RU2789001C1

RU2789001C1 - Pressure stabilizer

Info

Publication number: RU2789001C1
Application number: RU2022113098A
Authority: RU
Inventors: Гузяль Хавасовна Низамова
Filing date: 2022-05-16
Publication date: 2023-01-26

Abstract

FIELD: mechanical engineering.

SUBSTANCE: invention relates to means of combating pulsations and pressure undershoots. The pressure stabilizer contains a section of a central perforated pipeline with connecting flanges enclosed in a cylindrical pre-chamber, with buffer chambers outside it, made in the form of a cylindrical body with a lid and an elastic diaphragm installed between them, dividing the chamber into gas and hydraulic cavities, while in the latter, at its input, a perforated partition is installed, and elastic elements are placed between the elastic diaphragm and the partition, made of an elastic damping material and enclosed in a sealed shell of elastic material, and a heat exchanger made in the form of ribs on the outer surface of the body and lid, while on each pipeline connecting each buffer chamber with a cylindrical pre-chamber, a slotted membrane made of spring steel sheet with radial slots forming sectors and a hole in the center is installed, at the same time, the hole in each membrane is made of different diameters and the membranes are installed in descending order of the areas of the passage sections of the holes along the flow in the pipeline.

EFFECT: expansion of the arsenal of technical means for damping pressure pulsations of the working medium and hydraulic shocks.

1 cl, 3 dwg

Description

Изобретение относится к средствам пневмогидравлической техники и предназначено для борьбы с пульсациями и провалами давления, для гашения колебаний давления и расхода при перекачивании рабочей среды по трубопроводам насосами, устранения гидроударов, возникающих при закрытии клапанов и задвижек, аварийном отключении насосов, изменении режимов работы насосных агрегатов и ошибок обслуживающего персонала на предприятиях энергетики, нефтехимической промышленности, коммунального водо- и теплоснабжения.The invention relates to means of pneumohydraulic engineering and is intended to combat pressure pulsations and dips, to dampen pressure and flow fluctuations when pumping the working medium through pipelines by pumps, to eliminate water hammer that occurs when valves and gate valves are closed, emergency shutdown of pumps, changing the operating modes of pumping units and errors of service personnel at enterprises of energy, petrochemical industry, municipal water and heat supply.

Известен стабилизатор давления, содержащий цилиндрическую перфорированную проставку, снабженную фланцами, снаружи цилиндрической перфорированной проставки коаксиально ей закреплен полый цилиндрический корпус, который посредством патрубков связан с установленными на них демпфирующими камерами, образованными дополнительными полыми цилиндрическими корпусами, установленными попарно, симметрично и равномерно относительно продольной оси основного корпуса в горизонтальной плоскости, и снабженными перфорированными перегородками, служащими ограничителями перемещений расположенных за ними подвижных упругих элементов, заключенных в герметичную оболочку из пенополиуретана, в каждом дополнительном корпусе установлен гибкий разделительный элемент, расположенный перпендикулярно образующей цилиндрического корпуса и отделяющий гидравлическую полость с расположенными внутри ее упругими элементами от полости, заполненной газом под давлением (RU 2145027 C1, 27.01.2000).A pressure stabilizer is known, containing a cylindrical perforated spacer, equipped with flanges, outside the cylindrical perforated spacer, a hollow cylindrical body is coaxially fixed to it, which is connected by means of nozzles to the damping chambers installed on them, formed by additional hollow cylindrical bodies installed in pairs, symmetrically and evenly relative to the longitudinal axis of the main of the housing in a horizontal plane, and equipped with perforated partitions that serve as limiters for the movements of the movable elastic elements located behind them, enclosed in a sealed shell of polyurethane foam, each additional housing has a flexible separating element located perpendicular to the generatrix of the cylindrical housing and separating the hydraulic cavity with the elastic elements from a cavity filled with gas under pressure (RU 2145027 C1, 01/27/2000).

Недостатком устройства является снижение диссипации энергии колебаний давления на демпфирующих элементах из-за отсутствия интенсивного теплообмена газовой полости с окружающей средой.The disadvantage of the device is to reduce the dissipation of the energy of pressure fluctuations on the damping elements due to the lack of intense heat exchange of the gas cavity with the environment.

