Способ гашения гидравлических ударов

 

Изобретение относится к области машиностроения и может быть использовано для гашения гидравлических ударов в нефтегазовой промышленности, энергетике, тепло- и водоснабжении, а также применяться для глушения выхлопа двигателей.

Способ заключается в рассеивании энергии гидравлического удара путем уменьшения амплитуды давления гидравлического удара за счет принудительного формирования гидравлически сообщенных с фронтом гидравлического удара зон жидкости постоянного объема с пониженным давлением относительно давления нагнетаемого потока.

Изобретение относится к области машиностроения и может быть использовано для гашения гидравлических ударов в нефтегазовой промышленности, энергетике, тепло- и водоснабжении, а также применяться для глушения выхлопов двигателей.

Известен способ гашения гидравлических ударов в гидромагистралях, заключающийся в формировании в потоке газовых включений путем воздействия на него ультразвуковыми колебаниями перед срабатыванием регулирующего органа (Авт. св. СССР N 1190136, кл. F 16 L 55/02, 1985).

Недостатками этого способа являются невозможность его применения при работе с газами, предварительно вакуумированными жидкостями, а также необходимость применения ультразвуковых излучателей.

Широко известен способ гашения гидравлических ударов, заключающийся в рассеивании энергии гидравлического удара путем уменьшения амплитуды давления гидравлического удара за счет преобразования колебаний жидкости в трубопроводе с большими амплитудами давления в низкочастотные колебания массы жидкости в уравнительном резервуаре с небольшими амплитудами давления (Миркин А.З. Усиньш В.В. Трубопроводные системы. М. Химия, 1991).

Однако применение этого способа сопровождается колебаниями в уравнительных резервуарах перпендикулярно оси трубопровода значительных масс жидкости, что вызывает вибрации и шумы трубопровода. Кроме того, конструкции уравнительных резервуаров сложны и требуют постоянного ухода и контроля.

В заявляемом изобретении устранение этих недостатков достигается тем, что в способе гашения гидравлических ударов, заключающемся в рассеивании энергии гидравлического удара путем уменьшения амплитуды давления гидравлического удара, согласно изобретению, уменьшение амплитуды давления гидравлического удара достигается за счет принудительного формования гидравлически сообщенных с фронтом гидравлического удара зон жидкости постоянного объема с пониженным давлением по отношению к давлению нагнетаемого потока.

На фиг. 1 представлена гидромагистраль, реализующая предлагаемый способ; на фиг. 2 продольные сечения вариантов выполнения рабочих камер с участками трубопровода.

Предлагаемый способ гашения гидравлических ударов реализован следующим образом.

Гидромагистраль состоит из всасывающего трубопровода 1, насоса 2, защищаемого трубопровода 3, гидравлически сообщенного с рабочими камерами 4, регулирующего органа 5 (заслонка, отсечной клапан или регулятор расхода).

При выключенном насосе 2 жидкость в трубопроводе 3 неподвижна и давление жидкости в трубопроводе 3 и жидкости в рабочих камерах 4 равны. Регулирующий орган 5 открыт. При включении насоса 2 в трубопроводе 3 возбуждается поток с некоторой cкоростью v. В соответствии с законом Бернулли полное давление потока Рп определяется суммой статической, Pст=ρgh и динамической , составляющих давления и есть величина постоянная, т.е. Рп Рст + Рд const.

Возможны различные варианты выполнения рабочих камер 4, гидравлически сообщенных с трубопроводом 3.

На фиг. 2а представлена рабочая камера 4, выполненная в виде эжектора, давление жидкости в котором, за счет эффекта эжекции, уменьшается с возрастанием скорости нагнетаемого по трубопроводу 3 потока.

Такое решение нашло применение в системах кровообращения, в том числе и у человека. В частности в венах для гашения гидравлического удара, вызываемого перекрытием сердечного клапана.

На фиг. 2б представлена рабочая камера 4, конструктивно выполненная в виде манометра статической составляющей давления возбуждаемого потока. Рост скорости потока вызывает рост динамической составляющей давления потока и следовательно, согласно закону Бернулли, уменьшение статической составляющей давления.

Постоянство объема рабочих камер 4 обеспечивает высокую степень разряжения жидкости, находящейся в рабочих камерах.

Таким образом, в рабочих камерах 4 реализуется, согласно способу, принудительное формирование зон жидкости постоянного объема с пониженным давлением по отношению к давлению нагнетаемого потока. Причем разница давлений всегда пропорциональна скорости потока v и растет с ее увеличением.

Гидравлический удар возникает при резком перекрытии управляющим органом 5 трубопровода 3. Будем считать, что одновременно с этим выключается насос 2. Согласно теории Жуковского, процесс сопровождается пиковым ростом давления перед управляющим органом 5, а фронт давления распространяется со скоростью близкой к скорости звука в среде в сторону насоса 2. Отметим, что движение жидкости отсутствует, а распространение давлений имеет акустический характер.

При прохождении фронта ударного давления мимо ближайшей к управляющему органу 5 рабочей камеры 4, происходит выравнивание давлений между трубопроводом 3 и рабочей камерой 4. Причем процесс выравнивания давлений не сопровождается перемещением сколько-нибудь значительных масс жидкости. Величина результирующего давления тем меньше, чем больше объем рабочей камеры 4.

Ослабленный таким образом фронт давления гидравлического удара, распространяясь далее, достигает следующей рабочей камеры 4, процесс выравнивания давлений повторяется и т.д.

Показанное взаимодействие и обеспечивает рассеивание энергии гидравлического удара путем уменьшения амплитуды давления гидравлического удара и, следовательно, реализацию способа гашения гидравлического удара.

Количество и объем рабочих камер, а также расстояние между ними выбирают в зависимости от конкретных параметров гидромагистрали.

Использование предлагаемого способа гашения гидравлических ударов позволяет, по сравнению с существующими, упростить конструкцию, исключить необходимость постоянного контроля, а также снизить вибрации и шумы гидромагистрали.

Формула изобретения

Способ гашения гидравлических ударов, заключающийся в рассеивании энергии гидравлического удара путем уменьшения амплитуды давления гидравлического удара, отличающийся тем, что уменьшение амплитуды давления гидравлического удара достигается за счет принудительного формирования гидравлически сообщенных с фронтом гидравлического удара зон жидкости постоянного объема с пониженным давлением относительно давления нагнетаемого потока.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2