RU2005254C1 - Method and device for reducing pressure pulsations in pipeline - Google Patents
Method and device for reducing pressure pulsations in pipelineInfo
- Publication number
- RU2005254C1 RU2005254C1 SU4915120A RU2005254C1 RU 2005254 C1 RU2005254 C1 RU 2005254C1 SU 4915120 A SU4915120 A SU 4915120A RU 2005254 C1 RU2005254 C1 RU 2005254C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- pipeline
- pressure
- flow
- harmonic
- equal
- Prior art date
Links
Classifications
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
- F16L—PIPES; JOINTS OR FITTINGS FOR PIPES; SUPPORTS FOR PIPES, CABLES OR PROTECTIVE TUBING; MEANS FOR THERMAL INSULATION IN GENERAL
- F16L55/00—Devices or appurtenances for use in, or in connection with, pipes or pipe systems
- F16L55/04—Devices damping pulsations or vibrations in fluids
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Pipeline Systems (AREA)
Description
Изобретение относитс к области машиностроени и может быть использовано в установках различного назначени , в частности в трубопроводах дл транспортиров- ки газа или нефтепродуктов, в трубопроводах высокого давлени на электростанци х , в ракетной технике.The invention relates to mechanical engineering and can be used in installations for various purposes, in particular in pipelines for transporting gas or oil products, in high pressure pipelines in power plants, in rocketry.
Известны устройства дл сглаживани пульсаций давлени потока в трубопроводе описанные (см.авт.св. СССР №420849, кл. F 16 1.55/04 и апт.се. СССР № 1262181, кл. F 16 L 55/04).Known devices for smoothing the pulsations of the flow pressure in a pipeline are described (see auth. St. USSR No. 420849, class F 16 1.55 / 04 and apt.se. USSR No. 1262181, class F 16 L 55/04).
Из известных устройств наиболее близким по технической сущности вл етс устройство , описанное в авт.св, СССР № 420849, Это устройство содержит обводной трубопровод, одим конец которого снабжен запорным клапаном и установлен с возможностью перемещени в полости магистрального трубопровода. В этом устройстве пульсирующий поток от насоса поступает в основной и обводной трубопроводы, а затем в общий коллектор,Of the known devices, the closest in technical essence is the device described in ed. St. USSR No. 420849. This device contains a bypass pipe, one end of which is equipped with a shut-off valve and is mounted with the possibility of movement in the cavity of the main pipeline. In this device, the pulsating flow from the pump enters the main and bypass pipelines, and then into the common collector,
Пульсирующий поток в трубопроводе при малых скорост х движени можно представить равенствомThe pulsating flow in the pipeline at low speeds can be represented by the equality
P(t) P0+/ocV(t)+Јo(t) (1)P (t) P0 + / ocV (t) + Јo (t) (1)
где P(t)- полное давление в трубопроводе в момент времени t перед устройством;where P (t) is the total pressure in the pipeline at time t in front of the device;
Р(о) - посто нна составл юща давлени ; .P (o) is a constant pressure component; .
(t) - переменна составл юща давлени ламинарного течени ;(t) is the variable pressure component of the laminar flow;
р - плотность движущегос по трубопроводу вещества;p is the density of the substance moving through the pipeline;
с - скорость звука в веществе потока;c is the speed of sound in the substance of the stream;
V(t) - периодическа -функци изменени скорости потока;V (t) is the periodic β-function of the change in flow velocity;
Јо (t) - переменна составл юща давлени турбулентного течени .T0 (t) is the variable component of the turbulent flow pressure.
Согласно (1) вс ка периодическа функци , удовлетвор юща услови м Дирихле (кусочна непрерывность, ограниченность и конечное число экстремумов на периоде), может быть представлена р дом Фурье по тригонометрическим функци мAccording to (1), any periodic function satisfying the Dirichlet conditions (piecewise continuity, boundedness, and a finite number of extrema on a period) can be represented by the Fourier series in trigonometric functions
0000
/( t ) )+/ с 2 Ak cos x/ (t)) + / s 2 Ak cos x
if 1if 1
x(2ttkf0t -Qk ) при k 1.2,3....x (2ttkf0t -Qk) for k 1.2.3 ....
