ГАСИТЕЛЬ ПУЛЬСАЦИЙ ДАВЛЕНИЯ
PRESSURE PULSATIONS DAMPER

Изобретение относится к устройствам для гашения пульсаций давления, его стабилизации и напорного равномерного распределения потока по отводящему пучку труб в трубопроводных транспортных системах различных отраслей народного хозяйства, в частности, в расходометрии для поверки рабочих средств измерения расхода жидкости или газа при распределении входного потока по нескольким потокам с эталонным расходомером в каждом потоке и передаче суммарного эталонного расхода поверяемому по входному расходу расходомеру методом многократных измерений.
Известен гаситель пульсаций давления в газопроводе, состоящий из пакета шайб с дросселирующими отверстиями, зафиксированными в корпусе, и полостей между шайбами, в дросселирующих отверстиях на входе выполнены конфузоры с углом при их вершине α=40…80°, а на выходе диффузоры с углом при их вершине β=6…30°, при этом дросселирующие отверстия распределены по радиусу шайб так, что их пропускная площадь формирует профиль скоростей в сечении трубопровода, приближенный к профилю скоростей установившегося стационарного течения среды (Патент RU №2505734, МПК F16L 55/04, F16L 55/027, 2014). Недостатком известного гасителя является сложность конструкции, так как диффузоры в дросселирующих отверстиях при таких конфигурациях обеспечивают решение той же задачи, что и установленный перед ним конфузор - выравнивание эпюры скоростей потока по его сечению при выходе из отверстия, что приводит к неоправданному удорожанию конструкции, в том числе за счет дополнительных металлозатрат на необходимую толщину шайб для установки диффузора и обеспечения соосности конфузора и диффузора. Несоблюдение геометрических параметров, в частности соотношения входного и выходного диаметров конфузора, незакругленность входных и выходных кромок конфузоров и диффузоров, создают завихрение потока, что обусловливает их ограниченную эффективность гашения пульсаций давления.
Известен стабилизатор давления, содержащий полый цилиндрический корпус с установленными последовательно друг за другом вдоль его продольной оси перегородками, образующими, по меньшей мере, две воздушные камеры-секции, охватывающий с образованием кольцевой предкамеры установленный внутри него коаксиально цилиндрический перфорированный трубопровод, выполненный в виде перфорированных по боковой поверхности стаканов с глухим дном со стороны выходного патрубка, установленных в центре каждой перегородки коаксиально полому цилиндрическому корпусу по направлению основного потока рабочей среды, таким образом, что между ними образованы зазоры I, расположенные в центре воздушных камер-секций и равные 10-20 мм, причем участок подводящего патрубка на входе основного потока рабочей среды, находящийся в полом цилиндрическом корпусе, выполнен в виде перфорированного по боковой поверхности стакана, а перфорационные отверстия на боковой поверхности стаканов расположены рядом с дном стакана (Патент RU №2311584, МПК F16L 55/04, 2007). Недостатком известного устройства является наличие в его конструкции на пути потока рабочей среды неперфорированных элементов, то есть твердых поверхностей, в частности стаканов с глухим дном со стороны выходного патрубка, что обусловливает появление отраженных потоков, пульсаций давления и ограниченную эффективность гашения пульсаций давления.
Наиболее близким по технической сущности является гаситель пульсаций давления, содержащий установленную в разборном корпусе с входом и выходом перфорированную вставку, опирающуюся своим фланцем на упругие элементы в виде пружин, расположенных по обе стороны фланца и перемещающихся по направляющим между опорным и прижимным кольцами, и регулировочные винты, перфорированная вставка выполнена конусной, а диаметр ее отверстий уменьшающимся от входа к выходу, между пружинами и фланцем с обеих его сторон установлены прокладки из шумопоглощающего материала, гаситель снабжен толкателями и дополнительным опорным кольцом, опорные кольца установлены с упором в корпус, направляющие закреплены между последними, в корпусе выполнены каналы, а в дополнительном опорном кольце отверстия, в которых установлены пропущенные через уплотнения толкатели, одним концом упирающиеся в прижимное кольцо, а другим в регулировочные винты с навинченными на них контргайками, при этом перфорированная вставка, опорные и прижимные кольца, направляющие, пружины и прокладки собраны в единую кассету (Патент RU №2062940, МПК F16L 55/04, 1996). Недостатком известного гасителя является малая эффективность гашения пульсаций давления, так как колебательные движения конусной вставки вдоль оси корпуса и ее неперфорированные фланцы обусловливают появление отраженных потоков и не обеспечивают структурирование равномерной эпюры давления и скоростей потока для напорного равномерного распределения потока среды по пучку труб.
Задачей настоящего изобретения является гашение пульсаций и выравнивание эпюр давления и расхода по сечению потока после его прохождения через конусную камеру для напорного равномерного распределения потока среды по пучку труб.
Поставленная задача решается тем, что гаситель пульсаций давления, содержащий установленную в разборном корпусе перфорированную вставку и конусную камеру, перфорированная вставка выполнена в виде двух равномерно перфорированных пластин, расположенных на входе и выходе конусной камеры, с общим свободным сечением по выходным отверстиям 55±8% от площади пластин, перфорация выполнена конфузорными отверстиями, перед первой по ходу разделяемого потока пластиной расположена цилиндрическая камера, установленная на фланцевых соединениях, в нижней образующей которой установлен тангенциальный ввод разделяемого потока.
На Фиг. 1 изображена схема гасителя пульсаций давления.
На Фиг. 2 изображен тангенциальный ввод (разрез А-А).
На Фиг. 3 изображено конфузорное отверстие (сечение В-В).
