RU2605686C1

RU2605686C1 - Pressure pulsations damper

Info

Publication number: RU2605686C1
Application number: RU2015138368/06A
Authority: RU
Inventors: Валерий Иванович Реут; Роман Александрович Корнеев
Priority date: 2015-09-08
Filing date: 2015-09-08
Publication date: 2016-12-27

Abstract

FIELD: manufacturing technology.

SUBSTANCE: invention relates to devices for pressure pulsations damping and can be used in pipeline systems of various branches of national economy, in particular, in flow rate measurement. Damper contains in a disassembled body a perforated insert and a conical chamber. Perforated insert is made in the form of two uniformly perforated plates arranged at the inlet and the outlet of the conical chamber with the total free cross-section at outlet holes of 55±8 % of the area of the plates, the perforation is made as convergent holes, before the first upstream the partial flow plate there is a cylindrical chamber installed on flange joints, in the lower generatrix of which there is a tangential inlet of the separated flow.

EFFECT: device enables to stabilize and uniformly distribute pressure of the flow along the discharge pressure multipipe beam.

1 cl, 4 dwg, 1 tbl

Description

Изобретение относится к устройствам для гашения пульсаций давления, его стабилизации и напорного равномерного распределения потока по отводящему пучку труб в трубопроводных транспортных системах различных отраслей народного хозяйства, в частности, в расходометрии для поверки рабочих средств измерения расхода жидкости или газа при распределении входного потока по нескольким потокам с эталонным расходомером в каждом потоке и передаче суммарного эталонного расхода поверяемому по входному расходу расходомеру методом многократных измерений.The invention relates to a device for damping pressure pulsations, its stabilization and pressure uniform distribution of the flow along the exhaust pipe bundle in pipeline transport systems of various sectors of the economy, in particular, in flow metering for checking working means of measuring the flow of liquid or gas when distributing the input stream over several streams with a reference flow meter in each stream and transfer of the total reference flow to the flowmeter verified by the input flow meter using the multiple measurement method erenium.

Известен гаситель пульсаций давления в газопроводе, состоящий из пакета шайб с дросселирующими отверстиями, зафиксированными в корпусе, и полостей между шайбами, в дросселирующих отверстиях на входе выполнены конфузоры с углом при их вершине α=40…80°, а на выходе диффузоры с углом при их вершине β=6…30°, при этом дросселирующие отверстия распределены по радиусу шайб так, что их пропускная площадь формирует профиль скоростей в сечении трубопровода, приближенный к профилю скоростей установившегося стационарного течения среды (Патент RU №2505734, МПК F16L 55/04, F16L 55/027, 2014). Недостатком известного гасителя является сложность конструкции, так как диффузоры в дросселирующих отверстиях при таких конфигурациях обеспечивают решение той же задачи, что и установленный перед ним конфузор - выравнивание эпюры скоростей потока по его сечению при выходе из отверстия, что приводит к неоправданному удорожанию конструкции, в том числе за счет дополнительных металлозатрат на необходимую толщину шайб для установки диффузора и обеспечения соосности конфузора и диффузора. Несоблюдение геометрических параметров, в частности соотношения входного и выходного диаметров конфузора, незакругленность входных и выходных кромок конфузоров и диффузоров, создают завихрение потока, что обусловливает их ограниченную эффективность гашения пульсаций давления.Known pressure pulsation damper in a gas pipeline, consisting of a package of washers with throttling holes fixed in the housing, and cavities between the washers, in the throttling holes at the inlet there are made confusers with an angle at their apex α = 40 ... 80 °, and at the outlet diffusers with an angle at their top β = 6 ... 30 °, while the throttling holes are distributed along the radius of the washers so that their throughput area forms a velocity profile in the pipeline section, close to the velocity profile of the steady-state stationary flow of the medium (Patent RU No. 2505734 , IPC F16L 55/04, F16L 55/027, 2014). A disadvantage of the known damper is the design complexity, since the diffusers in the throttling holes with these configurations provide the solution to the same problem as the confuser installed in front of it — alignment of the flow velocity diagram along its cross section at the exit from the hole, which leads to unjustified rise in the cost of the structure, including including due to additional metal costs for the required thickness of the washers for installing the diffuser and ensuring the alignment of the confuser and the diffuser. Failure to comply with geometric parameters, in particular the ratio of the input and output diameters of the confuser, the lack of roundness of the input and output edges of the confusers and diffusers, creates a swirl of the flow, which causes their limited efficiency of damping pressure pulsations.

