Способ гашения импульсов давления в трубопроводах

Авторы патента:

F17D1/20 - устройства или приспособления для изменения динамических характеристик систем, например для поглощения пульсаций, возникающих при открывании и закрывании клапанов (гидродинамика F15D; поглощение пульсаций жидкостей в трубопроводах вообще F16L 55/04)

F16L55/045 - предназначенные для предотвращения или уменьшения воздействия гидравлического удара

Владельцы патента RU 2756396:

Ершов Сергей Иванович (RU)

Изобретение относится к методам и средствам гашения пульсаций давления жидкости (гидроудара) или газа в трубопроводах. Способ заключается в том, что поток жидкости или газа трубопровода, в котором действуют импульсы давления, разделяют на N частей и направляют их в каналы, имеющие разную задержку из-за их разной длины, поэтому на выходе импульсы от разных каналов с уменьшенной в N раз энергией суммируются, поступая по очереди из-за разного времени прохождения по каналу. Соответственно растягивается фронт импульса и уменьшается нежелательное воздействие на трубопровод. Задержка каждого канала вычисляется по формуле Tn=T+delta*(N-l), где Т - задержка самого короткого канала, Тn - задержка в канале номер N, delta - приращение задержки канала при увеличении его номера на единицу, N - номер канала. Технический результат - сглаживание скорости нарастания фронта импульса давления жидкости или газа в трубопроводе и соответствующее уменьшение негативного воздействия на трубопровод. 2 ил.

Изобретение относится к объектам теплоснабжения, нефтяной, газовой, химической, атомной промышленности, а также к авиационно-космической технике, и может быть использовано как средство защиты трубопроводов от разрушения в результате действия импульсов и пульсаций давления в жидкости или газе, сопровождающих гидравлический удар, возникающий при включении, работе и выключении насосов, открытии и закрытии клапанов, задвижек и других устройств.

Известны традиционные способы гашения колебаний в трубопроводах, заключающиеся в том, что поток жидкости или газа разделяют на части, а отведенные из трубопровода потоки заводят в демпфирующие камеры с упругими элементами, в которых происходит изменение объема под действием перепада давления, за счет использования потенциальной энергии импульсов [1, 2].

Недостатком такого способа является ограниченный диапазон частот гасимых импульсов давления, зависящий от жесткости упругих элементов и ограниченного объема расширительных камер.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому изобретению (прототип) является способ, который реализован в способе и устройстве гашения импульсов давления в магистральных трубопроводах [3]. Способ диссипации импульсов давления заключается в том, что потоки жидкости или газа магистрального трубопровода, в котором действуют импульсы давления, разделяют на части, и отведенные части через расширительные камеры заводят в демпфирующую камеру, в которой потоки направляют встречно на жидкость или газ, находящиеся в камере так, что импульсы давления изменяют их плотность и давление за счет потенциальной энергии самих импульсов и одновременно закручивают потоки в противоположные стороны, тормозя скорость жидкости или газа за счет кинетической энергии взаимодействия встречных потоков.

Достоинством описанного способа гашения импульсов давления является повышение эффективности гашения импульсов давления за счет одновременной диссипации как потенциальной, так и кинетической энергий самих импульсов путем изменения плотности, давления и скорости встречных потоков жидкости или газа в демпфирующей камере.

Недостатком указанного способа гашения импульсов давления является низкая эффективность и отсутствие аналитического инструмента расчета эффективности способа.

Задачей способа изобретения является повышение эффективности гашения колебаний давления в трубопроводах за счет растягивания энергии и фронта импульса давления во времени.

Указанный технический эффект в способе повышения эффективности гашения колебаний импульсов давления заключается в том, что поток жидкости или газа трубопровода разделяется на части, которые заводятся в каналы разной длины, где потоки движутся с одинаковой скоростью, но разное время. При объединении каналов в общий поток фронт импульса давления растягивается (сглаживается) тем больше, чем больше количество используемых каналов.

