ГИДРОМЕХАНИЧЕСКОЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПЛАВНОЙ НАГРУЗКИ ГИДРАВЛИЧЕСКОЙ СИСТЕМЫ
HYDROMECHANICAL DEVICE TO SMOOTHLY LOAD HYDRAULIC SYSTEM

Изобретение относится к гидравлике, в частности к устройствам для плавного изменения нагрузки гидравлических систем, и может быть использовано в системах водоснабжения и/или отопления, в частности, в отопительных системах, оснащенных вихревыми теплогенераторами, а также в других областях техники, в которых эксплуатируются гидравлические системы, например, при перекачке жидких растворов и/или эмульсий, суспензий, гелей, продуктов нефтехимии или жидких пищевых субстанций, таких как молочные продукты или соки.
Предлагаемое устройство предназначено для непрерывного управления без участия человека плавной нагрузкой гидравлической системы при ее включениях, что особенно важно в системах, работающих в режиме «старт-стоп» с короткими интервалами времени, наиболее тяжелом для трубопроводов, а также электродвигателей насосов.
Известны гидромеханические устройства для плавной нагрузки гидравлической системы (авт. св. СССР №№84437, 723267, 752100, 1281802; патент РФ №2339847; патент США №4108418 и др.).
Из известных устройств наиболее близким аналогом к предлагаемому является «Гидромеханическое устройство для плавной нагрузки гидравлической системы» (патент РФ №2339847, F04B 49/00, 2007), которое и выбрано в качестве прототипа.
Известное устройство содержит насос, трубопровод, запорно-регулировочную арматуру, включающую жиклер, регулятор скорости открытия запорно-регулировочной арматуры с обратным клапаном, гидромеханический привод запорно-регулировочной арматуры, включающий мембранную камеру и передаточный механизм.
Известное устройство обеспечивает плавный пуск гидравлической системы с исключением возможности возникновения больших гидродинамических нагрузок на гидравлическую систему - гидроудара.
Гидроудар возникает при резком открытии крана, либо, также при резком подключении гидравлического насоса. Обычно гидроудар представляет собой серию затухающих скачков давления. Так, например, в системе городского водоснабжения обычно гидроудар выглядит следующим образом.
В первые 10-15 секунд давление скачет от 0 до 8 атм  (при нормальном давлении 4 атм). Далее амплитуда колебаний идет на убыль, и полное затухание происходит примерно в течение 30-60 секунд.
Данное явление стало особенно актуальным в России при массовом использовании шаровых кранов вместо вентильных кранов.
В вентильных кранах открытие происходит вращением вентиля. Таким образом, открытие/закрытие происходит постепенно, что предотвращает возникновение гидроударов. Однако данный тип кранов из-за своих плохих эксплуатационных характеристик (наличию протечек, быстрому износу прокладок, стукам и скрипам) повсеместно вытесняется шаровыми кранами.
В шаровом кране запирание/открытие происходит поворотом шаровидной полусферы. Конструктивной особенностью данной конструкции является быстрое открытие/закрытие, что приводит к гидроудару и превышению давления в гидравлических сетях.
Возникновение частых гидроударов и превышение давления приводят к:
- использованию трубопроводов с избыточным запасом прочности, что отражается на их цене;
- быстрому износу труб и элементов сети (так, например, металлопластиковые трубы со сроком эксплуатации 50-60 лет приходят в негодность через 25-35 лет);
- учащению аварий на водопроводах.
Основными недостатками известного устройства, выбранного в качестве прототипа, являются громоздкость, наличие многих деталей, в том числе и ненадежных, таких как мембрана, что сильно усложняет конструкцию, понижает надежность и увеличивает ее стоимость. Все это снижает эффективность известного устройства.
Технической задачей изобретения является повышение эффективности гидромеханического устройства для плавной нагрузки гидравлической системы путем гашения гидроудара и сброса воды при избыточном давлении за счет использования более надежных и простых конструктивных решений, что значительно удешевляет конструкцию, делая ее более долговечной.