Известен стабилизатор давления, содержащий полый цилиндрический корпус с установленными последовательно друг за другом вдоль его продольной оси перегородками, образующими, по меньшей мере, две воздушные камеры-секции, охватывающий с образованием кольцевой предкамеры установленный внутри него коаксиально цилиндрический перфорированный трубопровод, выполненный в виде перфорированных по боковой поверхности стаканов с глухим дном со стороны выходного патрубка, установленных в центре каждой перегородки коаксиально полому цилиндрическому корпусу по направлению основного потока рабочей среды, таким образом, что между ними образованы зазоры I, расположенные в центре воздушных камер-секций и равные 10-20 мм, причем участок подводящего патрубка на входе основного потока рабочей среды, находящийся в полом цилиндрическом корпусе, выполнен в виде перфорированного по боковой поверхности стакана, а перфорационные отверстия на боковой поверхности стаканов расположены рядом с дном стакана (Патент RU №2311584, МПК F16L 55/04, 2007). Недостатком известного устройства является наличие в его конструкции на пути потока рабочей среды неперфорированных элементов, то есть твердых поверхностей, в частности стаканов с глухим дном со стороны выходного патрубка, что обусловливает появление отраженных потоков, пульсаций давления и ограниченную эффективность гашения пульсаций давления.A pressure stabilizer is known, comprising a hollow cylindrical body with baffles installed sequentially one after another along its longitudinal axis, forming at least two air-chamber sections, covering, with the formation of an annular precamera, a coaxially cylindrical perforated pipe installed inside it made in the form of perforated pipes the lateral surface of the glasses with a blank bottom from the side of the outlet pipe installed in the center of each partition coaxially hollow the main body in the direction of the main flow of the working medium, so that between them there are gaps I located in the center of the air chamber sections and equal to 10-20 mm, and the portion of the inlet pipe at the inlet of the main flow of the working medium located in the hollow cylindrical body, made in the form of a perforated cup on the side surface, and perforations on the side surface of the cups are located near the bottom of the cup (Patent RU No. 2311584, IPC F16L 55/04, 2007). A disadvantage of the known device is the presence in its design of non-perforated elements in the path of the working medium flow, that is, solid surfaces, in particular glasses with a blank bottom from the outlet side, which causes the appearance of reflected flows, pressure pulsations and the limited efficiency of suppressing pressure pulsations.

