SU1739158A1 - Демпфер пульсаций давлени со змеевиком - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к трубопроводному транспорту и может быть использова- но в машиностроении дл  борьбы с  влени ми пульсаций давлени  в трубопроводах . Демпфер пульсаций давлени  со змеевиком состоит из участка трубопровода с отверсти ми, охваченного по меньшей мере одним дополнительным патрубком, выполненным в виде трубки, навитой на трубопровод . Отверсти  размещены между витками дополнительного патрубка и охвачены тороидальными коллекторами, установленными на трубопроводе. Концы дополнительного патрубка сообщены трубопроводом, а витки размещены с возможностью перемещени  вдоль оси трубопровода. Демпфер пульсаций давлени  со змеевиком позвол ет повысить эффективность гашени  пульсаций давлени  в трубопроводах при транспортировании различных газов и жидкостей по ним. 4 ил.

Description

Изобретение относитс  к трубопроводному транспорту и может быть использовано в машиностроении дл  борьбы с  влени ми пульсаций давлени  в трубопроводах .

Известно устройство дл  гашени  гидравлического удара, содержащее корпус с разделителем, установленным с образованием газовой и жидкостной полостей, сообщенных через обводные каналы с трубопроводом. Устройство снабжено дроссельными шайбами, установленными в обводных каналах до и после газовой полости. Разделитель выполнен в виде подпружиненного поршн , установленного с возможностью перекрыти  обводных каналов.

Недостатками этого устройства  вл ютс  сложность и мала  надежность конструкции , обусловленна  наличием пружины и движущегос  разделител . Соприкосновение пружины с рабочей жидкостью ограничивает диапазон использовани  устройства дл  криогенных систем и систем, работающих на агрессивных жидкост х. Длительна  работа с криогенными продуктами вызывает обмерзание кожуха, что снижает тепло- приток из окружающей среды. Это приводит к снижению давлени  в газовой полости из- за повышенной конденсации и газа. При использовании устройства в системах с пульсаци ми давлени , имеющими гармонический закон изменени , эффективность работы устройства снижаетс , так кактребу- етс  применение специальных мер дл  воссоздани  газовой атмосферы в газовой полости.

Известно предохранительное устройство дл  полого тела с внутренним скачком давлени , в частности дл  труб, имеющее одну или несколько полостей, заполненных газом и размещающихс  снаружи. От рабочей среды полости отдел ютс  мембранами

(Л

XI

со о

д

ел

00

различной прочности, которые сжимаютс  рабочей средой при скачках давлени  изнутри .

Недостатками этого предохранительного устройства  вл ютс :

ограниченный срок службы мембран;

ограниченность применени  мембран в системах с криогенными и агрессивными жидкост ми;

необходимость специального подбора газа дл  наполнени  полостей, а также необходимость поддержани  давлени  газа в этих полост х в заданных пределах.

Известен гидропнев моаккумул тор, состо щий из корпуса, охватывающего перфо- рированную трубу, внутри которого расположен эластичный компенсатор давлени . Компенсатор давлени  выполнен в виде трубки, навитой на перфорированную трубу.

Недостатками такого технического решени  по демпфированию пульсаций давлени   вл ютс :

ограниченный срок службы гидропнев- моаккумул тора из-за наличи  эластичного компенсатора;

ограниченное применение в системах с криогенными и агрессивными средами;

больша  материалоемкость гидропнев- моаккумул тора.

При этом дл  эффективной работы гид- ропневмоаккумул тора требуетс  дополнительный источник давлени  дл  поддержани  эластичного компенсатора в рабочем положении.

Цель изобретени  - повышение эффективности гашени  пульсаций давлени  в трубопроводах при транспортировании жидкостей и газов по ним.

Указанна  цель достигаетс  тем, что в демпфере пульсаций давлени  со змеевиком , содержащем участок трубопровода с отверсти ми, охваченном по меньшей мере одним дополнительным патрубком, выполненным в виде трубки, навитой на трубопровод , отверсти  размещены между витками дополнительного патрубка и охвачены тороидальными коллекторами, установленными на трубопроводе, при этом концы дополнительного патрубка сообщены с трубопроводом, а витки размещены с возможностью перемещени  вдоль оси трубопровода .

Сущность изобретени  заключаетс  в повышении эффективности гашени  пульсаций давлени  в демпфере пульсаций давлени  со змеевиком, содержащем участок трубопровода с отверсти ми, охваченный по меньшей мере одним дополнительным патрубком, выполненным в виде трубки, навитой на трубопровод, за счет размещени  отверстий между витками дополнительного патрубка и охвата их тороидальными коллекторами , установленными на трубопроводе , при этом концы дополнительного патрубка сообщены с трубопроводом, а витки размещены с возможностью перемещени  вдоль оси трубопровода.