(2)(2)
Здесь периодическа функци изменени скорости вещества потока выражена суHere, the periodic function of the change in the velocity of the substance of the flow is expressed as
перпозицией гармонических колебаний кратных частот: Uk 2 л kf0 с амплитудами Ak и начальными фазами Qk, S0 посто нна составл юща скорости вещества, а fo - частота основной гармоники.by a reposition of harmonic vibrations of multiple frequencies: Uk 2 l kf0 with amplitudes Ak and initial phases Qk, S0 is a constant component of the velocity of the substance, and fo is the frequency of the fundamental harmonic.
При скорост х движени , близких к скорости звука в веществе потока необходимо учитывать эффект Доплера (2). Примем, что колебани скорости вещества распростран етс только по ходу потока, тогда получимAt speeds close to the speed of sound in the flow material, the Doppler effect (2) must be taken into account. We assume that the fluctuations in the speed of matter propagate only along the flow, then we obtain
f f0c (с + v),f f0c (c + v),
(3)(3)
где f - частота основной гармоники колебани скорости вещества потока с учетом вли ни эффекта Доплера;where f is the frequency of the fundamental harmonic of the oscillation of the velocity of the flow material, taking into account the influence of the Doppler effect;
и- средн по времени скорости перемещени потока. Подставив значение (2) в уравнение (1) и умт эффект Доплера (3), получаем, чтоand - time average flow velocity. Substituting the value (2) into equation (1) and the Doppler effect (3) is lost, we obtain
00 P(t) Р0+pcSo+/ocЈ Ak cosx00 P (t) P0 + pcSo + / ocЈ Ak cosx
.k 1 .k 1
x(2arkf0ct/(c+v)-Qk)+Јo(t)x (2arkf0ct / (c + v) -Qk) + Јo (t)
30thirty
при k 1,2,3,,.when k 1,2,3 ,,.
(4)(4)
В устройстве, описанном в авт.св. СССР № 420849, амплитуда давлени турбулентной составл ющей потока уменьшаетс примерно едва раза при равных диаметрах обводного и магистрального трубопроводов . Дл простоты анализа изменени ламинарной составл ющей это устройство рассмотрим с дополнительным условием, устанавливающим равенство суммы площадей сечений обводного и магистрального трубопроводов с площадью сечени входного трубопровода. Тогда в обводном и магистральном трубопроводах амплитуды давлени ламинарной составл ющей можно записать в видеIn the device described in ed. USSR No. 420849, the pressure amplitude of the turbulent component of the flow decreases by about a factor of approximately with equal diameters of the bypass and main pipelines. For simplicity of analysis of the change in the laminar component, we consider this device with an additional condition establishing the equality of the sum of the cross-sectional areas of the bypass and main pipelines with the cross-sectional area of the inlet pipeline. Then, in the bypass and main pipelines, the pressure amplitudes of the laminar component can be written as
соwith
Робв1 /ОС Ak COS XRobb1 / Ak COS X OS
k 1k 1
х ( 2 тс k f0 с t /( с + v ) - Qk) - yn ),x (2 tf k f0 s t / (s + v) - Qk) - yn),
oooo
Рмаг.1 рс Ј Ak COS XRmag. 1 pc Ј Ak COS X
k 1k 1
x (2 Jtk f0c t /(c +v) - Qk )x (2 Jtk f0c t / (c + v) - Qk)
при k-1,2.3... (5)at k-1,2.3 ... (5)
Следует заметить, что дл рассматриваемого устройства максимального уменьшени пульсаций ламинарной составл ющей можно достичь лишь при услови х, что диаметры обводного и магистрального трубоп- роводов равны, а длина обводного трубопровода больше длины магистрального на величину Ah, равную половине периода или кратную ей. например, 1,5 периоде, 2,5 периода и т.д. Это равнозначно условию It should be noted that for the device under consideration, the maximum reduction in pulsations of the laminar component can be achieved only under the conditions that the diameters of the bypass and main pipelines are equal, and the length of the bypass pipe is longer than the length of the main pipeline by the value of Ah, equal to half the period or a multiple of it. e.g. 1.5 period, 2.5 period, etc. This is equivalent to the condition
( при п 1,3,5...,(with n 1,3,5 ...,
(б)(b)
где п - сдвиг фазы основной гармоники при прохождении потока по первому отводному пути. При этомwhere n is the phase shift of the fundamental harmonic during the passage of the flow along the first branch path. Wherein
ЛИ п(с + v)/2f0 при п - 1.3,5... (7)LI n (c + v) / 2f0 for n - 1.3.5 ... (7)
В результате сложени обводного и ма- гистрального потоков нечетные гармонические составл ющие ламинарного течени уничтожаютс , остаютс все четные составл ющие с удвоенными амплитудами, т.е.As a result of the addition of the bypass and main flows, the odd harmonic components of the laminar flow are destroyed, all the even components with double amplitudes remain, i.e.