Наиболее близким по технической сущности является гаситель пульсаций давления, содержащий установленную в разборном корпусе с входом и выходом перфорированную вставку, опирающуюся своим фланцем на упругие элементы в виде пружин, расположенных по обе стороны фланца и перемещающихся по направляющим между опорным и прижимным кольцами, и регулировочные винты, перфорированная вставка выполнена конусной, а диаметр ее отверстий уменьшающимся от входа к выходу, между пружинами и фланцем с обеих его сторон установлены прокладки из шумопоглощающего материала, гаситель снабжен толкателями и дополнительным опорным кольцом, опорные кольца установлены с упором в корпус, направляющие закреплены между последними, в корпусе выполнены каналы, а в дополнительном опорном кольце отверстия, в которых установлены пропущенные через уплотнения толкатели, одним концом упирающиеся в прижимное кольцо, а другим в регулировочные винты с навинченными на них контргайками, при этом перфорированная вставка, опорные и прижимные кольца, направляющие, пружины и прокладки собраны в единую кассету (Патент RU №2062940, МПК F16L 55/04, 1996). Недостатком известного гасителя является малая эффективность гашения пульсаций давления, так как колебательные движения конусной вставки вдоль оси корпуса и ее неперфорированные фланцы обусловливают появление отраженных потоков и не обеспечивают структурирование равномерной эпюры давления и скоростей потока для напорного равномерного распределения потока среды по пучку труб.The closest in technical essence is a pressure pulsation damper containing a perforated insert installed in a collapsible housing with inlet and outlet, supported by its flange on elastic elements in the form of springs located on both sides of the flange and moving along the guides between the support and pressure rings, and adjusting screws , the perforated insert is made conical, and the diameter of its holes decreases from entrance to exit, between the springs and the flange on both sides there are gaskets made of sound absorption of the supporting material, the damper is equipped with pushers and an additional support ring, the support rings are mounted abutting in the housing, the guides are fixed between the latter, the channels are made in the housing, and the holes in the additional support ring are equipped with pushers passed through the seals and resting against the pressure ring at one end and others into adjusting screws with lock nuts screwed on them, while the perforated insert, support and pressure rings, guides, springs and gaskets are assembled in a single cartridge (Pa UNT RU №2062940, IPC F16L 55/04, 1996). A disadvantage of the known absorber is the low efficiency of damping pressure pulsations, since the vibrational movements of the conical insert along the axis of the housing and its non-perforated flanges cause the appearance of reflected flows and do not provide for the structuring of a uniform pressure profile and flow rates for a uniform pressure distribution of the medium flow along the tube bundle.

Задачей настоящего изобретения является гашение пульсаций и выравнивание эпюр давления и расхода по сечению потока после его прохождения через конусную камеру для напорного равномерного распределения потока среды по пучку труб.The objective of the present invention is to suppress pulsations and equalize pressure and flow diagrams over the flow cross section after it has passed through the conical chamber for a uniform pressure distribution of the medium flow over the tube bundle.

Поставленная задача решается тем, что гаситель пульсаций давления, содержащий установленную в разборном корпусе перфорированную вставку и конусную камеру, перфорированная вставка выполнена в виде двух равномерно перфорированных пластин, расположенных на входе и выходе конусной камеры, с общим свободным сечением по выходным отверстиям 55±8% от площади пластин, перфорация выполнена конфузорными отверстиями, перед первой по ходу разделяемого потока пластиной расположена цилиндрическая камера, установленная на фланцевых соединениях, в нижней образующей которой установлен тангенциальный ввод разделяемого потока.The problem is solved in that the pressure pulsation damper containing a perforated insert and a conical chamber installed in a collapsible housing, the perforated insert is made in the form of two uniformly perforated plates located at the inlet and outlet of the conical chamber, with a total free cross section of the outlet openings of 55 ± 8% from the area of the plates, the perforation is made with confuser holes, in front of the first plate along the shared flow of the plate there is a cylindrical chamber mounted on flange joints, in bo ttom generator which is mounted the shared tangential inlet flow.

На Фиг. 1 изображена схема гасителя пульсаций давления.In FIG. 1 shows a diagram of a pressure pulsation dampener.

На Фиг. 2 изображен тангенциальный ввод (разрез А-А).In FIG. 2 shows a tangential input (section AA).

На Фиг. 3 изображено конфузорное отверстие (сечение В-В).In FIG. 3 shows a confuser hole (section BB).

На Фиг. 4 изображена схема узла соединения пучка труб с перфорированной пластиной, установленной на выходе конусной насадки (сечение С-С).In FIG. 4 shows a diagram of the node connecting the tube bundle with a perforated plate installed at the outlet of the cone nozzle (section CC).