Указанный недостаток частично устранен в стабилизаторе давления содержащем участок центрального перфорированного трубопровода с присоединительными фланцами, заключенный в цилиндрическую предкамеру, с вынесенными за ее пределы буферными камерами, выполненными в виде цилиндрического корпуса с крышкой и установленной между ними эластичной диафрагмой, разделяющей камеру на газовую и гидравлическую полости при этом в последней, на ее входе, установлена перфорированная перегородка, а между эластичной диафрагмой и перегородкой размещены упругие элементы, выполненные из упругодемпфирующего материала и заключенные в герметичную оболочку из эластичного материала, при этом он снабжен теплообменником, выполненным в виде ребер на внешней поверхности корпуса и крышки (RU 118715 U1 27.07.2012).This disadvantage is partially eliminated in a pressure stabilizer containing a section of a central perforated pipeline with connecting flanges, enclosed in a cylindrical pre-chamber, with buffer chambers placed outside it, made in the form of a cylindrical body with a lid and an elastic diaphragm installed between them, dividing the chamber into gas and hydraulic cavities at the same time, a perforated partition is installed in the latter, at its inlet, and elastic elements are placed between the elastic diaphragm and the partition, made of an elastically damping material and enclosed in a sealed shell of an elastic material, while it is equipped with a heat exchanger made in the form of ribs on the outer surface of the housing and covers (RU 118715 U1 27.07.2012).

Недостатками данного устройства являются ограниченный диапазон гасимых частот, недостаточная степень снижения гидравлического удара при повышенном давлении нагнетания и невысокая надежность работы стабилизатора при резком повышении давления в трубопроводе.The disadvantages of this device are the limited range of damped frequencies, the insufficient degree of reduction of water hammer at high discharge pressure and the low reliability of the stabilizer with a sharp increase in pressure in the pipeline.

Технической проблемой заявляемого изобретения является создание стабилизатора давления повышенной надежности с более широким диапазоном гасимых частот для гашения колебаний давления и расхода при перекачивании рабочей среды по трубопроводам насосами, устранения гидроударов, возникающих при закрытии клапанов и задвижек, аварийном отключении насосов, изменении режимов работы насосных агрегатов и ошибок обслуживающего персонала.The technical problem of the claimed invention is the creation of a pressure stabilizer of increased reliability with a wider range of damped frequencies to dampen pressure and flow fluctuations when pumping the working medium through pipelines by pumps, eliminate water hammer that occurs when valves and valves are closed, emergency shutdown of pumps, changing the operating modes of pumping units and operating personnel errors.

Техническим результатом заявляемого изобретения является расширение арсенала технических средств гашения пульсаций давления рабочей среды и гидравлических ударов в гидравлических магистралях.The technical result of the claimed invention is the expansion of the arsenal of technical means for damping pressure pulsations of the working medium and hydraulic shocks in hydraulic lines.

Технический результат достигается тем, что стабилизатор давления содержит участок центрального перфорированного трубопровода с присоединительными фланцами, заключенный в цилиндрическую предкамеру, с вынесенными за ее пределы буферными камерами, выполненными в виде цилиндрического корпуса с крышкой и установленной между ними эластичной диафрагмой, разделяющей камеру на газовую и гидравлическую полости при этом в последней, на ее входе, установлена перфорированная перегородка, а между эластичной диафрагмой и перегородкой размещены упругие элементы, выполненные из упругодемпфирующего материала и заключенные в герметичную оболочку из эластичного материала и теплообменник, выполненный в виде ребер на внешней поверхности корпуса и крышки, при этом новым является то, что на каждом трубопроводе, соединяющем каждую буферную камеру с цилиндрической предкамерой, установлена выполненная из листовой пружинной стали разрезная мембрана с радиальными прорезями, образующими сектора, и отверстием в центре, при этом в каждой мембране отверстие выполнено разного диаметра и мембраны установлены в порядке убывания площадей проходных сечений отверстий по ходу потока в трубопроводе, для поглощения энергии в широком диапазоне частот.The technical result is achieved by the fact that the pressure stabilizer contains a section of the central perforated pipeline with connecting flanges, enclosed in a cylindrical pre-chamber, with buffer chambers placed outside it, made in the form of a cylindrical body with a cover and an elastic diaphragm installed between them, separating the chamber into gas and hydraulic at the same time, in the latter, at its inlet, a perforated partition is installed, and between the elastic diaphragm and the partition there are elastic elements made of an elastically damping material and enclosed in a sealed shell of an elastic material and a heat exchanger made in the form of ribs on the outer surface of the body and cover, at the same time, what is new is that on each pipeline connecting each buffer chamber with a cylindrical prechamber, a split membrane made of sheet spring steel with radial slots forming sectors and a hole in the center is installed. pe, while in each membrane the hole is made of different diameters and the membranes are installed in descending order of the areas of the passage sections of the holes along the flow in the pipeline, to absorb energy in a wide frequency range.

Изобретение поясняется чертежом, где на фиг. 1 показан вид сверху стабилизатора давления, на фиг. 2 - разрез по А-А на фиг. 1, на фиг. 3 - вид по стрелке Б.The invention is illustrated by the drawing, where in Fig. 1 shows a top view of the pressure stabilizer, FIG. 2 is a section along A-A in Fig. 1 in FIG. 3 - view along arrow B.

