RU207508U1 - Device for damping pressure pulsations in the pipeline - Google Patents

Abstract

Полезная модель относится к устройствам для гашения пульсаций давления в трубопроводах, вызванных течением жидкости или различными устройствами: клапанами, компрессорами, насосами.Устройство для гашения пульсаций давления в трубопроводе содержит корпус в виде участка трубопровода с фланцами и тонкостенный металлический упругий элемент, установленный в корпусе при помощи втулки таким образом, что корпус и упругий элемент образуют полость, заполненную газом, выполняющую функции герметичной демпфирующей камеры.Техническим результатом данной полезной модели является расширение сферы применения устройства за счет выполнения упругого элемента из тонкостенного металлического листа, сформированного в виде многогранной призмы. Причем форма многогранной призмы позволяет обеспечить податливость, достаточную для эффективного гашения пульсаций давления.Данное решение существенно расширит сферу применения устройства, поскольку позволяет использовать устройство там, где резинотехнические изделия не могут быть применены по причине их ограниченного температурного диапазона, требований к чистоте рабочей жидкости (не загрязненной абразивными частицами), а также вследствие невозможности работы с радиоактивными материалами. Кроме того, металлические изделия меньше подвержены старению, ведущему к потере упругих свойств и преждевременному износу, по сравнению с резинотехническими изделиями.The utility model relates to devices for damping pressure pulsations in pipelines caused by a fluid flow or various devices: valves, compressors, pumps. by means of a sleeve so that the body and the elastic element form a cavity filled with gas, which serves as a sealed damping chamber. The technical result of this invention is to expand the scope of the device by making an elastic element from a thin-walled metal sheet formed in the form of a multifaceted prism. Moreover, the shape of the multifaceted prism allows for compliance sufficient for effective damping of pressure pulsations.This solution will significantly expand the scope of the device, since it allows the device to be used where rubber products cannot be used due to their limited temperature range, requirements for the purity of the working fluid (not contaminated with abrasive particles), as well as due to the impossibility of working with radioactive materials. In addition, metal products are less susceptible to aging, leading to a loss of elastic properties and premature wear, compared to rubber products.

Description

Полезная модель относится к устройствам для гашения пульсаций давления в трубопроводах, вызванных течением жидкости или различными устройствами: клапанами, компрессорами, насосами. Пульсации давления в потоке жидкости вызывают вибрации поверхности трубопровода, создающие шум в окружающей среде, а также приводят к преждевременному износу агрегатов гидравлической системы. Использование устройств для гашения пульсаций давления может способствовать повышению работоспособности узлов гидравлической системы, предотвращая повреждения, вызываемые пульсациями давления, а также снижению шума.The utility model relates to devices for damping pressure pulsations in pipelines caused by the flow of liquid or various devices: valves, compressors, pumps. Pressure pulsations in the fluid flow cause vibrations of the pipeline surface, which create noise in the environment, and also lead to premature wear of the hydraulic system units. The use of pressure pulsation damping devices can help improve the performance of hydraulic components, preventing damage caused by pressure pulsations and reducing noise.

Существует гаситель колебаний давления и расхода (а.с. SU 1753174 A1 F16L 55/04), содержащий центральный трубопровод с перфорацией в виде отверстий и сообщенную с ним через отверстия демпфирующую камеру, образованную упругой оболочкой с поперечным сечением в форме эллипса. Центральный трубопровод частично охвачен кожухом, внутренняя полость которого может быть сообщена с окружающей средой. Оболочка установлена коаксиально трубопроводу внутри кожуха. Отверстия в трубопроводе выполнены в области больших дуг эллипса. При возникновении колебаний давления и расхода в центральном трубопроводе происходит взаимодействие протекающей жидкости с демпфирующей полостью через отверстия. Диссипация энергии пульсаций давления и расхода осуществляется за счет прогиба упругой оболочки и дросселирования жидкости через отверстия.There is a damper for pressure and flow fluctuations (A.S. SU 1753174 A1 F16L 55/04) containing a central pipeline with perforations in the form of holes and a damping chamber communicated with it through the holes, formed by an elastic shell with an elliptical cross-section. The central pipeline is partially enclosed by a casing, the inner cavity of which can be in communication with the environment. The casing is installed coaxially with the pipeline inside the casing. The holes in the pipeline are made in the area of the large arcs of the ellipse. When pressure and flow fluctuations occur in the central pipeline, the flowing liquid interacts with the damping cavity through the holes. Dissipation of the energy of pressure and flow pulsations is carried out due to the deflection of the elastic shell and throttling of the liquid through the holes.