Гаситель пульсаций давления состоит из разборного корпуса 1 с крышкой 2, включающего цилиндрическую камеру 3 и конусную камеру 4, на входе конусной камеры 4 - перфорированную пластину 5, а на выходе - перфорированную пластину 6 (Фиг. 1). Корпус 1, крышка 2, перфорированные пластины 5, 6 собраны на фланцах 8, 9, 10, 11 с герметизирующими прокладками соответственно 12, 13, 14, 15 с помощью отверстий 16 и схематично непоказанных болтовых соединений. Тангенциальный ввод 17 разделяемого потока (Фиг. 2) размещен в нижней образующей цилиндрической камеры 3. Расстояние вдоль нее от патрубка тангенциального ввода 17 до внутренней поверхности крышки 2, с одной стороны, до внутренней поверхности пластины 5, с другой стороны, составляет не менее двух его внутренних диаметров. При меньшем расстоянии возможно образование вторичных импульсов давления, инициируемых теми локальными векторами скоростей вводимого потока, которые не перпендикулярны оси цилиндрической камеры 3, например, при турбулентном характере движения вводимого потока и отраженных от внутренних поверхностей крышки 2 и пластины 5. При большем расстоянии неоправданно увеличиваются материалоемкость, габариты и стоимость устройства. Диаметр выхода D₁ конусной камеры 4 равен диаметру установленной на ней пластины 6, определяемому присоединительными размерами фланцев 19 отводящего пучка труб 18. Количество труб 18 в отводящем пучке не менее 2-х. Фланцы 19 отводящего пучка труб 18 с герметизирующими прокладками 20 установлены непосредственно на пластине 6 на приваренных к пластине шпильках 21 с помощью отверстий 22 и гаек 23 (Фиг. 4). Диаметр входного сечения конусной камеры 4, диаметр пластины 5 и диаметр цилиндрической камеры 3 имеют одинаковый диаметр D₂, определяемый из соотношения 1,2<D₂/D₁<1,8. Длина L конусной камеры 4 рассчитывается по уравнению L=D₁(D₂/D₁-1)/К, при этом 0,1<К<0,6. Пластины 5, 6 равномерно перфорированы конфузорными отверстиями 7 с диаметрами выхода d₁=8-4 мм и входа d₂ (Фиг. 3). Отверстия с диаметром выхода d₁ менее 4 мм склонны к быстрому засорению, а более 8 мм - увеличивается абсолютная величина неперфорированных участков полотна пластин, что обусловливает появление отраженных потоков, пульсаций давления и ограниченную эффективность гашения пульсаций давления. Диаметр входа отверстий d₂ рассчитывается путем задания 0,2<k<0,7 и последующего вычисления по уравнению d₁(d₂/d₁-1)=b·k с соблюдением условия 1,2<d₂/d₁<1,8. Толщина листа пластины b рассчитывается из условий прочности в условиях эксплуатации гасителя пульсаций. Общее свободное сечение по выходным отверстиям составляет 55±8% от площади пластины. При свободном сечении перфорации пластины более 63% уменьшается гидравлическое сопротивление потоку, что приводит к снижению перепада давления на пластине и снижению эффективности гашения пульсаций давления. При свободном сечении менее 47% увеличивается абсолютная величина неперфорированных участков полотна пластины, что обусловливает появление отраженных потоков. При этом значительно увеличивается гидравлическое сопротивление потоку, затраты на его передвижение, в частности энергетические. Перепад давления на пластине 5 формирует после нее по сечению потока плавную эпюру давления. Для уменьшения вихреобразования острые кромки конфузорных отверстий 7 закруглены с диаметром закругления 1-2 мм.The pressure pulsation damper consists of a collapsible housing 1 with a cover 2, including a cylindrical chamber 3 and a conical chamber 4, a perforated plate 5 at the inlet of the conical chamber 4, and a perforated plate 6 at the outlet (Fig. 1). Housing 1, cover 2, perforated plates 5, 6 are assembled on flanges 8, 9, 10, 11 with sealing gaskets 12, 13, 14, 15, respectively, using holes 16 and schematically not shown bolted connections. The tangential inlet 17 of the shared flow (Fig. 2) is placed in the lower generatrix of the cylindrical chamber 3. The distance along it from the nozzle of the tangential inlet 17 to the inner surface of the cover 2, on the one hand, to the inner surface of the plate 5, on the other hand, is at least two its inner diameters. At a shorter distance, secondary pressure pulses can be generated, which are initiated by those local velocity vectors of the introduced stream that are not perpendicular to the axis of the cylindrical chamber 3, for example, with the turbulent nature of the movement of the introduced stream and reflected from the inner surfaces of the cover 2 and plate 5. At a greater distance, the consumption of materials unreasonably increases , dimensions and cost of the device. The diameter of the outlet D _{1 of the} conical chamber 4 is equal to the diameter of the plate 6 mounted on it, determined by the connecting dimensions of the flanges 19 of the outlet pipe bundle 18. The number of pipes 18 in the outlet pipe is at least 2. The flanges 19 of the outlet bundle of pipes 18 with sealing gaskets 20 are mounted directly on the plate 6 on the studs 21 welded to the plate using holes 22 and nuts 23 (Fig. 4). The diameter of the inlet section of the conical chamber 4, the diameter of the plate 5 and the diameter of the cylindrical chamber 3 have the same diameter D ₂ , determined from the ratio of 1.2 <D ₂ / D ₁ <1.8. The length L of the conical chamber 4 is calculated by the equation L = D ₁ (D ₂ / D ₁ -1) / K, with 0.1 <K <0.6. The plates 5, 6 are uniformly perforated with confuser holes 7 with diameters of the outlet d ₁ = 8-4 mm and the inlet d ₂ (Fig. 3). Holes with an exit diameter d _{1 of} less than 4 mm are prone to rapid clogging, and more than 8 mm increases the absolute value of the non-perforated sections of the plate web, which causes the appearance of reflected flows, pressure pulsations and the limited efficiency of damping pressure pulsations. The diameter of the inlet of the holes d _{2 is} calculated by setting 0.2 <k <0.7 and subsequent calculation according to the equation d ₁ (d ₂ / d ₁ -1) = b · k subject to the condition 1.2 <d ₂ / d ₁ < 1.8. The plate thickness b of the plate is calculated from the strength conditions under the operating conditions of the pulsation dampener. The total free section at the outlet is 55 ± 8% of the plate area. With a free section of the plate perforation of more than 63%, the hydraulic resistance to flow decreases, which leads to a decrease in the pressure drop across the plate and a decrease in the efficiency of damping pressure pulsations. With a free cross section of less than 47%, the absolute value of the non-perforated sections of the plate web increases, which causes the appearance of reflected flows. This significantly increases the hydraulic resistance to the flow, the cost of its movement, in particular energy. The pressure drop on the plate 5 forms a smooth pressure curve after it along the flow cross section. To reduce vortex formation, the sharp edges of the confuser holes 7 are rounded with a diameter of 1-2 mm.

