Устройство для защиты трубопроводов от ударных скачков давления
DEVICE FOR PROTECTING PIPELINES FROM SHOCK PRESSURE SURGES

Изобретение относится к гидросистемам, в частности к предохранительным устройствам трубопроводов.
Из существующего уровня техники широко известны несколько типов подобных устройств. Условно их можно разделить на пассивные и активные.
К первой группе устройств относятся, главным образом, гидроаккумуляторы (грузовые, пружинные, поршневые, мембранные, баллонные). Их общие достоинства - это простота конструкции (что обеспечивает их долговечность, простоту включения в систему и низкую стоимость изготовления), обеспечение компенсации утечек среды и гашения пульсаций.
Ко второй группе относятся быстродействующие клапана специальной конструкции, которые при возникновении гидравлического удара перекрывают защищаемый трубопровод и сбрасывают воду в дренаж.
Недостатком, характерным для всех подобных устройств является наличие в них упругих и подвижных элементов и сред, что в свою очередь означает инерционность процесса гашения гидравлического удара. Указанное обстоятельство не позволяет на практике качественно противодействовать гидравлическому удару, т.к. скорость распространения ударного фронта равна скорости распространения упругих колебаний в среде (т.е. скорости звука), что для воды составляет порядка 1400 м/с. Иными словами, к тому времени, когда произойдет срабатывание предохранительного элемента, волна успеет обойти защищаемую систему несколько раз и совершить разрушающее воздействие на элементы трубопроводов. Помимо этого, упругие и подвижные элементы способны входить в колебания в результате воздействия ударной волны и в резонанс с ней, вследствие чего ее воздействие может усугубляться.
Наиболее близкими к заявленному техническому решению является изобретение «Предохранительное устройство для гашения коротких импульсов гидравлического удара и пульсаций давления» (Патент РФ №2623000).
Принцип работы устройства, заявленного авторами, основан на растягивании ударной волны и диссипации ее энергии с помощью перфорированной мембраны, расположенной вдоль внутренней поверхности камеры гашения. Применение указанной мембраны сопряжено с необходимостью строгого расчета как величины ее отстояния от поверхности камеры гашения, так и величины перфорирующих отверстий, что является, на настоящий момент, малоизученным вопросом.
Целью настоящего изобретения является повышение эффективности гашения ударных скачков давления для обеспечения надежности эксплуатации трубопровода и защиты гидрооборудования при различных возмущениях давления в гидросистемах.
Осуществление поставленной цели достигается изменением конструкции камеры гашения со стенками, имеющими сужающиеся конические отверстия и входной патрубок, размещенный с наиболее вероятного направления зарождения ударных волн и волн пульсаций давления, выходное сечение которого расположено в центре камеры гашения, и обеспечивающее гашение коротких импульсов гидравлического удара и пульсаций давления приданием поверхности волнового фронта сферической формы и, соответственно, снижением плотности энергии ударной волны и волны пульсации давления по пути ее распространения, в то время как конические отверстия в стенке камеры гашения препятствуют формированию отраженной ударной волны вследствие потерь ее энергии в каналах конических отверстий.
Такое решение позволит «запереть» отраженную ударную волну между стенкой и камерой гашения из-за разности входного и выходного диаметра канала стенки, при этом препятствий прохождению через стенку прямой ударной волны не будет, в результате эффективность гашения ударной волны в предохранительном устройстве от гидравлического удара возрастет.
Указанное устройство обеспечивает снижение ударного давления в трубопроводе и выравнивание давления при его пульсациях.
Изобретение поясняется чертежом на фиг. 1. Здесь изображен продольный разрез устройства и присоединенных к нему участков трубопровода:
1 - Камера гашения;
2 - Стенка с коническими каналами;
3 - Выходной патрубок;
4 - Входной патрубок;
5 - Присоединяемые участки трубопровода.
Осуществление поставленной цели обусловлено тем, что в заявленном устройстве плоская ударная волна, распространяющаяся по трубопроводу, преобразуется в камере гашения в сферическую, вследствие чего по пути распространения волнового фронта падает удельная энергия ударной волны и ударное давление. Наличие толстой стенки с коническими каналами вызывает диссипацию энергии при запирании ударной волны внутри конического канала.