К недостаткам конструкции данного гасителя можно отнести малую податливость в связи с тем, что упругая оболочка выполнена из металла и имеет эллипсообразную форму поперечного сечения. Однако выполнение упругой оболочки из металла, с другой стороны, является и достоинством, поскольку расширяет его сферу применения.The disadvantages of the design of this damper include low compliance due to the fact that the elastic shell is made of metal and has an elliptical cross-section. However, making an elastic metal shell, on the other hand, is also an advantage, since it expands its scope.

Также известен гаситель пульсаций давления DE 3544368 А1 F16L 55/04, выбранный в качестве прототипа, состоящий из корпуса, имеющего внутреннюю проточку, и размещенного в нем упругого элемента таким образом, что между ними остается необходимый зазор. При этом стенка упругого элемента неравномерна по толщине, поскольку наружная поверхность упругого элемента имеет несколько выступов (утолщений), расположенных вдоль образующих по всей длине упругого элемента и опирающихся на внутреннюю поверхность жесткого элемента трубопровода. Более тонкие участки (сектора) упругого элемента имеют способность растягиваться до соприкосновения с внутренней поверхностью корпуса, что обеспечивает гашение пульсаций давления.Also known is a pressure pulsation damper DE 3544368 A1 F16L 55/04, selected as a prototype, consisting of a housing having an internal groove and an elastic element placed therein so that the necessary gap remains between them. In this case, the wall of the elastic element is uneven in thickness, since the outer surface of the elastic element has several protrusions (bulges) located along the generatrices along the entire length of the elastic element and resting on the inner surface of the rigid element of the pipeline. Thinner sections (sectors) of the elastic element have the ability to stretch until they come into contact with the inner surface of the body, which ensures damping of pressure pulsations.

Данный гаситель имеет недостаток, состоящий в том, что упругий элемент выполнен из резины, а это ограничивает область его применения (например, резинотехнические изделия не могут применяться при работе с радиоактивными материалами, имеют ограниченный температурный диапазон, а также не могут применяться в загрязненной абразивными частицами среде) и повышает риск повреждения и преждевременного износа упругого элемента (резинотехнические изделия подвержены старению, ведущему к потере упругих свойств).This absorber has the disadvantage that the elastic element is made of rubber, and this limits the scope of its application (for example, rubber products cannot be used when working with radioactive materials, have a limited temperature range, and cannot be used in areas contaminated with abrasive particles. environment) and increases the risk of damage and premature wear of the elastic element (rubber products are subject to aging, leading to the loss of elastic properties).

Однако достоинством прототипа является то, что упругий элемент данного гасителя обеспечивает высокую податливость благодаря форме, сочетающей жесткие участки, опирающиеся на внутреннюю поверхность корпуса, и тонкие гибкие участки, очень восприимчивые к прогибу. Хотя информация об эффективности снижения пульсаций давления в описании отсутствует.However, the advantage of the prototype is that the elastic element of this damper provides high compliance due to its shape combining rigid sections resting on the inner surface of the body and thin flexible sections that are very susceptible to deflection. Although there is no information on the effectiveness of reducing pressure pulsations in the description.

Задача состоит в разработке конструкции, сочетающей в себе достоинства аналога и прототипа, а именно - выполнение упругого элемента из металла и при этом обеспечение податливости, достаточной для достижения высокой эффективности гашения колебаний.The task is to develop a structure that combines the advantages of an analogue and a prototype, namely, making an elastic element made of metal and at the same time ensuring compliance sufficient to achieve a high efficiency of vibration damping.

Техническим результатом данной полезной модели является расширение сферы применения устройства за счет выполнения упругого элемента из тонкостенного металлического листа, сформированного в виде многогранной призмы. Причем форма многогранной призмы позволяет обеспечить податливость, достаточную для эффективного гашения пульсаций давления.The technical result of this utility model is to expand the scope of the device by making an elastic element from a thin-walled metal sheet, formed in the form of a multifaceted prism. Moreover, the shape of the multifaceted prism ensures compliance sufficient for effective damping of pressure pulsations.