Поток рабочей среды с заданным расходом подается насосом (компрессором) по патрубку 17 в цилиндрическую камеру 3. При входе рабочей среды через патрубок 17, пульсации давления, преодолевая сопротивление среды, гасят свою энергию в кольцевой зоне, перпендикулярной оси симметрии цилиндрической камеры 3, что значительно снижает пульсации потока вдоль ее оси. Перепад давления на пластине 5 формирует после нее по сечению потока плавные эпюры давления и расхода по сечению потока. Перепад давления на пластине 6 выравнивает эпюры давления и расхода по сечению потока за конусной камерой 4 для напорного равномерного распределения потока по пучку труб 18.The flow of the working medium with a given flow rate is supplied by the pump (compressor) through the pipe 17 to the cylindrical chamber 3. When the working medium enters through the pipe 17, pressure pulsations, overcoming the resistance of the medium, quench their energy in the annular zone perpendicular to the axis of symmetry of the cylindrical chamber 3, which is significantly reduces ripple flow along its axis. The pressure drop on the plate 5 forms after it along the flow section smooth plots of pressure and flow over the flow section. The differential pressure on the plate 6 aligns the pressure and flow diagrams over the flow cross-section behind the conical chamber 4 for uniform pressure distribution of the flow along the tube bundle 18.