Стабилизатор давления содержит участок центрального перфорированного трубопровода 1 с присоединительными фланцами 2, заключенный в цилиндрическую предкамеру 3, с вынесенными за ее пределы буферными камерами 4, выполненными в виде цилиндрического корпуса 5 с крышкой 6 и установленной между ними эластичной диафрагмой 7, разделяющей камеру 4 на газовую 8 и гидравлическую 9 полости. При этом в гидравлической полости 9, на ее входе, установлена перфорированная перегородка 10, а между эластичной диафрагмой 7 и перегородкой 10 размещены упругие элементы 11, выполненные из упругодемпфирующего материала (например, бензостойкой резины) и заключенные в герметичную оболочку из эластичного материала. Кроме того, стабилизатор снабжен теплообменником, выполненным в виде ребер 12 на внешней поверхности корпуса 5 и крышки 6. На каждом трубопроводе 13, соединяющем каждую буферную камеру 4 с цилиндрической предкамерой 3, установлена выполненная из листовой пружинной стали (например, 08Х18Н10Т, 12Х18Н9Т, 36НХТЮ) разрезная мембрана 14 с радиальными прорезями 15, образующими сектора 16, и отверстием 17 в центре, при этом в каждой мембране 14 отверстие 17 выполнено разного диаметра (например, 50 мм, на фиг. 3 обозначено как D - условный диаметр) и мембраны 14 установлены в порядке убывания площадей проходных сечений отверстий 17 по ходу потока в трубопроводе 1.The pressure stabilizer contains a section of the central perforated pipeline 1 with connecting flanges 2, enclosed in a cylindrical pre-chamber 3, with buffer chambers 4 taken out of its limits, made in the form of a cylindrical body 5 with a cover 6 and an elastic diaphragm 7 installed between them, dividing the chamber 4 into a gas 8 and hydraulic 9 cavity. At the same time, a perforated partition 10 is installed in the hydraulic cavity 9, at its inlet, and elastic elements 11 are placed between the elastic diaphragm 7 and the partition 10, made of an elastically damping material (for example, petrol-resistant rubber) and enclosed in a sealed shell of an elastic material. In addition, the stabilizer is equipped with a heat exchanger made in the form of ribs 12 on the outer surface of the housing 5 and cover 6. Each pipeline 13 connecting each buffer chamber 4 with a cylindrical prechamber 3 ) a split membrane 14 with radial slots 15, forming sectors 16, and a hole 17 in the center, while in each membrane 14 the hole 17 is made of a different diameter (for example, 50 mm, in Fig. 3 denoted as D - nominal diameter) and membranes 14 installed in descending order of the areas of the passage sections of the holes 17 along the flow in the pipeline 1.

Стабилизатор давления работает следующим образом.The pressure stabilizer works as follows.

При поступлении жидкости под давлением в трубопровод 1 она через отверстия перфорированного участка трубопровода 1 заполняет предкамеру 3, а далее по трубопроводу 13 через мембрану 14 и перфорированную перегородку 10 поступает в гидравлическую полость 9 каждой буферной камеры 4. При этом происходит предварительное последовательное поджатие и перемещение упругих элементов 11 и эластичной диафрагмы 7. При возникновении в основном трубопроводе 1 волновых процессов (гидроудары, вынужденные колебания и т.д.) поток жидкости, поступающий из предкамеры 3 в буферную камеру 4, проходит через дросселирующие отверстия 17 и прорези 15 в мембране 14 при этом сектора 16 отгибаясь, увеличивают площадь проходного сечения отверстия, что позволяет резко повысить давление в буферной камере 4 и дальнейшая компенсация ударной волны осуществляется упругими элементами 11 в полостях 9 буферных камер 4 и эластичными диафрагмами 7, что вызывает уменьшение объема газовой полости 8. Пульсации давления в жидкости при этом также гасятся благодаря упругости секторов 16 мембраны 14. Совершая под воздействием пульсаций давления вынужденные колебания, мембрана 14 рассеивает избыточную энергию потока и стабилизирует давление. Избыточная энергия потока также рассеивается за счет дросселирования потока жидкости на дросселирующих отверстиях 17. Большая податливость мембраны позволяет добиться значительного снижения амплитуды колебаний давления, кроме этого, вихреобразование рабочего потока вызывают автоколебание секторов 16 мембраны 14 с заданной частотой, что значительно снижает уровень пульсаций давления, путем интерференции низкочастотных колебаний потока с высокочастотными колебаниями секторов 16.When a liquid enters the pipeline 1 under pressure, it fills the pre-chamber 3 through the holes of the perforated section of the pipeline 1, and then through the pipeline 13 through the membrane 14 and the perforated partition 10 enters the hydraulic cavity 9 of each buffer chamber 4. In this case, a preliminary sequential compression and movement of the elastic elements 11 and an elastic diaphragm 7. When wave processes occur in the main pipeline 1 (water hammer, forced oscillations, etc.), the fluid flow coming from the prechamber 3 into the buffer chamber 4 passes through the throttling holes 17 and the slots 15 in the membrane 14 at In this sector 16, bending over, increase the area of the passage section of the hole, which makes it possible to sharply increase the pressure in the buffer chamber 4 and further compensation of the shock wave is carried out by elastic elements 11 in the cavities 9 of the buffer chambers 4 and elastic diaphragms 7, which causes a decrease in the volume of the gas cavity 8. Pressure pulsations in the liquid At the same time, they are also extinguished due to the elasticity of the sectors 16 of the membrane 14. Performing forced oscillations under the influence of pressure pulsations, the membrane 14 dissipates the excess energy of the flow and stabilizes the pressure. Excess flow energy is also dissipated by throttling the fluid flow at the throttling holes 17. The large compliance of the membrane allows a significant reduction in the amplitude of pressure fluctuations, in addition, the vortex formation of the working flow causes self-oscillation of the sectors 16 of the membrane 14 with a given frequency, which significantly reduces the level of pressure pulsations, by interference of low-frequency flow oscillations with high-frequency oscillations of sectors 16.

