение указанной мембраны сопряжено с необходимостью строгого расчета как величины ее отстояния от поверхности камеры гашения, так и величины перфорирующих отверстий, что является, на настоящий момент, малоизученным вопросом.The principle of operation of the device, declared by the authors, is based on stretching the shock wave and dissipating its energy using a perforated membrane located along the inner surface of the quenching chamber. The use of this membrane is associated with the need for a rigorous calculation of both the value of its distance from the surface of the quenching chamber and the size of the perforating holes, which is currently a poorly studied issue.

Целью настоящего изобретения является повышение эффективности гашения ударных скачков давления для обеспечения надежности эксплуатации трубопровода и защиты гидрооборудования при различных возмущениях давления в гидросистемах.The aim of the present invention is to improve the efficiency of damping shock pressure surges to ensure the reliability of pipeline operation and protection of hydraulic equipment under various pressure disturbances in hydraulic systems.

Осуществление поставленной цели достигается изменением конструкции камеры гашения со стенками, имеющими сужающиеся конические отверстия и входной патрубок, размещенный с наиболее вероятного направления зарождения ударных волн и волн пульсаций давления, выходное сечение которого расположено в центре камеры гашения, и обеспечивающее гашение коротких импульсов гидравлического удара и пульсаций давления приданием поверхности волнового фронта сферической формы и, соответственно, снижением плотности энергии ударной волны и волны пульсации давления по пути ее распространения, в то время как конические отверстия в стенке камеры гашения препятствуют формированию отраженной ударной волны вследствие потерь ее энергии в каналах конических отверстий.The implementation of this goal is achieved by changing the design of the extinguishing chamber with walls having tapering conical holes and an inlet pipe located from the most probable direction of origin of shock waves and pressure pulsation waves, the outlet section of which is located in the center of the extinguishing chamber, and providing damping of short pulses of water hammer and pulsations pressure imparting a spherical shape to the wavefront surface and, accordingly, reducing the energy density of the shock wave and pressure pulsation wave along the path of its propagation, while the conical holes in the wall of the damping chamber prevent the formation of the reflected shock wave due to the loss of its energy in the channels of the conical holes.

Такое решение позволит «запереть» отраженную ударную волну между стенкой и камерой гашения из-за разности входного и выходного диаметра канала стенки, при этом препятствий прохождению через стенку прямой ударной волны не будет, в результате эффективность гашения ударной волны в предохранительном устройстве от гидравлического удара возрастет.This solution will make it possible to "lock" the reflected shock wave between the wall and the damping chamber due to the difference between the inlet and outlet diameters of the wall channel, while there will be no obstacles to the passage of the direct shock wave through the wall, as a result, the efficiency of shock wave damping in the water hammer protection device will increase ...

Указанное устройство обеспечивает снижение ударного давления в трубопроводе и выравнивание давления при его пульсациях.The specified device provides a decrease in the shock pressure in the pipeline and equalization of the pressure during its pulsations.

Изобретение поясняется чертежом на фиг. 1. Здесь изображен продольный разрез устройства и присоединенных к нему участков трубопровода:The invention is illustrated by the drawing in FIG. 1. Here is a longitudinal section of the device and the pipeline sections attached to it:

1 - Камера гашения;1 - Extinguishing chamber;

2 - Стенка с коническими каналами;2 - Wall with conical channels;

3 - Выходной патрубок;3 - Outlet branch pipe;

4 - Входной патрубок;4 - Inlet branch pipe;

5 - Присоединяемые участки трубопровода.5 - Connected pipeline sections.

Осуществление поставленной цели обусловлено тем, что в заявленном устройстве плоская ударная волна, распространяющаяся по трубопроводу, преобразуется в камере гашения в сферическую, вследствие чего по пути распространения волнового фронта падает удельная энергия ударной волны и ударное давление. Наличие толстой стенки с коническими каналами вызывает диссипацию энергии при запирании ударной волны внутри конического канала.The implementation of this goal is due to the fact that in the claimed device, a plane shock wave propagating through the pipeline is converted in the damping chamber into a spherical one, as a result of which the specific energy of the shock wave and the shock pressure drop along the path of the wave front propagation. The presence of a thick wall with conical channels causes energy dissipation when the shock wave is trapped inside the conical channel.

Claims

A device for protecting pipelines from shock pressure surges, characterized by a damping chamber with walls having tapering conical holes and an inlet pipe located from the most probable direction of generation of shock waves and pressure pulsation waves, the outlet section of which is located in the center of the damping chamber, and providing damping of short pulses water hammer and pressure pulsations giving the surface of the wavefront a spherical shape and, accordingly, reducing the energy density of the shock wave and pressure pulsation wave along the path of its propagation, while the conical holes in the wall of the damping chamber prevent the formation of the reflected shock wave due to the loss of its energy in the channels tapered holes.