Разное время задержки импульса давления в разных каналах определяется тем, что все каналы имеют разную длину, определяемую по формуле Tn=Т+delta*(N-1), где Т - задержка самого короткого канала, Tn - задержка канала номер N, delta - приращение задержки канала при увеличении его номера на единицу, N - номер канала.

Сущность предложенного технического решения поясняется чертежами, где изображены:

на фиг. 1 - разделение потока на каналы с разным временем задержки,

1 - входящий поток,

2 - самый короткий канал,

3 - самый длинный канал,

4 - выходящий поток,

на фиг. 2 - временная диаграмма фронта импульса давления во входящем потоке и в выходящем потоке после объединения каналов,

5 - ось давления,

6 - фронт импульс давления во входящем потоке,

7 - фронт импульс давления в выходящем потоке,

8 - ось времени,

9 - задержка в самом коротком канале,

10 - задержка в самом длинном канале.

Способ гашения импульсов давления в магистральном трубопроводе работает следующим образом.

В установившемся стационарном режиме поток жидкости или газа, проходящий через участок магистрального трубопровода, имеет постоянное давление на входе 1 и выходе 4 всех каналов (фиг. 1). При этом постоянное давление устанавливается и во всех каналах.

Фронт возникшего импульса давления (гидроудар) достигает входы всех каналов одновременно, но на выходе каждого канала он появляется с уменьшенной в N раз энергией (в соответствии с количеством используемых каналов) и с задержкой, зависящей от длины канала. В итоге длительность фронта импульса на выходе будет больше, чем на входе (фиг. 2). Чем больше используемых каналов, тем сильнее будет сглаживание фронта импульса давления и, соответственно, меньше негативное воздействие импульса давления (гидроудара) на трубопровод.

Таким образом, предлагаемый способ гашения импульсов давления в трубопроводе позволяет повысить эффективность гашения импульсов давления за счет растягивания фронта импульса давления во времени аналогично тому, как работает интегратор в электрических цепях.

Используемые источники

1. Б.Б. Некрасов. Гидравлика и ее применение на летательных аппаратах. Изд-во «Машиностроение», М., 1967 г., стр. 202.

2. Патент РФ № 2386889, кл. F16L, 55/04 за 2010 г.

3. Патент РФ № 2645860, кл. F15D, 1/00 (2006.01) (прототип).

Способ гашения импульсов давления в трубопроводах, заключающийся в том, что поток жидкости или газа трубопровода, в котором действуют импульсы давления, разделяют на части, движущиеся в отдельных каналах, объединяемые далее в общий поток, отличающийся тем, что импульс давления в каждом канале задерживается по времени на величину, определяемую по формуле Tn=T+delta*(N-1), где Т - задержка в самом коротком канале, Тn - задержка в канале номер N, delta - приращение задержки канала при увеличении его номера на единицу, N - номер канала.

Устройство предназначено для гидротранспортировки нефти, масел, жидких продуктов нефтепереработки в нефтехимической промышленности. Устройство содержит спиральные витковые элементы, при этом по ходу движения жидкости витки выполнены в виде элементов с постепенно уменьшающейся площадью поперечного сечения и при одновременном увеличении шага витков в 2 раза через каждые 0,5 оборота, каждый спиральный элемент содержит 1,25…1,5 оборота при начальной длине шага для половины оборота, равной 0,35…0,5 от внутреннего диаметра трубопровода в зависимости от физико-химических свойств транспортируемой жидкости, витки в поперечном сечении выполнены в виде сочетания вогнутой и выпуклой поверхностей второго порядка с границей раздела между ними по ребру витков, обращенному к оси трубопровода, площадь поперечного сечения каждого витка составляет от 1/4 до 1/8 от площади круга, который описывается по крайним точкам наибольшей дуги поперечного сечения витка, витки выполнены с двухспиральным диаметрально противоположным расположением начальных заходов, через 1,25…1,5 оборота спиральные витки переходит в гладкую внутреннюю поверхность с длиной этого участка 0,35…0,5 от внутреннего диаметра трубопровода.

