КОМПЕНСАТОР ГИДРАВЛИЧЕСКОГО УДАРА ДЛЯ СЧЕТЧИКОВ ТОПЛИВА ТРАНСПОРТНЫХ СРЕДСТВ

Полезная модель относится к средствам пневмогидравлической техники или к трубопроводной арматуре и может быть использована для защиты гидро- и пневмосистем, в частности, их узлов и элементов и особенно счетчиков, от гидравлического удара и колебаний давления и расхода при перекачивании рабочей среды насосами, в том числе, и топливными в топливных системах двигателей транспортных средств.
Известно устройство для гашения гидравлических ударов, которое содержит проточный корпус, установленный внутри защищаемого трубопровода, а также соосно размещенные в корпусе сопло и последовательно соединенные диффузор и конфузор. Устройство содержит внешнюю (за пределами трубопровода) вспомогательную емкость, связанную с упомянутым корпусом посредством трубки. Возле диффузора установлена насадка, которая содержит механизм управления в виде поворотного элемента с аэродинамическим профилем, направленным вдоль потока, и снабженного двумя упорами. Это устройство используется в трубопроводах. При установившемся режиме водоразбора корпус через дополнительную трубку постоянно забирает из вспомогательной емкости определенное количество воды. При остановке насосного агрегата, образовавшаяся волна, встречается с дополнительной трубкой, и часть воды возвращается во вспомогательную емкость, где волна теряет большую часть своей энергии [см. патент России №2111405 по классу F16L 55/04 опубликованный 20.05.1998 года].
Основным недостатком этого устройства является сложность и нерациональность его конструкции, обусловленные необходимостью размещения одной части устройства в защищаемом трубопроводе, а второй - снаружи. Кроме того, эксплуатация этого устройства вынуждает постоянно подпитывать вспомогательную емкость водой, что, в свою очередь, обеспечивать дополнительной системой водоснабжения само устройство. При монтаже устройства на трубопроводе возникает необходимость в нарушении его целостности для размещения внутри части устройства. Все это создает определенные неудобства и приводит к существенному повышению затрат на монтаж и эксплуатацию известного устройства для гашения гидравлического удара.
Этот недостаток устранен в устройстве для гашения гидроудара, которое содержит корпус, и размещенные в нем нормально открытый клапан, выполненный в виде
поворотных неперфорированных заслонок, соединенных между собой посредством упругой связи и демпфирующих элементов, установленных в корпусе одна перед клапаном и другая - после клапана, при этом демпфирующие элементы выполнены в виде неподвижного профилированного сердечника с кольцевыми канавками и опорным элементом, упорных элементов в виде упорных ребер жесткости и поворотных профилированных и перфорированных лепестков, связанных шарнирно с сердечником. Шарниры размещены в канавках, лепестки соединены между собой упругим элементом. При этом лепестки демпфирующих элементов установлены до и после клапана и могут иметь различную величину перфорации, а угол наклона лепестков демпфирующих устройств в исходном положении может быть меньше или равен углу наклона заслонок в их исходном положении. При возникновении гидроудара, волна повышенного давления на его фронте раскрывает лепестки демпфирующего элемента, установленного перед клапаном, преодолевая сопротивление упругого элемента. Раскрытые перфорированные лепестки гасят пиковые нагрузки давления возмущенной среды. Далее волна повышенного давления закрывает поворотные заслонки клапана, и повышенное давление в отсеченной зоне перед клапаном продолжает гаситься перфорированными лепестками, причем фиксирование лепестков в раскрытом положении интенсифицирует процесс рассеивания энергии и затрачивания энергии потока на складывание лепестков и перевод их в исходное положение. Одновременно в зоне за клапаном происходит движение жидкости по инерции, при этом за счет проскочившей части энергии потока раскрываются перфорированные лепестки демпфирующего элемента, установленного за клапаном, что ведет к дальнейшему рассеиванию энергии потока до приемлемого уровня [см. патент России №2031300 по классу F16L 55/04 опубликованный 20.03.1995 года].
Основным недостатком этого устройства для гашения гидравлического удара, наряду с его чрезмерной сложностью и большой номенклатурой миниатюрных деталей, является его высокая инерционность, обусловленная возможностью проскока части энергии потока через клапан, что недопустимо для некоторых приборов, устанавливаемых в гидросистему, особенно счетчиков, устанавливаемых в топливную систему жидкостных двигателей транспортных средств.
Наиболее близким по своей сущности и достигаемому эффекту, принимаемым за прототип, является компенсатор гидравлического удара, который состоит из центрального перфорированного трубопровода, охваченного упругой мембраной, с присоединительными патрубками или штуцерами и охватывающей его демпфирующей камеры, которая выполнена в виде цилиндрической трубки из эластичного материала,
охваченной жестким корпусом большего диаметра, заполненного в кольцевом пространстве между ним и трубкой, вкладышами из упругого материала, выполненными в виде колец с распределенными по их поверхности выемками в виде кольцевых, либо радиальных, либо спиральных канавок или углублений произвольной формы и/или по их объему полостями в виде продольных или радиальных проточек, а также вкладыши разделены кольцами меньшего диаметра, образующих кольцевые канавки. При резком повышении давления рабочей среды, она, через перфорационные отверстия в трубопроводе, разрывает упругую мембрану, и волна давления гасится за счет диссипации энергии на перфорационных отверстиях, а также вследствие податливости трубки и вкладыша из упругого материала, который под воздействием волны давления выдавливается в выемки или полости [см. патент России №2144641 по классу F16L 55/04 опубликованный 20.01.2000 года].