Эффект гашени  пульсаций давлени 

путем введени  в конструкцию трубопровода боковых отводов, обладающих определенным гидросопротивлением, широко известен в машиностроении. Достоинствами демпфировани  пульсаций давлени  при

использовании этого эффекта  вл ютс  простота конструкции демпфирующих устройств и их высока  надежность. Применение устройств на основе этого эффекта не приведет к увеличению потребл емой мощности , так как при этом дополнительное гид- росопротивление располагаетс  вне основного потока жидкости.

С развитием техники все большее распространение получили каналы типа змеевика . В сравнении с пр молинейными каналами каналы змеевикового типа обладают повышенным гидросопротивлением и коэффициентом поверхностного трени . Другим полезным свойством таких каналов

 вл етс  то, что при деформации их в осевом направлении они обладают свойствами пружин.

Пик давлени , распростран ющийс  по трубе, попадает через первый коллектор в

первый змеевик. Происходит частичное снижение давлени  в трубопроводе, а в змеевике - потер  давлени  из-за трени  о стенки и из-за закрутки потока. Кроме того, жидкость, облада  инерционностью, вызовет деформацию змеевика в осевом направлении , что приведет к перемещению его витков на внешней поверхности трубы, Это приведет к дополнительному гашению энергии пульсации давлени . Деформацию

будет определ тьс  амплитудой пика давлени  на входе в демпфер.

Аналогичный процесс будет происходить при достижении пика пульсации давлени  второго тороидального коллектора во

втором змеевике. Одновременном и в первом змеевике будет распростран тьс  этот же пик давлени , так как его выход соединен с этим, вторым коллектором. Причем направление распространени  этого пика,

вышедшего из второго коллектора, будет противоположно первому пику. Во внутренней полости первого змеевика произойдет их наложение, а следовательно, и гашение пульсации.

При достижении исходным пиком пульсации , прошедшим по трубе через первые два коллектора, третьего коллектора во втором змеевике произойдет процесс, аналогичный описанному.

Таким образом, предлагаемый демпфер пульсаций давлени  со змеевиком обладает по сравнению с известными р дом преимуществ:

дл  демпфировани  пульсаций давлени  используетс  жидкость, подаваема  по трубопроводу, что избавл ет от необходимости подбора жидкости или газа в демпфи- рующей полости, совместимой по физическим свойствам с рабочей;

отсутствуют мембраны, что повышает надежность всего устройства в целом;

малые габариты;

более широкий диапазон эффективной работы;

повышенна  способность рассеивани  энергии пульсации давлени , обусловленна  турбулизацией жидкости в змеевиках, а также частичным преобразованием ее в механическую энергию деформации;

может быть использовано дл  жидкостей с различными свойствами (агрессивными криогенными и т. д.).

На фиг. 1 представлен демпфер пульсаций давлени  со змеевиком, разрез, вдоль продольной оси трубопровода (представлен варианте трем  змеевиками; буквами обозначены параметры избыточного, по отношению к установившемус  режиму, давлени , возникающие в элементах демпфера пульсаций давлени  со змеевиком при прохождении волны пульсации давлени  через коллекторы и змеевики); на фиг. 2 - сечение А-А на фиг. 1; на фиг. 3 - сечение Б-Б на фиг. 1 (перфораци  выполнена в виде круглых отверстий); на фиг. 4 - то же, перфораци  выполнена срезом части образующей коллектора со стороны набегающего потока жидкости.

Демпфер пульсаций давлени  со змеевиком содержит трубу 1 подачи жидкости. На трубе 1 размещены тороидальные перфорированные коллекторы 2-5. Они соедин ют между собой последовательно змеевики 6-8, расположенные на внешней поверхности трубы 1 так, что их витки скольз т по этой поверхности при деформации змеевиков. Через отверсти  9 перфорации тороидальных перфорированных коллекторов 2-5 внутренние полости змеевиков 6-8 сообщаютс  с внутренней полостью трубы 1.

Демпфер работает следующим образом .

В установившемс  режиме при отсутствии пульсаций давлени  давление в трубе 1

в ее начале перед устройством и в конце после устройства практически посто нно. Потери определ ютс  потер ми на трение о стенки и на смывание жидкостью выступающих поверхностей коллекторов 2-5. При этом давление в змеевиках 6-8 будет равно давлению на соответствующих участках трубы 1 между коллекторами 2-5. Змеевики 6-8 наход тс  в недеформированном состо нии

и по ним протекает часть жидкости. Величина этих потоков определ етс  соответствующим гидросопротивлением змеевиков 6-8.