1 1
0000
P2i(t) P0 +pcS0 +pc% 2А cosP2i (t) P0 + pcS0 + pc% 2A cos
k 2k 2
(2 kf0ct/(c+v).-Qi()+Јi.(t) при k 2,4.6...(8)(2 kf0ct / (c + v) .- Qi () + Јi. (T) for k 2,4.6 ... (8)
где Ј1 (t)- турбулентна составл юща потока после устройства, описанного в авт.св. СССР ISfe 420849.Отсюда видно, что с помощью этого устройства невозможно уничтожить четные гармоники в пульсирующем потоке.where Ј1 (t) is the turbulent component of the flow after the device described in Auth. USSR ISfe 420849. From this it can be seen that with this device it is impossible to destroy even harmonics in a pulsating flow.
Целью изобретени вл етс у меньше- ние пульсаций давлени потока а трубопроводе ,гThe aim of the invention is to reduce the pulsations of the flow pressure in the pipeline, g
Поставленна цель достигаетс тем, что исходный поток рабочей среды раздел ют на два потока, равных по площади сечени , один из потоков пускают по более длинному пути, а затем соедин ют в месте, где амплитуды колебаний основной гармоники проти,- вофаэны друг другу, дополн ют следующими действи ми, полученный по- ток снова раздел ют на два потока, равных по площади сечени , один из потоков пускают по более длинному пути, а затем потоки соедин ют в месте, где амплитуды колебаний второй гармоники противофазны друг к другу, перед первым разветвлением потоков , после первого и после второго их соединени рабочую среду трубопровода пропускают через аэродинамические решетки .This goal is achieved by the fact that the initial flow of the working medium is divided into two flows of equal cross-sectional area, one of the flows is launched along a longer path, and then connected at a place where the oscillation amplitudes of the fundamental harmonic are opposite to each other, by the following actions, the resulting stream is again divided into two streams of equal cross-sectional area, one of the streams is launched along a longer path, and then the streams are connected at the place where the oscillation amplitudes of the second harmonic are out of phase with each other, before the first dawn leniem flows after the first and after the second working medium of a compound of the pipeline passes through the aerodynamic lattice.
Известное устройство дл осуществлени способа устройство содержит участок подвод щей магистрали с разветвлением на два трубопровода равного диаметра и различной длины с последующим их соеди нением в трубопроводе в месте, где амплитуды колебаний давлени основной гармоники рабочей среды трубопровода противофазны друг другу. Дл достижени , цели изобретени его дополн ют устройством , содержащим аналогичное разветвление на два трубопровода, но с соединением их в месте, где амплитуды колебаний давлени второй гармоники противофазны друг другу, перед первым разветвлением трубопроводов , после первого и после второго их соединени в трубопроводе устанавливают аэродинамические решетки.A known device for implementing the method, the device comprises a section of the supply line with branching into two pipelines of equal diameter and different lengths, and then connecting them in the pipeline at a place where the amplitudes of the pressure fluctuations of the main harmonic of the working medium of the pipeline are out of phase with each other. To achieve the objectives of the invention, it is supplemented by a device containing a similar branching into two pipelines, but with their connection in a place where the amplitudes of the pressure fluctuations of the second harmonic are out of phase with each other, before the first branching of the pipelines, after the first and after their second connection, aerodynamic lattice.