Оценка распределения расхода воды по отводящему напорному пучку труб проведена следующим образом. На входе и выходе конусной камеры 4 устанавливают пластины 5 и 6 с общим свободным сечением по выходным отверстиям 46,6% от площади каждой пластины. На пластине 6 гасителя пульсаций давления на герметизирующих прокладках 20 установлены параллельно три трубы DN 50. Каждая труба в отводящем пучке 18 снабжена эталонным расходомером, установленным на расстоянии 10 диаметров трубы от пластины 6 и имеющим в диапазоне расхода от 46,5 до 51,5 м³/час постоянный коэффициент преобразования. Через тангенциальный ввод 17 непрерывно подают воду под давлением. Номинальный расход воды на входе в гаситель пульсаций давления 150 м³/час. Аналогично проводят оценку распределения расхода воды по отводящему напорному пучку труб с общим свободным сечением по выходным отверстиям перфорированных пластин 5 и 6 равным 52,3%, 58,6% и 63,4% от площади пластин. Показания эталонных расходомеров приведены в таблице 1.Estimation of the distribution of water flow in the discharge pressure tube bundle is carried out as follows. At the inlet and outlet of the conical chamber 4, plates 5 and 6 are installed with a total free section at the exit openings of 46.6% of the area of each plate. Three pipes DN 50 are installed in parallel on the pressure pulsation damper plate 6 on the sealing gaskets 20. Each pipe in the outlet beam 18 is equipped with a reference flow meter installed at a distance of 10 pipe diameters from the plate 6 and having a flow range from 46.5 to 51.5 m ³ / hour constant conversion factor. Through the tangential inlet 17, water is continuously supplied under pressure. The nominal water flow rate at the inlet to the pressure pulsation damper is 150 m ³ / h. Similarly, the distribution of water flow over the discharge pressure tube bundle with a total free cross section at the outlet of the perforated plates 5 and 6 is estimated to be 52.3%, 58.6% and 63.4% of the plate area. The indications of the reference flow meters are shown in table 1.

Гаситель пульсаций давления в таком конструктивном исполнении позволяет стабилизировать и равномерно распределить давление и расход потока по отводящему напорному пучку труб.The pressure pulsation dampener in this design allows you to stabilize and evenly distribute the pressure and flow rate over the discharge pressure pipe bundle.

Claims

Гаситель пульсаций давления, содержащий установленную в разборном корпусе перфорированную вставку и конусную камеру, отличающийся тем, что перфорированная вставка выполнена в виде двух равномерно перфорированных пластин, расположенных на входе и выходе конусной камеры, с общим свободным сечением по выходным отверстиям 55±8% от площади пластин, перфорация выполнена конфузорными отверстиями, перед первой по ходу разделяемого потока пластиной расположена цилиндрическая камера, установленная на фланцевых соединениях, в нижней образующей которой установлен тангенциальный ввод разделяемого потока. A pressure pulsation damper containing a perforated insert and a conical chamber installed in a collapsible housing, characterized in that the perforated insert is made in the form of two uniformly perforated plates located at the inlet and outlet of the conical chamber, with a total free section of the outlet openings 55 ± 8% of the area plates, the perforation is made with confuser holes, in front of the first plate in the direction of the divided flow, there is a cylindrical chamber mounted on flange joints in the lower generatrix which sets the tangential input of the shared stream.