Поставленная задача решается тем, что гидромеханическое устройство для плавной нагрузки гидравлической системы, содержащее, в соответствии с ближайшим аналогом, корпус и пружину, отличается от ближайшего аналога тем, что оно снабжено поршнем, патрубком и резиновыми кольцами, причем в корпусе установлен поршень, к которому прикреплена пружина, уплотнение поршня в корпусе обеспечивается резиновыми кольцами, под действием давления воды в сети и пружины поршень перемещается в корпусе с возможностью открытия и закрытия протока воды и сброса излишнего давления воды в сети.
Структурная схема гидромеханического устройства для плавной нагрузки гидравлической системы представлена на фиг. 1, где введены следующие обозначения:
1 - корпус;
2 - поршень;
3 - пружина;
4 - резиновые кольца;
5 - патрубок.
Гидромеханическое устройство для плавной нагрузки гидравлической системы работает следующим образом.
Когда нет давления в гидросистеме, устройство находится в закрытом положении - под действием пружины 3 поршень 2 закрывает канал протока воды через устройство (фиг. 1, а).
При подаче давления в гидросистему под действием давления воды в сети поршень 2 плавно открывает проток, переходя в открытое состояние (фиг. 1, б).
Плавность движения обеспечивается пружиной 3 и трением поршня 2 о резиновые уплотнения 4. Таким образом, даже при резком возрастании давления, открытие протока через амортизационное устройство будет плавным, что предотвращает появление гидроудара.
При установлении рабочего (номинального) давления в гидросистеме, устройство находится в Открытом состоянии - поршень 2 под давлением воды полностью открывает проток через устройство (фиг. 1, б).
При превышении водой заданного уровня, устройство находится в положении Закрытия протока - поршень 2 перемещается в крайнее положение и перекрывает проток (фиг. 1, в).
Перекрытие протока осуществляется плавно (за счет пружины 3 и трения о прокладки 4), что позволяет при незначительном превышении давления, за счет уменьшения канала протока, поддерживать в гидросистеме за устройством нормальное давление.
При превышении давления в гидросистеме выше определенного уровня устройство, помимо запирания протока, производит сброс излишнего давления - поршень 2 открывает слив через патрубок 5 (фиг. 1, в).
При снижении давления в гидросистеме устройство переходит соответственно в Открытое состояние (при нормальном давлении) и Закрытое состояние (при отсутствии давления в гидросистеме) - пружина 3 перемещает поршень 2 в соответствующее положение.
Таким образом, предлагаемое устройство, по сравнению с прототипом и другими техническими решениями аналогичного назначения, обеспечивает повышение эффективности гидромеханического устройства для плавной нагрузки гидравлической системы. Это достигается гашением гидроудара и сбросом воды при избыточном давлении за счет использования более надежных и простых конструктивных решений, что значительно удешевляет конструкцию, делая ее более долговечной.
Предлагаемое конструктивное решение позволяет получить не только амортизирующее (гасящее) устройство, но и на его основе объединить с запорным устройством, предохраняющим водопровод от скачков давления.
Ввиду простоты механизма предлагаемое устройство довольно дешево и ремонтопригодно. Также визуально можно проследить его исправность. Для данного устройства не требуется подвод электричества.
Также конструктивной особенностью предлагаемого устройства является то, что пружинный механизм находится снаружи трубопровода, что обеспечивает:
- надежную работу, так как он не будет ржаветь и засоряться примесями в воде (особенно актуально при работе на трубопроводах с технической водой);
- повышенную ремонтопригодность устройства;
- визуальный контроль над работой устройства;
- использование дешевых и долговечных стальных пружин.
Также преимуществами предлагаемого устройства являются более низкая цена и существенно больший срок эксплуатации. Стоимость предлагаемых амортизационно-запорных систем составляет 500-1000 рублей при сроке эксплуатации 20 лет.