На чертеже представлена конструкци устройства дл уменьшени пульсаций давлени в трубопроводе.The drawing shows the construction of a device for reducing pressure pulsations in a pipeline.
Способ уменьшени пульсаций давлени в трубопроводе реализован в устройстве , содержащем участок подвод щей магистрали 1, деа трубопровода 2 и 3 одного диаметра, но разной длины, участок промежуточной магистрали 4, два трубопровода 5 и 6 одного диаметра, но разной длины, участок отвод щей магистрали 7, при этом трубопроводы 2 и 3 Соединены в месте, где амплитуды колебаний давлени основной гармоники рабочей среды трубопровода противофазны друг другу, а трубопроводы 5 и б соединены в месте, где вторые гармоники противофазны друг другу. Кроме того, устройство содержит аэродинамические решетки 8, 9 и 10.A method of reducing pressure pulsations in a pipeline is implemented in a device containing a section of the supply line 1, de-pipeline 2 and 3 of the same diameter but different lengths, a section of the intermediate line 4, two pipelines 5 and 6 of the same diameter but different length, the section of the discharge line 7, while pipelines 2 and 3 are connected at a place where the amplitudes of the pressure fluctuations of the main harmonic of the working medium of the pipeline are out of phase with each other, and pipelines 5 and b are connected at a place where the second harmonics are out of phase with each other. In addition, the device contains aerodynamic lattices 8, 9 and 10.
В предлагаемом устройстве с помощью первого разделени потоков достигаетс уничтожение нечетных гармонических составл ющих ламинарного течени (что описано формулами 1 - 9), а с помощью второго - уничтожаютс четные гармонические составл ющие . Дл этого длину второго отводного потока выбирают большей длины магистрального на величину Д)2, равную половике периода второй гармоники или кратную ей. Это равнозначно условиюIn the proposed device, using the first flow separation, the destruction of the odd harmonic components of the laminar flow (as described by formulas 1 to 9) is achieved, and with the help of the second, the even harmonic components are destroyed. For this, the length of the second bypass stream is chosen to be greater than the length of the main by an amount E) 2 equal to or a multiple of the period of the second harmonic. This is equivalent to the condition
уп -п при п 1,3,5...yn-n for n 1,3,5 ...
(9)(9)
где уп - сдвиг фазы второй гармоники путем прохождени потока по второму обводному пути. При этомwhere yn is the phase shift of the second harmonic by passing the stream along the second bypass path. Wherein
Д12 п(с + К) /4f%npH п 1,3,5.... (10)D12 p (s + K) / 4f% npH p 1,3.5 .... (10)
При правильном выборе длины каждой ветви амплитуда колебаний давлени ламинарной составл ющей на выходе устройства уменьшаетс до нул , Поэтому в отвод щем трубопроводе пульсации давлени можно записать следующим равенствомWith the right choice of the length of each branch, the amplitude of the pressure fluctuations of the laminar component at the output of the device decreases to zero. Therefore, pressure pulsations in the discharge pipe can be written as
PZ(t) Po+pcS0+|2(t),(11)PZ (t) Po + pcS0 + | 2 (t), (11)
где |а (t) - турбулетна составл юща потока после предлагаемого устройства.where | a (t) is the turbulent component of the stream after the proposed device.
На практике пульсации давлени от насоса с синхронным электродвигателем распростран ютс также и против хода потока. В св зи с этим предлагаемое устройство необходимо ставить по обоим сторонам насоса .In practice, pressure pulsations from a synchronous motor pump also propagate upstream. In this regard, the proposed device must be placed on both sides of the pump.