Основным недостатком известного компенсатора гидравлического удара является одноразовость его использования из-за разрыва мембраны вследствие давления среды в момент гашения гидравлического удара значительной силы.
Вторым недостатком известного компенсатора гидравлического удара является не эффективность использования его отдельных частей, в частности, вкладышей, при небольшой силе гидравлического удара, поскольку в этом случае мембрана не разрывается и доступ к вкладышам отсутствует.
Третьим недостатком известного компенсатора гидравлического удара является нетехнологичность изготовления его конструкции. Этот недостаток обусловлен необходимостью использования специальных литьевых форм для изготовления вкладышей, которые имеют нестандартную конструкцию. Кроме того, поскольку вкладыши имеют различные виды канавок и выемок, нужны, соответственно, и разные литьевые формы, а это, в свою очередь, отражается в худшую сторону на себестоимости компенсатора
В основу полезной модели поставлена задача упрощение конструкции компенсатора гидравлического удара с одновременным повышением его эксплуатационных характеристик, в частности, срока службы и нечувствительности к мощности гидравлического удара, за счет отсутствия разрушаемых при ударе элементов конструкции компенсатора и постоянной готовности вкладышей к гашению удара путем обеспечения постоянного смывания их текучей рабочей средой и многократного изменении направления движения последней.
Решение поставленной задачи достигается тем, что в известном компенсаторе гидравлического удара, который состоит из центрального трубопровода с
присоединительными патрубками или штуцерами и охватывающей его демпфирующей камеры, которая выполнена в виде цилиндрической жесткого корпуса большего диаметра, заполненного в кольцевом пространстве между ним и трубкой, вкладышами из упругого материала, согласно предложению, внутри корпуса, на всю его длину, расположен цилиндрический патрубок, разделяющий радиально кольцевую полость демпфирующей камеры на две равные части, заполненные вкладышами в форме шариков из упругого материала, а также торцы цилиндрического патрубка закрыты перфорированными крышками, диаметр которых равен внутреннему диаметру демпфирующей камеры, а внутри центрального трубопровода установлена заглушка для изменения направления движения потока рабочей среды. В другом варианте исполнения компенсатора гидравлического удара, упомянутая заглушка установлена на выходном торце центрального трубопровода, в котором возле этого же его торца выполнены радиальные отверстия для выхода рабочей среды в компенсационную камеру. Первый вариант исполнения компенсатора обеспечивает параллельное протекание рабочей среды несколькими потоками, второй вариант - последовательное прохождение рабочей средой всех полостей компенсатора.
Благодаря изменению направления движения потока рабочей среды, она постоянно взаимодействует с вкладышами, которыми заполнена демпфирующая камера. В случае появления гидравлического удара, волна давления гасится за счет диссипации энергии на перфорационных отверстиях, а также вследствие упругого сжатия вкладышей. Регулирование диапазона частот гасимых волн и степени снижения их амплитуды достигается варьированием размерами упругих шариков и их жесткости. Выполнение вкладышей в виде упругих шариков предельно упрощает их конструкцию, а также позволяет использовать только одну конструкцию вкладышей.
Сущность полезной модели поясняется иллюстрационным материалом, на котором изображено следующее: фиг.1 - предложенный компенсатор гидравлического удара, вариант с параллельным движением нескольких потоков рабочей среды, продольный разрез; фиг.2 - тоже самое, вариант с последовательным движением потока рабочей среды. Стрелками показано направление движения топлива.
Предложенный компенсатор гидравлического удара (вариант, изображенный на фиг.1) состоит из центрального трубопровода 1 и охватывающей его демпфирующей камеры, которая выполнена в виде цилиндрической жесткого корпуса 2 большего диаметра. Торцы цилиндрической жесткого корпуса 2 закрыты крышками 3 с присоединительными штуцерами 4 (как вариант, крышки 3 могут быть выполнены в виде
присоединительных патрубков). Внутри цилиндрической жесткого корпуса 2, на всю его длину, расположен цилиндрический патрубок 5, разделяющий радиально кольцевую полость демпфирующей камеры на две равные части. В каждой разделенной части кольцевого пространства помещены вкладыши 6 из упругого материала, например, из маслобензостойкой резины, выполненными в виде шариков. Торцы цилиндрического патрубка 5 закрыты перфорированными крышками 7, диаметр которых равен внутреннему диаметру демпфирующей камеры. Внутри центрального трубопровода 1 установлена заглушка 8 для изменения направления движения потока рабочей среды.
