Демпфер пульсаций давления (ДПД) (ВАРИАНТЫ)
PRESSURE PULSATION DAMPER (PPD) (VARIANTS)

Изобретение относится к трубопроводному транспорту и может быть использовано на предприятиях коммунального хозяйства и в нефтехимической промышленности для улучшения эксплуатационных характеристик трубопроводов путем ликвидации пульсаций давления при транспортировании жидких и газообразных продуктов.
Известным является гаситель колебаний давления в трубопроводах, в корпусе которого с входным и выходным патрубками размещены участок трубопровода и примыкающие к его торцам пористые дросселирующие элементы, образующие с полостью корпуса и наружной поверхностью участка трубопровода демпфирующую камеру. Участок трубопровода выполнен в виде, по крайней мере, двух концентрично установленных одна в другой труб, изготовленных из материалов с различными коэффициентами линейного расширения. Пористый дросселирующий элемент выполнен из эластичного материала (Авторское свидетельство СССР №773377, кл. F16L 55/04, опубл. 23.10.1980, Б.И. №39).
В известном гасителе колебаний давления в трубопроводах гашение происходит за счет преобразования энергии жидкости в энергию деформации эластичного пористого дросселирующего элемента. Недостатки гасителя - требуется повышенная прочность дросселирующего элемента в местах сопряжения с концентрично установленными одна в другой труб; малый срок службы эластичного материала, который в данном устройстве работает на растяжение; малая эффективность гашения пульсаций давления, так как ядро потока не подвергается воздействию дросселирующего элемента; применение материалов с различными коэффициентами линейного расширения приводит к образованию коррозионной пары, что отрицательно сказывается на работе всего трубопровода.
Прототипом предлагаемого демпфера пульсаций давления может служить демпфер пульсаций давления, содержащий полый цилиндрический корпус с коническим входным и выходным участками, установленный по оси трубопровода, внутри которого размещен пористый дросселирующий элемент, при этом демпфер снабжен двумя пружинами конической формы, закрепленными меньшими основаниями на дросселирующем элементе, большими - между цилиндрическими и коническими участками корпуса, а дросселирующий элемент выполнен в виде пакета сеток (Авторское свидетельство СССР на изобретение №1725007, кл. F16L 55/055, F16L 55/04, опубл. 04.07.1992 г., Б.И. №13).
Недостатком данного демпфера пульсаций давления является сложная конструкция, достаточно высокая материалоемкость, низкие эффективность демпфирования колебаний давления и эксплуатационная надежность в части компенсации температурных деформаций трубопровода, и отсутствие функциональных возможностей в части визуальной индикации демпфирования пульсаций давления.
Технической задачей является создание первого варианта конструктивного исполнения демпфера пульсаций давления, обладающего более высокой технологичностью за счет более простой конструкции и более низкой материалоемкостью при обеспечении высокой эффективности демпфирования колебаний давления, а также повышение эксплуатационной надежности в части компенсации температурных деформаций трубопровода, и расширение функциональных возможностей в части визуальной индикации демпфирования пульсаций давления.
Техническим результатом конструктивного исполнения устройства является более простая конструкция и более низкая материалоемкость при обеспечении высокой эффективности демпфирования колебаний давления.
Дополнительный технический результат так же заключается в повышении технологичности за счет снижении материалоемкости и повышении эффективности демпфирования колебаний давления.
Повышение технологичности путем упрощения конструкции и снижения материалоемкости при обеспечении высокой эффективности демпфирования колебаний давления достигается тем, что в демпфере пульсаций давления, содержащем установленный по оси трубопровода, полый цилиндрический корпус с коническими входным и выходным участками, размещенный внутри цилиндрического корпуса, пористый дросселирующий элемент, и возможностью размещения, связанных с корпусом с возможностью закрепления, двух упругих элементов конической формы, при этом корпус выполнен в виде полого цилиндра с круглым поперечным сечением и открытыми торцами, по длине которого выполнена внутренняя винтовая резьба, причем входной и выходной участки выполнены в виде двух упругих конических осевых сильфонов с поперечно расположенными гофрами, при этом сильфоны закреплены большими основаниями по периметрам оппозитных торцов цилиндра, а дросселирующий элемент выполнен в виде диска с проходными каналами и наружной винтовой резьбой, установленного в цилиндре с образованием винтового резьбового соединения.
Для повышения технологичности путем снижения материалоемкости при обеспечении высокой эффективности демпфирования колебаний давления проходные каналы выполнены с круглыми поперечными сечениями, а изнутри каждого из проходных каналов выполнена винтовая нарезка для закрутки потока.
Для повышения эффективности демпфирования колебаний давления за счет рассеивания пульсаций давления при турбулизации потоков демпфер снабжен дополнительным диском с проходными каналами и наружной винтовой резьбой, при этом дополнительный диск установлен в цилиндре с образованием винтового резьбового соединения и зазора с упомянутым диском, каналы которого на просвет перекрыты промежутками между каналами дополнительного диска, причем величина зазора между дисками не превышает диаметра выходного отверстия канала упомянутого диска.