Дл колебаний давлени , распростран ющихс против хода потока, эффект Доплера запишетс в видеFor pressure fluctuations propagating upstream, the Doppler effect is written as
Г- foc/(c - v)G-foc / (c - v)
(12)(12)
Изменение давлени ламинарного течени , распростран ющегос против хода потока будет равноThe change in the pressure of the laminar flow propagating against the flow will be equal to
0000
Р ( t ) РО +р С So +р С 2 Afc COS XP (t) PO + p C So + p C 2 Afc COS X
k - 1k - 1
x(2jrkf0ct/(c -u)-Qk)- + Јo (Ox (2jrkf0ct / (c -u) -Qk) - + Јo (O
при k-1,2,3,...(13)at k-1,2,3, ... (13)
Длина первого обводного потока будет больше длины магистрального на величину All , равную половине периода основной гармоники или кратной ей. Это равнозначно условиюThe length of the first bypass stream will be greater than the length of the main one by the value of All, equal to half the period of the fundamental harmonic or a multiple thereof. This is equivalent to the condition
(fi пл при п 1,3,5,.., При этом(fi pl for n 1,3,5, .., Moreover
(14)(14)
Л (Г - п(с - г$ /2f0 при п 1,3,5,... (15) В промежуточном потоке колебани давлени , распростран ющиес против течени запишутс в видеL (T - n (s - r $ / 2f0 for n = 1,3,5, ... (15) In the intermediate flow, pressure fluctuations propagating against the flow are written in the form
ооoo
x(2jrkf0ct/(c -u)-Qk)+Јr(t) при k 2,4,6....(16)x (2jrkf0ct / (c -u) -Qk) + Јr (t) for k 2,4,6 .... (16)
Длина второго обводного потока будет больше длины магистрального на величину Л12. равную половине периода второй гармоники или кратную ей. Это равнозначно условиюThe length of the second bypass stream will be greater than the length of the main one by the value of L12. equal to half the second harmonic period or a multiple of it. This is equivalent to the condition
УП плг при п 1,3,5,...(17)UP PLG at p 1,3,5, ... (17)
При этом Al2 n(c-f)/4f0npHn 1,3.5,...(18)Moreover, Al2 n (c-f) / 4f0npHn 1,3.5, ... (18)
Амплитуда колебаний давлени ламинарной составл ющей потока на входе устройства уменьшитс до нул , Пульсаци давлени на входе устройства можно записать следующим равенством:The amplitude of the pressure fluctuations in the laminar component of the flow at the inlet of the device decreases to zero. The pulsation of the pressure at the inlet of the device can be written as follows:
PZ;(T) P0+/9cS0-fЈ2 (O где & (t) турбулентна составл юща потока на входе устройства.PZ; (T) P0 + / 9cS0-fЈ2 (O where & (t) is the turbulent flow component at the input of the device.
Амплитуда давлени турбулентной составл ющей в устройстве в результате сдвига фаз между потоками уменьшаетс The pressure amplitude of the turbulent component in the device as a result of a phase shift between flows decreases
примерно в четыре раза..Дополнительноabout four times ..
турбулентна составл юща уменьшаетс при прохождении через аэродинамические решетки.the turbulent component decreases as it passes through the aerodynamic grilles.
При использовании изобретени в ракетных двигател х существенно уменьшаютс низкочастотные колебани горени топлива, подаваемого в камеру сгорани , а следовательно, снизитс и низкочастотна неустойчивость горени топлива, отпадает необходимость в значительном увеличении перепада давлени на форсунках и увеличении камеры сгорани , обусловлено этим видом неустойчивости. Вследствие применени изобретени в ракетных двигател х уменьшитс веро тность разрушени камеры сгорани из-за низкочастотной неустойчивости горени топлива.When using the invention in rocket engines, the low-frequency fluctuations of the combustion of the fuel supplied to the combustion chamber are substantially reduced, and consequently the low-frequency instability of the combustion of the fuel is reduced, there is no need to significantly increase the pressure drop across the nozzles and to increase the combustion chamber, due to this type of instability. Due to the application of the invention in rocket engines, the likelihood of destruction of the combustion chamber due to the low frequency instability of fuel combustion is reduced.