Аналогичную конструкцию имеет и второй вариант исполнения предложенного компенсатора гидравлического удара (вариант, изображенный на фиг.2). Разница заключается лишь в том, что упомянутая заглушка 8 установлена на выходном торце центрального трубопровода 1, в котором возле этого же торца выполнены радиальные отверстия 9 для выхода рабочей среды в компенсационную камеру.
Первый вариант исполнения компенсатора обеспечивает параллельное протекание рабочей среды несколькими потоками, второй вариант - последовательное прохождение рабочей средой всех полостей компенсатора.
Дальнейшая сущность предложенного технического решения поясняется совместно с принципом работы предложенного компенсатора гидравлического удара.
При установившемся режиме движения рабочей среды в гидросистеме, она под давлением попадает через штуцер 4 в центральный трубопровод 1 и, ударяясь о заглушку 8 (глухое препятствие), меняет свое направление движения (вариант, изображенный на фиг.1) и поступает через перфорированные крышки 7 в радиальные части кольцевого пространства между центральным трубопроводом 1 и цилиндрическим жестким корпусом 2 демпфирующей камеры. Здесь рабочая среда, протекая и омывая вкладыши 6, возвращается в гидросистему.
При возникновении гидравлического удара, волна повышенного давления, в первую очередь, сталкивается с перфорированными крышками 7, где частично (пиковые нагрузки) гасится за счет диссипации энергии на перфорационных отверстиях крышек 7. Далее, проскочившая часть неуравновешенного потока рабочей среды сталкивается с вкладышами 6, которые, благодаря своей податливости (упругости материала), рассеивают волну энергии до приемлемого уровня.
Во втором варианте (фиг.2) исполнения компенсатора гидравлического удара, при установившемся режиме движения рабочей среды в гидросистеме, она под давлением попадает через штуцер 4 в центральный трубопровод 1 и, ударяясь о заглушку 8
(глухое препятствие), проникает через радиальные отверстия 9, сначала, в первую часть (ту, что ближе к центральной оси компенсатора) кольцевого пространства между центральным трубопроводом 1 и цилиндрическим жестким корпусом 2 демпфирующей камеры, затем, во вторую часть (ту, что дальше от центральной оси компенсатора) кольцевого пространства между центральным трубопроводом 1 и цилиндрическим жестким корпусом 2 демпфирующей камеры. Здесь рабочая среда, протекая и омывая вкладыши 6, возвращается в гидросистему. При возникновении гидравлического удара, волна повышенного давления гасится также, как и в компенсаторе, изготовленного по первому варианту.
Существенное отличие заявляемого объекта полезной модели от ранее известных заключается в том, что компенсационная камера разделена на несколько кольцевых полостей и закрыта по торцам перфорированными крышками и заполнена простейшими вкладышами, а в центральном трубопроводе рабочая среда меняет направление своего движения. Указанные отличия, в совокупности, обеспечивают надежное поэтапное гашение энергии гидравлического удара за счет увеличения длины тракта движения рабочей среды и постоянного прохождения ею вкладышей (гасителей энергии), без изменения их пространственной ориентации и без их разрушения энергией волны повышенного давления. Ни одно из известных устройств такого класса не может обладать отмеченными свойствами, поскольку конструктивно содержат либо разрушаемые элементы, либо механически меняющие свое положение относительно узлов их крепления, либо требуют дополнительного отвода рабочей среды из гидросистемы, либо автономной подпитки.
К техническим преимуществам предложенного технического решения, по сравнению с прототипом, можно отнести следующее:
- увеличение длины тракта движения рабочей среды по демпфирующей камере за счет использования разделяющего цилиндрического патрубка и изменения направления движения потока рабочей среды;
- увеличение срока эксплуатации (практически не ограничен) до естественного износа упругих вкладышей за счет отсутствия в конструкции разрушаемых деталей и подвижных элементов;
- повышения технологичности изготовления за счет использования вкладышей сферической формы, те есть распространенной простейшей формы;
- упрощение конструкции по той же причине;
- надежность гашения гидравлического удара за счет постоянного протекания рабочей среды через компенсирующие элементы и увеличение длины гасящего тракта;
- возможность регулирования эксплуатационных характеристик компенсатора за счет использования вкладышей различной жесткости.
Социальный эффект от использования предложенного технического решения, по сравнению с прототипом, получают за счет расширения области применения компенсатора гидравлического удара в результате высокой надежности и полного гашения энергии возмущенной среды. Именно по этой причине известные компенсаторы не используются в топливных системах двигателей транспортных средств, поскольку не обеспечивают полное гашение гидравлического удара. Это особенно актуально, если в топливную систему включают счетчики топлива. Как известно, эти приборы очень чувствительны к перепадам давления и, дают неверные показания при наличии таких перепадов, возникающих при работе топливных насосов. Наличие же счетчиков топлива позволяет не только точно контролировать его расход, но и предупредить его хищение.
Экономический эффект от использования предложенного технического решения, по сравнению с прототипом, получают за счет снижения стоимости компенсатора гидравлических ударов, а также за счет абсолютной точности учета расхода топлива в двигателях транспортных средств.