Сущность первого варианта конструктивного исполнения заявляемого технического решения поясняется чертежом: на фиг. 1 схематически изображен демпфер пульсаций давления (разрез).
Демпфер пульсаций давления содержит корпус в форме полого цилиндра 1, входной и выходной участки, выполненные в виде двух упругих конических осевых сильфонов 2 с поперечно расположенными гофрами, дросселирующий элемент в виде диска 3 с проходными каналами 4 и наружной винтовой резьбой, дополнительный диск 5 с проходными каналами 6 и наружной винтовой резьбой и трубопровод 7.
Демпфер пульсаций давления работает следующим образом.
Поступающие на вход демпфера пульсации давления частично теряют свою энергию при прохождении через входной сильфон 2, представляющий собой диффузор, за счет увеличения площади поперечного сечения потока (на фиг 1). Далее поток воздействует на диск 3 с дросселирующими проходными каналами 4, проходит через них и попадает в выходной сильфон 2, являющийся по отношению к потоку и конфузором. Здесь происходит слияние струй и формирование единого потока транспортируемой жидкости. При воздействии потока на диск 3 происходит перемещение полого цилиндра 1 и растяжение входного, и сжатие выходного сильфонов 2. По длине полого цилиндра 1 с круглым поперечным сечением и открытыми торцами выполнена внутренняя винтовая резьба (не показана на чертеже), а на диске 3 выполнена наружная винтовая резьба (не показана на чертеже), при этом диск 3 установлен в цилиндре 1 с образованием винтового резьбового соединения. Сильфоны 2 закреплены большими основаниями по периметрам оппозитных торцов цилиндра 1. Кроме того, прохождение потока жидкости через демпфер пульсаций давления будет сопровождаться повышением степени турбулизации потока за счет изменения сечения канала, прохождения жидкости через проходные каналы 4 диска 3 и слияния струй в выходном сильфоне 2. При прекращении действия пульсации давления цилиндр 1 вместе с диском 3 возвратятся в исходное положение под давлением упругих сильфонов 2. Пульсация давления поступает по участку трубопровода 7 во входной сильфон 2. В нем происходит частичное торможение потока жидкости за счет увеличения площади поперечного сечения канала и потеря части энергии пульсации. При прохождении жидкости через входной сильфон 2 происходит турбулизация потока. Под действием скоростного напора потока, определяемого его скоростью, происходит осевое перемещение цилиндра 1 с диском 3 и растяжение входного сильфона 2 и, сжатие выходного сильфона 2. Одновременно происходит потеря части энергии пульсации давления на преодоление проходных каналов 4 диска 3 и на деформацию сильфонов 2. Далее поток жидкости из выходного сильфона 2 поступает в участок трубопровода 7. Перемещение диска 3 под действием пульсаций давления приводит к уменьшению частоты энергонесущих вихрей, и к независимости степени турбулентности от скорости потока жидкости. Уменьшение энергонесущих вихрей приводит к сглаживанию возмущений, вызванных входной пульсацией давления. Выполнение проходных каналов 4 диска 3 круглой формы и винтовыми нарезками в каналах 4 для закрутки потоков (не показаны на чертеже) так же приводит к повышению эффективности демпфирования колебаний давления. Для повышения эффективности демпфирования колебаний давления за счет рассеивания пульсаций давления при турбулизации потоков внутренние винтовые нарезки проходных каналов 4 должны иметь одинаково направленные винтовые образующие линии, причем выходные отверстия каналов 4 должны быть выполнены с одинаковыми диаметрами, а расстояния между выходными отверстиями смежных каналов 4 не должны превышать величину радиуса выходного отверстия. Для повышения эффективности демпфирования колебаний давления за счет рассеивания пульсаций давления при турбулизации потоков демпфер может быть снабжен дополнительным диском 5 с проходными каналами 6 и наружной винтовой резьбой, при этом дополнительный диск 5 должен быть установлен в цилиндре 1 с образованием винтового резьбового соединения и зазора с упомянутым диском 3, каналы которого на просвет должны быть перекрыты промежутками между каналами 6 дополнительного диска 5, причем величина зазора между дисками 3 и 5 не должна превышает диаметра выходного отверстия канала 4 диска 3. Конструкция демпфера пульсаций давления обладает более высокой эксплуатационной надежностью в части компенсации температурных деформаций трубопровода 7 и более широкими функциональными возможностями в части визуальной индикации демпфирования пульсаций давления.
Технической задачей является создание второго варианта конструктивного исполнения демпфера пульсаций давления, обладающего более высокой технологичностью за счет более простой конструкции и более низкой материалоемкостью при обеспечении высокой эффективности демпфирования колебаний давления, а также повышение эксплуатационной надежности в части компенсации температурных деформаций трубопровода, и расширение функциональных возможностей в части визуальной индикации демпфирования пульсаций давления.