Р2и (t) Ро -4-/ос So +pc% 2Ak.cosxP2i (t) Po -4- / os So + pc% 2Ak.cosx
k 2k 2
(56) Авторское свидетельство СССР 50 4208049, кл. F 16 К 55/04, 1970.(56) Copyright certificate of the USSR 50 4208049, cl. F 16K 55/04, 1970.
92005254 1092005254 10
Claims (2)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
SU4915120 RU2005254C1 (en) | 1991-02-28 | 1991-02-28 | Method and device for reducing pressure pulsations in pipeline |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
SU4915120 RU2005254C1 (en) | 1991-02-28 | 1991-02-28 | Method and device for reducing pressure pulsations in pipeline |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2005254C1 true RU2005254C1 (en) | 1993-12-30 |
Family
ID=21562694
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
SU4915120 RU2005254C1 (en) | 1991-02-28 | 1991-02-28 | Method and device for reducing pressure pulsations in pipeline |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2005254C1 (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
GB2386168A (en) * | 2002-02-13 | 2003-09-10 | Imp College Innovations Ltd | Pipe networks |
-
1991
- 1991-02-28 RU SU4915120 patent/RU2005254C1/en active
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
GB2386168A (en) * | 2002-02-13 | 2003-09-10 | Imp College Innovations Ltd | Pipe networks |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Alfredson et al. | Performance of exhaust silencer components | |
Chen et al. | Modelling of a turbocharger turbine under pulsating inlet conditions | |
Huang et al. | On the active control of shear layer oscillations across a cavity in the presence of pipeline acoustic resonance | |
GB1431662A (en) | Methods of separating acoustic energy from a flowing fluid and exhaust mufflers using same | |
RU2005254C1 (en) | Method and device for reducing pressure pulsations in pipeline | |
Schachenmann et al. | Self-sustained oscillations of turbulent pipe flow terminated by an axisymmetric cavity | |
Dupere et al. | The absorption of sound near abrupt axisymmetric area expansions | |
Kerschen et al. | Modal content of noise generated by a coaxial jet in a pipe | |
US2997124A (en) | Mechanical vibration reducing apparatus | |
RU2005257C1 (en) | Method for damping oscillations when combining even number of pressure flows into common flow | |
Selamet et al. | Wave propagation and attenuation in Herschel–Venturi tubes | |
Oshkai et al. | Quantitative visualization of unstable, acoustically coupled shear layers in deep axisymmetric cavities | |
Binder et al. | Some characteristics of pulsating or flapping jets | |
Sparks et al. | Pulsations in liquid pumps and piping systems | |
Bulovich | Mathematical simulation of a gas flow in the vicinity of the open end of a tube for harmonic oscillations of a piston at the resonance frequency at the other end of the tube | |
Jungowski et al. | Tone generation by flow past confined, deep cylindrical cavities | |
Sukhinin et al. | Hydrodynamic sources of oscillations in combustion chambers | |
Rockwell | Transverse oscillations of a jet in a jet-splitter system | |
Lukasiewicz et al. | Adiabatic Flow in Pipes: An Outline of Present Knowledge of the Flow of Perfect Gases in Ducts of Constant Cross‐Section | |
SU1262068A1 (en) | Power plant silencer | |
SU941650A1 (en) | Pulse converter for outlet system of ic engine | |
SU966257A1 (en) | I.c. engine exhaust system | |
SU827819A1 (en) | Noise silencer | |
Abdelmwgoud | Experimental and numerical investigations of self-sustained shear layer oscillations over ducted cavities | |
SU1263889A1 (en) | Pulsating stream noise muffler |