При возникновении пульсации давлени  в трубе 1 с разностью амплитуд АР0 она достигнет коллектора 2, где произойдет частичное ее гашение до величины A Pi Л Ро. Далее произойдет ее распространение по трубе 1 и через отверсти  9

коллектора 2 по змеевику 6. При этом врем  прохождени  пульсации с начальной разностью амплитуд A Pi по змеевику 6 будет значительно больше, чем по трубе 1. В змеевике 6 будет интенсивное гашение возникающего возмущени  как за счет турбулизации потока, вызванной конструкцией змеевика, так и за счет преобразовани  части энергии пульсации в механическую энергию деформации змеевика вдоль его оси. К моменту времени достижени  пульсацией APi коллектора 3 в змеевике 2 произойдет гашение распростран ющейс  по ней пульсации до значени  APi Pi. Одновременно с этим пульсаци 

давлени  A Pi начнет распростран тьс  далее по трубе 1, а также через отверсти  9 перфорации коллектора 3 в двух направлени х: по змеевику 6 и по змеевику 7. После прохождени  коллектора 3 величина пульсации станет A Pz A PL В змеевике 6 произойдет встреча пульсаций APi1 и А Р2, что приведет к формированию возмущени  Др 2 и дальнейшему его гашению в змеевике 6. Одновременно в змеевике 7 будет происходить гашение пульсации ДР2 до величины АРУ2. В дальнейшем процессы в змеевиках 7, коллекторе 4, змеевике 8 будут происходить аналогично описанным процессам. При этом будет последовательно происходить понижение амплитуды пульсации до значений: после коллектора 4 в патрубке 1: ДРз А Р2, в змеевике 7: А Рз А Рз и возмущение

ApCZL др2 -дРз;

после коллектора 5

в трубе 1: А Р4 А Рз,

в змеевике 8: А Р4 А Р4 и возмущение

Др(3) ДрзИ-Др,,.

Таким образом, на выходе из демпфера получим снижение амплитуды пульсаций давлени с Pi- -A Р4, где АР0 A Р2 А Рз АР4.

При прекращении действи  пульсаций и возмущений в змеевиках 6-8, они под действием сил жесткости и установившегос  давлени  в трубе вернутс  в исходное положение .

На процессы, протекающие в устройстве , будут оказывать вли ние возмущени , сформировавшиес  в змеевиках АР1 , ДР2 , А ), так как они выход т соответственно из коллекторов 3-5. Величина их и врем  выхода завис т от геометрических параметров змеевиков, а также от конструктивного исполнени  отверстий 9 коллекторов. На фиг. 3 представлено исполнение отверстий в виде круглых отверстий, а на фиг. 4 - в виде щели, образованной удалением части стенки тороидального коллектора со стороны набегающего потока. Вли ние возмущений во втором случае будет больше, чем в первом, так как возмущени  будут направлены навстречу потоку.

и

Из описани  работы демпфера видно, что эффективность его работы зависит от геометрических параметров змеевиков: диаметра трубки, количества витков и др. Выбор их должен быть сделан исход  из

реальных условий эксплуатации с учетом свойств жидкости.

Таким образом, использование предлагаемого демпфера позвол ет снизить амплитуду пульсации давлени  с ДР0до ДР4 и улучшить эксплуатационные характеристики трубопровода в целом. При этом в сравнении с известным предлагаемый демпфер пульсаций давлени  со змеевиком

обладает меньшими габаритами, большим спектром подавл емых пульсаций давлени  и более интенсивным рассеиванием энергии этих пульсаций за счет турбулизации потока и деформации змеевиков в осевом

направлении.

Claims (1)

1. Формула изобретени 

   20

   25

   30

   Демпфер пульсаций давлени  со змеевиком , содержащий участок трубопровода с отверсти ми, охваченный по меньшей мере одним дополнительным патрубком, выполненным в виде трубки, навитой на трубопровод , отличающийс  тем, что, с целью повышени  эффективности гашени  пульсаций давлени , отверсти  размещены между витками дополнительного патрубка и охвачены тороидальными коллекторами, установленными на трубопроводе, при этом концы дополнительного патрубка сообщены с трубопроводом, а витки размещены с возможностью перемещени  вдоль оси трубопровода .

   -Ij

   &Р 2

   рз АР;

   АР,

   7

   8

   Ь

   Фиг.2

   5-6

   J Фм.1

   5-5 увеличено