Техническим результатом конструктивного исполнения устройства является более простая конструкция и более низкая материалоемкость при обеспечении высокой эффективности демпфирования колебаний давления.
Повышение технологичности путем упрощения конструкции и снижения материалоемкости при обеспечении высокой эффективности демпфирования колебаний давления достигается тем, что в демпфере пульсаций давления, содержащем установленный по оси трубопровода полый цилиндрический корпус с коническими входным и выходным участками, и возможностью размещения в корпусе дросселирующих элементов, и связанных с корпусом с возможностью закрепления на дросселирующих элементах, двух упругих элементов конической формы, при этом корпус выполнен в виде полого цилиндра с торцевыми основаниями, в которых расположены проходные каналы для дросселирования потока, а входной и выходной участки выполнены в виде двух упругих конических осевых сильфонов с поперечно расположенными гофрами, при этом сильфоны закреплены большими основаниями по периметрам торцевых оснований цилиндра.
Повышение эффективности демпфирования колебаний давления за счет рассеивания пульсаций давления при турбулизации потоков достигается тем, что в демпфере проходные каналы одного торцевого основания на просвет перекрыты промежутками между проходными каналами другого торцевого основания.
Повышение эффективности демпфирования колебаний давления за счет рассеивания пульсаций давления при турбулизации потоков достигается тем, что в демпфере величина зазора между торцевыми основаниями не превышает 0,1 радиуса цилиндра.
Сущность второго варианта конструктивного исполнения заявляемого технического решения поясняется чертежом: на фиг. 2 схематически изображен демпфер пульсаций давления (разрез).
Демпфер пульсаций давления содержит корпус, выполненный в виде полого цилиндра 8 с торцевыми основаниями 9, в которых расположены проходные каналы 10 для дросселирования потока, входной и выходной участки, выполненные в виде двух упругих конических осевых сильфонов 11 с поперечно расположенными гофрами и трубопровод 12.
Демпфер пульсаций давления работает следующим образом.
Поступающие на вход демпфера пульсации давления частично теряют свою энергию при прохождении через входной сильфон 11, представляющий собой диффузор, за счет увеличения площади поперечного сечения потока (на фиг. 2). Далее поток воздействует на цилиндр 8 с торцевыми основаниями 9, в которых расположены проходные каналы 10 для дросселирования потока, проходит через каналы 10 и попадает в выходной сильфон 11, являющийся по отношению к потоку и конфузором. Здесь происходит слияние струй и формирование единого потока транспортируемой жидкости. При воздействии потока на цилиндр 8 происходит перемещение полого цилиндра 8 и растяжение входного, и сжатие выходного сильфонов 11. Сильфоны 2 закреплены большими основаниями по периметрам оппозитных торцевых оснований цилиндра 8. Кроме того, прохождение потока жидкости через демпфер пульсаций давления будет сопровождаться повышением степени турбулизации потока за счет изменения сечения канала, прохождения жидкости через проходные каналы 10 торцевых оснований 9 цилиндра 8 и слияния струй в выходном сильфоне 11. При прекращении действия пульсации давления цилиндр 8 возвращается в исходное положение под давлением упругих сильфонов 11. Пульсация давления поступает по участку трубопровода 12 во входной сильфон 11. В нем происходит частичное торможение потока жидкости за счет увеличения площади поперечного сечения канала и потеря части энергии пульсации. При прохождении жидкости через входной сильфон 11 происходит турбулизация потока. Под действием скоростного напора потока, определяемого его скоростью, происходит осевое перемещение цилиндра 8 и растяжение входного сильфона 11 и, сжатие выходного сильфона 11. Одновременно происходит потеря части энергии пульсации давления на преодоление проходных каналов 10 в торцевых основаниях 9 и на деформацию сильфонов 11. Далее поток жидкости из выходного сильфона 11 поступает в участок трубопровода 12. Перемещение цилиндра 8 под действием пульсаций давления приводит к уменьшению частоты энергонесущих вихрей, и к независимости степени турбулентности от скорости потока жидкости. Уменьшение энергонесущих вихрей приводит к сглаживанию возмущений, вызванных входной пульсацией давления. Для повышения эффективности демпфирования колебаний давления за счет рассеивания пульсаций давления при турбулизации потоков проходные каналы 10 одного торцевого основания 9 на просвет перекрыты промежутками между проходными каналами 10 другого торцевого основания 9, причем величина зазора между торцевыми основаниями 9 не превышает 0,1 радиуса цилиндра 8. Конструкция демпфера пульсаций давления обладает более высокой эксплуатационной надежностью в части компенсации температурных деформаций трубопровода 12 и более широкими функциональными возможностями в части визуальной индикации демпфирования пульсаций давления.