Двухчастотный настраиваемый гаситель колебаний давления

Изобретение относится к машиностроению, а именно к трубопроводной арматуре. Гаситель колебаний представляет собой акустический резонатор, расположенный в боковом ответвлении от трубопровода 1 и содержащий полость 2 и разветвленное акустическое горло 3. Горло состоит из трех участков 4, 5 и 6, имеющих длины и площади проходного сечения, которые связаны между собой определенным соотношением. Объем полости резонатора настраивается перемещением поршня 7 путем вращения регулировочного винта 8. Отверстия 9 обеспечивают разгрузку поршня от сил давления. Максимальный ход поршня вниз ограничивается упорами 10. Для стравливания воздуха из полости резонатора предусмотрен сапун 11. Эффективное снижение первых двух гармоник спектра пульсаций давления, генерируемых насосным агрегатом, обеспечивается соотношением геометрических характеристик горла резонатора. 1 ил.

 

Изобретение относится к области машиностроения и может быть использовано в трубопроводной арматуре для снижения пульсаций давления рабочей среды.

Известен ответвленный резонатор (Шорин В.П. Устранение колебаний в авиационных трубопроводах. - М: Машиностроение, 1980), состоящий из гидравлической емкости, сообщающейся с основной гидросистемой каналом, обладающим инерционным сопротивлением. При совпадении частоты колебаний рабочей среды с собственной частотой резонатора сопротивление резонатора для переменной составляющей расхода среды резко падает, что обеспечивает высокоскоростной колебательный поток в горле и снижение колебаний в основной гидросистеме.

Недостатком известного технического решения является то, что высокая эффективность снижения пульсаций обеспечивается только на одной частоте колебаний. В то же время известно, что весьма значительный вклад в энергетику колебаний рабочей среды вносит вторая гармоника спектра пульсаций давления, генерируемых насосными агрегатами, амплитуда которой практически не снижается от установки такого резонатора.

Наиболее близким по технической сущности является гаситель колебаний (Стабилизатор колебаний давления. SU 1418541 А1, МПК F 16 L 55/04, 23.08.1988), который состоит из корпуса, охватывающего трубопровод с образованием демпфирующей полости. На трубопроводе установлены акустические горла различной длины, выполненные в виде коаксиально установленных патрубков для сообщения трубопровода с демпфирующей полостью.

Недостатками прототипа являются большие габариты, сложность размещения в защищаемой гидросистеме, а также незначительная инерционность акустических горл, не позволяющая достичь высокой эффективности по снижению пульсаций давления.

В основу изобретения поставлена задача - повышение надежности трубопроводной арматуры за счет существенного снижения амплитуды пульсаций давления двух первых гармоник, генерируемых насосным агрегатом, а также подстройки частоты, на которой достигается максимальная эффективность, под конкретные условия эксплуатации.

Это достигается за счет того, что в двухчастотном настраиваемом гасителе колебаний давления, содержащем полость и акустическое горло, согласно изобретению горло выполнено разветвленным и состоящим из трех участков различной длины и площади поперечного сечения, геометрические параметры которого определяются соотношением:

3l₄S₅S₆-l₆S₄S₅+4l₅S₄S₆=0,

где l₄, l₅, l₆ и S₄, S₅, S₆ - соответственно длины и площади участков горла, а в полости установлен разгруженный от статических сил давления поршень, ход которого ограничивается упорами.

На чертеже представлен общий вид устройства.

Устройство представляет собой акустический резонатор, расположенный в боковом ответвлении от трубопровода 1 и содержащий полость 2 и разветвленное акустическое горло 3. Горло состоит из трех участков 4, 5 и 6, имеющих длины и площади проходного сечения l₄, S₄, l₅, S₅ и l₆, S₆ соответственно. Объем полости резонатора настраивается перемещением поршня 7 путем вращения регулировочного винта 8. Отверстия 9 обеспечивают разгрузку поршня от сил давления. Максимальный ход поршня 7 вниз ограничивается упорами 10. Для стравливания воздуха из полости резонатора предусмотрен сапун 11. Эффективное снижение первых двух гармоник спектра пульсаций давления, генерируемых насосным агрегатом, обеспечивается соотношением геометрических характеристик горла резонатора:

Гаситель колебаний давления работает следующим образом (см. чертеж). Пульсации давления рабочей среды, генерируемые, например, насосным агрегатом, распространяясь по трубопроводной системе, проникают через разветвленное горло 3 гасителя, представляющее собой гидравлическую индуктивность, в его полость 2. За счет предложенной конфигурации каналов горла гаситель имеет две собственные частоты, отличающиеся друг от друга в 2 раза. При совпадении частоты колебаний рабочей среды с какой-либо собственной частотой гасителя его сопротивление для переменной составляющей расхода среды резко падает. При этом возникает интенсивный пульсирующий поток в полость гасителя и обратно. Таким образом, снижение колебаний давления в трубопроводной системе достигается за счет использования принципа локализации источника колебаний, когда обеспечивается перекачка колебательной энергии из источника в гаситель и обратно, и интерференция колебаний. Кроме того, значительное возрастание скорости пульсирующего потока в горле гасителя обуславливает поглощение энергии в системе. Использование горла 3 со строго определенным соотношением геометрических размеров в соответствии с (1) обеспечивает, в случае настройки гасителя на основную частоту источника колебаний, низкое его сопротивление для пульсирующей составляющей потока как на основной частоте, так и на второй гармонике, что обуславливает значительное снижение интенсивности колебаний, проникающих в трубопроводную систему, на частотах первой и второй гармоник, вносящих наибольший вклад в общую энергетику колебаний. Для реализации возможности подстройки предусмотрено изменение объема полости, которое осуществляется перемещением поршня 7. Перемещение поршня 7 реализуется вращением регулировочного винта 8. Поршень 7 разгружен от сил статического давления путем выполненных в нем отверстий 9 малого диаметра, представляющих значительное сопротивление для пульсирующего потока и поэтому не влияющих на собственные динамические характеристики гасителя. Минимальный объем полости гасителя ограничивается упорами 10, препятствующими дальнейшему движению поршня 7 вниз. Для стравливания воздуха из тупиковой полости гасителя предусмотрен сапун 11 с краном.

Двухчастотный настраиваемый гаситель колебаний давления, содержащий полость и акустическое горло, отличающийся тем, что горло выполнено разветвленным и состоящим из 3 участков различной длины и площади поперечного сечения, геометрические параметры которого определяются соотношением:

3l₄S₅S₆-l₆S₄S₅+4l₅S₄S₆=0,

где l₄, l₅, l₆, S₄, S₅, S₆ длины и площади участков горла, а в полости установлен разгруженный от статических сил давления поршень, ход которого ограничивается упорами.