На Фиг. 4 изображена схема узла соединения пучка труб с перфорированной пластиной, установленной на выходе конусной насадки (сечение С-С).
1
2
2
1
1
2
1
1
2
1
2
1
2
1
2
1
Гаситель пульсаций давления состоит из разборного корпуса 1 с крышкой 2, включающего цилиндрическую камеру 3 и конусную камеру 4, на входе конусной камеры 4 - перфорированную пластину 5, а на выходе - перфорированную пластину 6 (Фиг. 1). Корпус 1, крышка 2, перфорированные пластины 5, 6 собраны на фланцах 8, 9, 10, 11 с герметизирующими прокладками соответственно 12, 13, 14, 15 с помощью отверстий 16 и схематично непоказанных болтовых соединений. Тангенциальный ввод 17 разделяемого потока (Фиг. 2) размещен в нижней образующей цилиндрической камеры 3. Расстояние вдоль нее от патрубка тангенциального ввода 17 до внутренней поверхности крышки 2, с одной стороны, до внутренней поверхности пластины 5, с другой стороны, составляет не менее двух его внутренних диаметров. При меньшем расстоянии возможно образование вторичных импульсов давления, инициируемых теми локальными векторами скоростей вводимого потока, которые не перпендикулярны оси цилиндрической камеры 3, например, при турбулентном характере движения вводимого потока и отраженных от внутренних поверхностей крышки 2 и пластины 5. При большем расстоянии неоправданно увеличиваются материалоемкость, габариты и стоимость устройства. Диаметр выхода D конусной камеры 4 равен диаметру установленной на ней пластины 6, определяемому присоединительными размерами фланцев 19 отводящего пучка труб 18. Количество труб 18 в отводящем пучке не менее 2-х. Фланцы 19 отводящего пучка труб 18 с герметизирующими прокладками 20 установлены непосредственно на пластине 6 на приваренных к пластине шпильках 21 с помощью отверстий 22 и гаек 23 (Фиг. 4). Диаметр входного сечения конусной камеры 4, диаметр пластины 5 и диаметр цилиндрической камеры 3 имеют одинаковый диаметр D, определяемый из соотношения 1,2<D/D<1,8. Длина L конусной камеры 4 рассчитывается по уравнению L=D(D/D-1)/К, при этом 0,1<К<0,6. Пластины 5, 6 равномерно перфорированы конфузорными отверстиями 7 с диаметрами выхода d=8-4 мм и входа d (Фиг. 3). Отверстия с диаметром выхода d менее 4 мм склонны к быстрому засорению, а более 8 мм - увеличивается абсолютная величина неперфорированных участков полотна пластин, что обусловливает появление отраженных потоков, пульсаций давления и ограниченную эффективность гашения пульсаций давления. Диаметр входа отверстий d рассчитывается путем задания 0,2<k<0,7 и последующего вычисления по уравнению d(d/d-1)=b·k с соблюдением условия 1,2<d/d<1,8. Толщина листа пластины b рассчитывается из условий прочности в условиях эксплуатации гасителя пульсаций. Общее свободное сечение по выходным отверстиям составляет 55±8% от площади пластины. При свободном сечении перфорации пластины более 63% уменьшается гидравлическое сопротивление потоку, что приводит к снижению перепада давления на пластине и снижению эффективности гашения пульсаций давления. При свободном сечении менее 47% увеличивается абсолютная величина неперфорированных участков полотна пластины, что обусловливает появление отраженных потоков. При этом значительно увеличивается гидравлическое сопротивление потоку, затраты на его передвижение, в частности энергетические. Перепад давления на пластине 5 формирует после нее по сечению потока плавную эпюру давления. Для уменьшения вихреобразования острые кромки конфузорных отверстий 7 закруглены с диаметром закругления 1-2 мм.
Поток рабочей среды с заданным расходом подается насосом (компрессором) по патрубку 17 в цилиндрическую камеру 3. При входе рабочей среды через патрубок 17, пульсации давления, преодолевая сопротивление среды, гасят свою энергию в кольцевой зоне, перпендикулярной оси симметрии цилиндрической камеры 3, что значительно снижает пульсации потока вдоль ее оси. Перепад давления на пластине 5 формирует после нее по сечению потока плавные эпюры давления и расхода по сечению потока. Перепад давления на пластине 6 выравнивает эпюры давления и расхода по сечению потока за конусной камерой 4 для напорного равномерного распределения потока по пучку труб 18.
3
3
Оценка распределения расхода воды по отводящему напорному пучку труб проведена следующим образом. На входе и выходе конусной камеры 4 устанавливают пластины 5 и 6 с общим свободным сечением по выходным отверстиям 46,6% от площади каждой пластины. На пластине 6 гасителя пульсаций давления на герметизирующих прокладках 20 установлены параллельно три трубы DN 50. Каждая труба в отводящем пучке 18 снабжена эталонным расходомером, установленным на расстоянии 10 диаметров трубы от пластины 6 и имеющим в диапазоне расхода от 46,5 до 51,5 м/час постоянный коэффициент преобразования. Через тангенциальный ввод 17 непрерывно подают воду под давлением. Номинальный расход воды на входе в гаситель пульсаций давления 150 м/час. Аналогично проводят оценку распределения расхода воды по отводящему напорному пучку труб с общим свободным сечением по выходным отверстиям перфорированных пластин 5 и 6 равным 52,3%, 58,6% и 63,4% от площади пластин. Показания эталонных расходомеров приведены в таблице 1.
Гаситель пульсаций давления в таком конструктивном исполнении позволяет стабилизировать и равномерно распределить давление и расход потока по отводящему напорному пучку труб.