УСТРОЙСТВО ДЛЯ ГАШЕНИЯ ГИДРАВЛИЧЕСКОГО УДАРА

Заявляемое в качестве полезной модели устройство для гашения гидравлического удара относится к устройствам для гашения энергии, шума, гидравлических ударов и может быть использовано во всех отраслях народного хозяйства, связанных с нестационарным течением жидкости.
Известно устройство для гашения колебаний давления жидкости, выполненное в виде установленных в корпусе, заполненном сжатым газом, внутренних оболочек с поперечным сечением некруговой плоскоовальной формы (патент США №2051019)
Однако, это устройство недостаточно надежно из-за возможности утечки сжатого газа.
Также известно устройство для гашения колебаний давления, включающее демпфирующую камеру, имеющую в поперечном сечении форму эллипса (а.с. №699277)
Недостатком данного устройства является то, что оно не может быть использовано при работе с большими давлениями из-за податливости стенок демпфирующей камеры.
Наиболее близким к предлагаемой полезной модели по технической сущности и достигаемому результату является устройство для гашения гидравлического удара, содержащее участок тонкостенной трубы с овальной формой поперечного сечения (а.с. №687307).
К недостаткам прототипа относится недостаточная эффективность гашения гидравлического удара при многоразовом использовании.
Задачей полезной модели является повышение эффективности гашения гидравлического удара при многоразовом использовании.
Технический результат заключается в избежании появления пластических деформаций в материале трубы при формоизменении поперечного сечения, в результате упругость трубы остается постоянной при многоразовом использовании.
Достигается это за счет того, что кольца выполняют роль промежуточной опоры.
Достигается и за счет того, что в устройстве для гашения гидравлического удара, которое содержит участок тонкостенной трубы с овальной формой поперечного сечения, на трубе установлены упругое и жесткое кольца, сопряженные между собой по эквидистантным цилиндрическим поверхностям с аналогичной трубе формой поперечного сечения. Упругое кольцо жестко соединено с трубой и выполнено с переменной толщиной стенки и двумя разновеликими осями симметрии поперечного сечения. Большая ось этого сечения расположена под углом к большей оси сечения трубы. Толщина упругого кольца по большей оси симметрии выполнена больше толщины кольца по малой оси. Между упругим и жестким кольцами размещены тела качения. Между жестким кольцом и трубой установлена возвратная пружина.
На фиг. 1 изображено устройство, общий вид.
На фиг. 2 - сечение А-А на фиг, 1 (с расположением элементов устройства, соответствующим статическому давлению в магистрали).
На фиг. 3 - тоже, но с расположением элементов устройства в момент демпфирования гидравлического удара.
Устройство для гашения гидравлического удара содержит присоединительную арматуру 1 и 2, участок тонкостенной трубы 3 с овальной формой поперечного сечения. На трубе 3 (в средней ее части) установлено упругое кольцо 4, жестко соединенное с трубой. На кольцо 4 через одноразмерные тела 5 качения установлено жесткое кольцо 6.
Упругое кольцо 4 выполнено с переменной толщиной стенки и имеет две оси симметрии поперечного сечения Х-Х и Y-Y.
Наружная поверхность упругого кольца 4 имеет в поперечном сечении форму, аналогичную форме поперечного сечения использованной тонкостенной трубы 3. Кольцо 4 установлено на трубе 3 так, что большая ось его поперечного, сечения Х-Х не совпадает с большой осью сечения трубы Z-Z на угол λ.
Толщина кольца 4 по его большой оси симметрии Х-Х выполнена больше толщины по малой оси Y-Y, поэтому овальность наружной поверхности кольца 4 больше, чем для трубы 3. При этом полуоси малой оси трубы 3 пересекают наружную поверхность кольца под углом, отличающимся от 90°. Внутренняя поверхность жесткого кольца 6 выполнена эквидистантной наружной поверхности упругого кольца 4. На жестком кольце 6 и тонкостенной трубе 3 закреплена возвратная пружина растяжения 7.
Устройство работает следующим образом.
При стационарном режиме протекания рабочей жидкости статическое давление воспринимается стенками присоединительной арматуры 1 и 2 и трубы 3.
Стенка тонкостенной трубы 3 стремится приобрести форму круга. При этом равнодействующие силы внутреннего давления, распирающие изнутри трубу 3, направлены вдоль малой оси поперечного сечения трубы. Через упругое кольцо 4 они передаются жесткому кольцу 6.
Так как угол давления между кольцами 4 и 6, разделенных телами 5 качения, выполнен больше угла трения, а это обеспечивается подбором угла λ овальности тонкостенной трубы 3, толщины упругого кольца 4, то за счет клинового эффекта распорные силы образуют пару сил, которая заставляет жесткое кольцо 6 проворачиваться относительно тонкостенной трубы 3 и упругого кольца 4.
Этому противодействует пружина 7, создающая усилие, уравновешивающее вращающий момент на жестком кольце 6 от распорных сил трубы при номинальном статическом давлении в магистрали.
Регулируя усилие пружины 7, можно добиться такого положения жесткого кольца 6, при котором поперечное сечение тонкостенной трубы 3, при номинальном статическом давлении в магистрали, соответствует таковому при отсутствии давления.
1
При этом большая ось поперечного сечения жесткого кольца 6, определяемая углом β, совпадает с большой осью упругого кольца 4, смещенного на угол λ от большой оси тонкостенной трубы 3 (на фиг. 2 λ=β).
При отсечке или изменении режима течения жидкости во внутренней полости тонкостенной трубы 3 возникает гидравлический удар, давление при котором превышает номинальное статическое. Возникшие при этом увеличенные распорные силы преодолевают сопротивление пружины 7. Жесткое кольцо 6 проворачивается относительно упругого кольца 4 в сторону увеличения радиус-вектора своей внутренней поверхности, давая возможность увеличиваться малой оси тонкостенной трубы 3. При этом большая ось тонкостенной трубы 3 уменьшается, а поперечное сечение приближается к форме круга.
2
2
Как показано на фиг. 3, поворот жесткого кольца 6 происходит по направлению вращения часовой стрелки до тех пор, пока распорные силы со стороны тонкостенной трубы 3 не уравновесятся силой растянутой пружины 7, вплоть до превращения поперечного сечения тонкостенной трубы 3 в круговое. Большая ось жесткого кольца 6, определяемая углом β, не совпадает с первоначальным (при номинальном статическом давлении в магистрали) положением большой оси кольца 4 (β>λ).
2
Вращаясь, жесткое кольцо 6 заставляет деформироваться упругие стенки кольца 4 эквидистантно своему поперечному сечению. В зависимости от углов λ и β соответствующим образом деформируется стенка трубы 3, приводя к увеличению площади поперечного сечения трубы, а, следовательно, и объема внутренней полости. Это уменьшает давление гидроудара, энергия которого гасится на преодоление сопротивления пружины и стенок трубы при их формоизменении.
При прохождении фронта волны гидроудара давление в магистрали понижается, уменьшаются распорные силы, сила пружины 7 преодолевает момент пары распорных сил на жестком кольце 6 и поворачивает его в противоположную сторону (против часовой стрелки на фиг. 3), возвращая его в исходное состояние при номинальном статическом давлении в магистрали (фиг. 2). Устройство готово к повторному срабатыванию.
Заявляемое в качестве полезной модели устройство для гашения гидравлического удара позволяет на 25-30% повысить эффективность гашения гидравлического удара при многоразовом использовании.