ДЕМПФИРУЮЩИЙ ЭЛЕМЕНТ СТАБИЛИЗАТОРА ДАВЛЕНИЯ

Демпфирующий элемент (далее «демпфер») входит в состав стабилизаторов давления, устанавливаемых в трубопроводных системах, и предназначен для сглаживания пульсаций давления и гидравлических ударов жидкости в трубопроводах высокого давления различного назначения среднего и большого диаметра.
Этой проблеме уделяется очень большое значение и имеется ряд изобретений по созданию стабилизаторов давления с различными демпфирующими элементами, механизмами и устройствами. Известно изобретение №RU 2145027 С1 (класс 7 F16L 55/04), в котором в качестве демпфирующих элементов используются камеры с гибкой мембраной и упругими элементами, заполненные с одной стороны газом. Такая конструкция, при всех ее достоинствах, имеет и недостатки. Эксплуатация таких демпфирующих элементов требует постоянного контроля за исправностью и эластичностью гибких элементов, проверками наличия газа и необходимого давления в газовой полости.
Этих основных недостатков полностью лишена предлагаемая конструкция демпфера.
В нашей конструкции демпферы попарно с двух сторон соединяют с ресивером и располагают горизонтально или вертикально на предкамере стабилизатора. Количество стабилизаторов и расстояние между ними определяются, исходя из протяженности и конфигурации трубопровода.
Демпфер состоит из цилиндрического корпуса 4 (рис.1), имеющего с одной из сторон плоское днище 6, а с другой - стопорное кольцо 5. Внутри корпуса соосно расположены внутренний (левый) 2 и наружный (правый) 1 направляющие стаканы, снабженные плоскими упорами 10 и 11. Между упорами в предварительно поджатом состоянии находится пакет тарельчатых пружин 3. На наружной поверхности направляющего стакана 1 смонтированы в два ряда подшипниковые опоры, которые состоят из опорных пластин 7, осей 8 и стандартных шариковых подшипников 9. Каждый ряд содержит по три подшипниковые опоры, расположенные по окружности под углом 120 град, друг к другу, причем опоры одного ряда сдвинуты по отношению опор другого ряда под углом 60 град, для обеспечения точной ориентации всего пакета пружин относительно оси корпуса демпфера. Упругое звено (камера) 12, связанное гидравлически с трубопроводом, контактирует с наружной плоскостью днища 10 и защищает подшипниковые опоры от попадания жидкости внутрь корпуса в процессе эксплуатации.
Направляющий стакан 1 постоянно контактирует через опоры с внутренней поверхностью корпуса 4 не менее чем по 3-м точкам, что обеспечивает его строгую ориентацию относительно оси пакета пружин и всего демпфера в статическом состоянии, а при движении - без перекосов и заклиниваний. Поэтому сжатие и расширение пакета 3 происходит строго по оси демпфера, а коэффициент трения качения подшипников равен 0,005-0,01, что обеспечивает практическое отсутствие внешних сил трения, вызывающих сопротивление перемещению пакета вдоль оси и тем самым существенно снижается инерционность срабатывания демпфера при резком нарастании или спаде давления в трубопроводе. При этом длина стаканов выбрана с учетом их начального перекрытия в осевом направлении для обеспечения долговечности эксплуатации и линейности характеристики пакета тарельчатых пружин
Внешняя плоскость мембраны 12, закрепленной в верхней части корпуса демпфера 4, связана гидравлически через стабилизатор с магистральным трубопроводом, а внутренней плоскостью
она контактирует с наружной плоскостью днища 10. Внутренняя полость корпуса демпфера 4 является герметичной, и при сжатии пакета 3 и деформации внутрь мембраны 12 в ней неизбежно возникает избыточное давление. Это давление вызывает противодействие заполнению мембраной полости корпуса при сжатии пружин и искажение линейной (пропорциональной) характеристики демпфера, уменьшая его маневровый объем. С целью уравновешивания давления воздуха в пространстве между направляющими стаканами и атмосферным давлением и ликвидации искажения линейной характеристики демпфера, в корпусе 7 образовано дренажное отверстие 13.
Тарельчатые пружины с высоким качеством изготавливаются предприятиями отечественной промышленности и обладают строгой линейной характеристикой (пропорциональностью степени сжатия в зависимости от внешнего усилия). Они обладают свойством быстротечной деформации с сохранением надежности и длительной безотказности в работе. Кроме того, расчеты и практика показали, что диссипативные свойства пакетов тарельчатых пружин при их взаимном воздействии друг на друга обеспечивают устойчивость эксплуатации конструкций в режиме часто переменных нагрузок без возникновения вредных резонансных явлений.
В подшипниковые опоры и тарельчатые пружины при сборке демпферов закладывается густая графитная смазка, которая позволяет длительное время эксплуатировать демпфер и защищать его внутреннюю полость от возможной коррозии.
При протекании жидкости по трубопроводу в номинальном режиме пульсации потока, давление в ней через внешние камеры стабилизатора (рис.1) и мембрану 12 (рис.2) передается на днище 10 стакана 1, который начинает возвратно-поступательно перемещаться по оси демпфера, вызывая частотное сжатие и расширение пакета пружин с малой амплитудой колебаний. Воспринимая определенный объем жидкости при нарастании давления в трубопроводе путем сжатия пакета пружин с последующим вытеснением этого объема в трубопровод путем распрямления пакета пружин, демпфер способствует выравниванию давления, создавая более стабильное истечение потока по трубопроводу.
При возникновении в трубопроводе гидравлического удара, пакет пружин, обладая малой инерционностью, резко сжимается под воздействием нарастающего давления, освобождая пространство в корпусе 4 для заполнения его жидкостью и гася тем самым динамические нагрузки в трубопроводе. В этот период подшипниковые опоры обеспечивают строгое движение пакета пружин по оси демпфера без возникновения вредных сил трения в подвижно сопрягаемых внутренней поверхности корпуса 4 и цилиндрической поверхности днища 10. Предельная величина сжатия пакета пружин и заполняемый объем в корпусе демпфера, а также необходимое количество демпферов в стабилизирующих устройствах рассчитываются, исходя из режимов эксплуатации трубопровода;
В случае выхода из строя или потери герметичности мембраны 12, перекачиваемая жидкость начинает истекать из дренажного отверстия 13, свидетельствуя о необходимости ремонта данного стабилизирующего устройства.
Простота конструкции и небольшое количество элементов в предлагаемой конструкции демпфера позволяет изготавливать стабилизаторы давления в небольших мастерских, просто и легко обслуживать демпферы и получить надежную и безотказную систему гашения гидравлических ударов, пульсаций и провалов давления в трубопроводах высокого давления.
Предлагаемое устройство было испытано на лабораторных стендах на статические, вибродинамические (до 80 Гц) и ударные (падающий груз) нагрузки; партия демпферов использована на практике для гашения пульсаций и гидроударов в трубопроводе диаметром 1400 мм при перекачке воды.
Демпферы предлагаемой конструкции обеспечили при практической эксплуатации в водопроводной сети гор. Москвы устойчивое гашение колебаний давления без их вхождения в резонансный режим и высокую эффективность эксплуатации без технического обслуживания на протяжении длительного периода времени.