Пульсирующая жидкость передает колебания давления на разрезные мембраны 14, расположенные в трубопроводах 13, соединяющих каждую буферную камеру 4 с цилиндрической предкамерой 3, по ходу потока вначале в первом ряду, затем во втором, третьем ряду, обеспечивая, таким образом, последовательное гашение пульсаций давления. При этом деформация секторов 16 мембран 14 разной длины сводится к неравномерному распределению потока, что обеспечивает гашение давления в широком диапазоне колебаний и с различной частотой. Что в целом повышает эффективность функционирования устройства.The pulsating liquid transmits pressure fluctuations to the split membranes 14 located in pipelines 13 connecting each buffer chamber 4 with the cylindrical prechamber 3, along the flow, first in the first row, then in the second, third row, thus ensuring consistent damping of pressure pulsations. In this case, the deformation of the sectors 16 of the membranes 14 of different lengths is reduced to an uneven distribution of the flow, which ensures the damping of pressure in a wide range of oscillations and with different frequencies. In general, this increases the efficiency of the device.

Кроме того, в случае возникновения в трубопроводе 1 пульсаций давления жидкости и гидравлических ударов, волны давления попадают через трубопроводы 13 в буферные камеры 4 и полости 9 вызывают колебательные движения потока и соответствующие изменения диаметра отверстий 17, которые происходят со сдвигом по фазе по отношению к вызывающим их колебаниям среды и приводит к гашению колебаний среды. In addition, in the event of the occurrence of fluid pressure pulsations and hydraulic shocks in pipeline 1, pressure waves enter through pipelines 13 into buffer chambers 4 and cavities 9, causing oscillatory flow movements and corresponding changes in the diameter of holes 17, which occur with a phase shift relative to the causing their oscillations of the medium and leads to damping of the oscillations of the medium.

Таким образом предложенный стабилизатор давления обладает повышенной надежностью с более широким диапазоном гасимых частот для гашения колебаний давления и расхода при перекачивании рабочей среды по трубопроводам насосами, обеспечивает устранение гидроударов, возникающих при закрытии клапанов и задвижек, аварийном отключении насосов, изменении режимов работы насосных агрегатов и ошибок обслуживающего персонала.Thus, the proposed pressure stabilizer has increased reliability with a wider range of damped frequencies to dampen pressure and flow fluctuations when pumping the working medium through pipelines by pumps, ensures the elimination of hydraulic shocks that occur when valves and valves are closed, emergency shutdown of pumps, changes in operating modes of pumping units and errors service personnel.

Claims

A pressure stabilizer containing a section of a central perforated pipeline with connecting flanges, enclosed in a cylindrical pre-chamber, with buffer chambers placed outside it, made in the form of a cylindrical body with a cover and an elastic diaphragm installed between them, dividing the chamber into gas and hydraulic cavities, while in the last, at its inlet, a perforated partition is installed, and between the elastic diaphragm and the partition there are elastic elements made of an elastically damping material and enclosed in an airtight shell of an elastic material, and a heat exchanger made in the form of ribs on the outer surface of the body and cover, characterized in that that on each pipeline connecting each buffer chamber with a cylindrical prechamber, a split membrane made of sheet spring steel with radial slots forming sectors and a hole in the center is installed, while in each membrane the hole is made but different diameters and membranes are installed in descending order of the areas of the passage sections of the holes along the flow in the pipeline.