Данное решение существенно расширяет сферу применения устройства для гашения пульсаций давления в трубопроводе, поскольку позволяет использовать его там, где резинотехнические изделия не могут быть применены по причине их ограниченного температурного диапазона, требований к чистоте рабочей жидкости (не загрязненной абразивными частицами), а также вследствие невозможности работы с радиоактивными материалами. Кроме того, металлические изделия меньше подвержены старению, ведущему к потере упругих свойств и преждевременному износу, по сравнению с резинотехническими изделиями.This solution significantly expands the scope of application of the device for damping pressure pulsations in the pipeline, since it allows its use where rubber products cannot be used due to their limited temperature range, requirements for the purity of the working fluid (not contaminated with abrasive particles), as well as due to the impossibility work with radioactive materials. In addition, metal products are less susceptible to aging, leading to a loss of elastic properties and premature wear, compared to rubber products.

Технический результат достигается за счет того, что упругий элемент, размещенный в корпусе в виде участка трубопровода, выполнен из тонкостенного металлического листа, сформированного в виде многогранной призмы, опирающейся ребрами на внутреннюю поверхность корпуса, причем грани этой призмы способны изгибаться, что и обеспечивает высокую податливость устройства, а, следовательно, и эффективность гашения пульсаций давления.The technical result is achieved due to the fact that the elastic element, placed in the body in the form of a section of the pipeline, is made of a thin-walled metal sheet formed in the form of a multifaceted prism, supported by ribs on the inner surface of the body, and the edges of this prism are able to bend, which ensures high compliance device, and, consequently, the efficiency of damping pressure pulsations.

Техническое решение поясняется чертежами, где на фиг. 1, фиг. 2 и фиг. 3 изображена схема установки устройства в трубопроводе.The technical solution is illustrated by drawings, where in FIG. 1, fig. 2 and FIG. 3 shows a diagram of the installation of the device in the pipeline.

Устройство для гашения пульсаций давления в трубопроводе содержит корпус 1 в виде участка трубопровода с фланцами и тонкостенный металлический упругий элемент 2, установленный в корпусе при помощи опорных втулок 3 таким образом, что корпус и упругий элемент образуют полость 4, заполненную газом, выполняющую функции герметичной демпфирующей камеры.A device for damping pressure pulsations in a pipeline comprises a housing 1 in the form of a pipeline section with flanges and a thin-walled metal elastic element 2 installed in the housing by means of support bushings 3 in such a way that the housing and the elastic element form a cavity 4 filled with gas, which serves as a hermetic damping cameras.

Устройство работает следующим образом.The device works as follows.

Уменьшение акустического сопротивления трубопровода при использовании устройства для гашения пульсаций давления с податливым участком вызывает снижение пульсаций давления за счет образования в канале значительной эквивалентной акустической емкости, сглаживающей пульсации давления.A decrease in the acoustic resistance of the pipeline when using a device for damping pressure pulsations with a compliant section causes a decrease in pressure pulsations due to the formation in the channel of a significant equivalent acoustic capacitance that smooths out pressure pulsations.

Эффективность устройства зависит от изменения скорости звука в системе, а скорость звука в свою очередь зависит от податливости стенок и объема газовой полости.The efficiency of the device depends on the change in the speed of sound in the system, and the speed of sound, in turn, depends on the flexibility of the walls and the volume of the gas cavity.

Оценим изменения скорости звука в системе.Let us estimate the changes in the speed of sound in the system.

Скорость звука в какой-либо среде вычисляют по формуле [Исакович М.А. Общая акустика. М., 1973]:The speed of sound in any medium is calculated by the formula [Isakovich MA General acoustics. M., 1973]:

где c₀ - скорость звука в среде, м/с;where c ₀ is the speed of sound in the medium, m / s;

β₀ - сжимаемость среды, Па^-1;β ₀ - compressibility of the medium, Pa ^-1 ;

ρ - плотность среды, кг/м³;ρ is the density of the medium, kg / m ³ ;

тогда эффективная сжимаемость среды β в трубопроводе с сечением S будет равна:then the effective compressibility of the medium β in a pipeline with a cross section S will be equal to:

где ΔS - изменение площади сечения при давлении p, м²;where ΔS is the change in the cross-sectional area at pressure p, m ² ;

p - давление, действующее на податливый элемент, Па.p is the pressure acting on the compliant element, Pa.

Таким образом, скорость звука в трубе с податливыми стенками вычисляется по формуле:Thus, the speed of sound in a pipe with flexible walls is calculated by the formula:

Из формулы следует, что при увеличении ΔS скорость звука в податливом канале значительно снижается по сравнению с безграничной средой.It follows from the formula that with an increase in ΔS, the speed of sound in a compliant channel is significantly reduced in comparison with an infinite medium.

Снижение скорости звука влечет за собой резкое увеличение акустической емкости С_Г устройства как полости с объемом V:A decrease in the speed of sound entails a sharp increase in the acoustic capacitance С _{Г of the} device as a cavity with a volume V:

Импеданс гасителя определяется как:The damper impedance is defined as:

где ω - круговая частота колебаний.where ω is the circular vibration frequency.

Эффективность устройства может быть оценена по его способности к отражению акустической волны за счет рассогласования импедансов гасителя и трубопровода. Эффективность гасителя в дБ можно оценить как:The efficiency of the device can be assessed by its ability to reflect an acoustic wave due to the mismatch of the impedances of the absorber and the pipeline. The damper efficiency in dB can be estimated as:

где Υ_И, Υ_Η - акустические проводимости входного и выходного трубопровода, в случае значительной протяженности можно их принять как обратные величины волновых сопротивлений трубопровода

где z_mp = ρ₀c₀/S, где ρ₀ - плотность рабочей жидкости; с₀ - скорость звука в жидкости.where Υ _И , Υ _Η are the acoustic conductivities of the inlet and outlet pipeline, in the case of a significant length, they can be taken as the reciprocal of the characteristic impedances of the pipeline

where z _mp = ρ ₀ c ₀ / S, where ρ ₀ is the density of the working fluid; с ₀ is the speed of sound in the liquid.

Опытный образец устройства испытан на гидравлическом стенде вытеснительного типа (фиг. 4). Эффективность устройства определялась с помощью гидрофонов 4 как разница между уровнями пульсаций давления в измерительной точке с устройством 3 и без него. Она составила в диапазоне частот 20 - 3000 Гц от 15 до 40 дБ (фиг. 5). Эффективность устройства показана при различных перепадах давления (разница между манометрами 1 и 5) на клапане 1 как источнике пульсаций давления. Расход рабочей жидкости контролировался с помощью расходомера 6 и регулировался краном 7.The prototype of the device was tested on a displacement-type hydraulic stand (Fig. 4). The efficiency of the device was determined using hydrophones 4 as the difference between the levels of pressure pulsations at the measuring point with and without device 3. It was in the frequency range 20 - 3000 Hz from 15 to 40 dB (Fig. 5). The efficiency of the device is shown at different pressure drops (difference between pressure gauges 1 and 5) on valve 1 as a source of pressure pulsations. The flow rate of the working fluid was controlled using a flow meter 6 and regulated by a valve 7.

Образец разработанного устройства на данный момент установлен в гидравлической системе акустического стенда и используется для снижения фоновых значений пульсаций давления на измерительном участке до необходимого уровня.A sample of the developed device is currently installed in the hydraulic system of the acoustic stand and is used to reduce the background values of pressure pulsations in the measuring section to the required level.

Данное устройство имеет преимущество над аналогом и прототипом, заключающееся в отсутствии резинотехнических деталей и обеспечении при этом достаточно высокой эффективности, позволяющей значительно снизить пульсации давления в трубопроводе и тем самым предотвратить преждевременный износ оборудования и возникновение шума.This device has an advantage over the analogue and the prototype, which consists in the absence of rubber parts and at the same time ensuring a sufficiently high efficiency, which can significantly reduce the pressure pulsations in the pipeline and thereby prevent premature wear of the equipment and the occurrence of noise.

Claims (1)

Устройство для гашения пульсаций давления в трубопроводе, состоящее из корпуса и размещенного в нем упругого элемента, закрепленного по торцам таким образом, что между ними образуется полость, заполненная газом, причем упругий элемент имеет тонкие гибкие участки и выступы, опирающиеся на внутреннюю поверхность корпуса, отличающееся тем, что упругий элемент выполнен из тонкостенного металлического листа, сформированного в виде многогранной призмы.A device for damping pressure pulsations in a pipeline, consisting of a housing and an elastic element placed in it, fixed at the ends in such a way that a cavity filled with gas is formed between them, and the elastic element has thin flexible sections and protrusions resting on the inner surface of the housing, which differs in that the elastic element is made of a thin-walled metal sheet formed in the form of a multifaceted prism.

Images