Устройство для стабилизации и регулирования давления // 2695241

Изобретение относится к устройствам для стабилизации давления потока и может быть использовано в напорных трубопроводных системах различных отраслях народного хозяйства, в частности в расходометрии. Устройство содержит внутри полого цилиндрического корпуса с патрубками подвода и отвода жидкости кольцевую камеру.

Способ транспортировки газообразных и жидких продуктов по трубопроводу // 2587798

Изобретение относится к трубопроводному транспорту и может быть использовано в различных областях техники при транспортировании вязких структурированных жидкостей, в частности газа, нефти и нефтегазожидкостных смесей, содержащих песок и другие механические примеси, по трубопроводам. Способ транспортировки газообразных и жидких продуктов по трубопроводу 1 заключается в том, что создают избыточное давление транспортируемого продукта на входе в трубопровод 1 и при этом продукту при помощи активатора вращения 3, расположенному внутри трубопровода 1, придают вращательное движение на всем протяжении трубопровода 1, причем транспортируемому продукту придают вращательное движение в активаторе вращения 3 при помощи отрезка винтовой трубы прямоугольного поперечного сечения, причем угол закрутки стенок вдоль продольной оси составляет φ=n×90°, где n=1, 2, 3, … Технический результат - снижение потерь напора.

Способ самогашения ударных импульсов транспортируемой среды в магистральном продуктопроводе // 2531483

Способ предназначен для гашения ударных импульсов транспортируемой среды в магистральном продуктопроводе. Способ заключается в следующем, на участке продуктопровода в него устанавливают стабилизатор импульсов давления с прямоточной камерой на входе и вихревой камерой на выходе из него.

Способ транспортировки газообразных и жидких продуктов по трубопроводам и устройство для его осуществления // 2528545

Способ и устройство предназначены для транспортировки газообразных и жидких продуктов по трубопроводам. Способ заключается в том, что создают избыточное давление транспортируемого продукта на входе в трубопровод и при этом продукту при помощи активаторов вращения, расположенных внутри трубопровода, придают вращательное движение на всем протяжении трубопровода, при этом активаторы вращения располагают в стыках трубопроводов.

Способ и система для переохлаждения добываемого углеводородного флюида для транспортировки // 2509205

Группа изобретений относится к области устранения или уменьшения отложений твердых частиц, таких как твердые частицы парафина, в подводном трубопроводе, по которому транспортируют углеводородные флюиды. Обеспечивает повышение эффективности технологии в режиме холодного потока.

Способ перекачки природного газа // 2392504

Изобретение относится к газовой промышленности и может быть использовано при перекачке природного газа по трубопроводам. .

Устройство для уменьшения гидравлических потерь в трубопроводе // 2334134

Изобретение относится к устройствам, снижающим гидравлическое сопротивление трубопровода при перекачивании по нему жидкостей, и может найти применение при гидротранспорте нефтей, масел, растворов, эмульсий, суспензий, воды, расплавов полимеров других ньютоновских и неньютоновских жидких сред. .

Устройство для преобразования потока газа/жидкости в ламинарный поток или в поток с расслоенным режимом // 2314859

Способ регенерации донных отложений мазутохранилищ и устройство для его осуществления // 2300696

Изобретение относится к области энергетики и нефтяной промышленности и может быть использовано для утилизации донных отложений мазутохранилищ по замкнутому циклу. .

Устройство для защиты трубопроводов от ударных скачков давления // 2744448

Изобретение относится к гидросистемам, в частности к предохранительным устройствам трубопроводов, и предназначено для повышения эффективности гашения коротких импульсов гидравлического удара и пульсаций давления для обеспечения надежности эксплуатации трубопровода и защиты гидрооборудования при различных возмущениях давления в гидросистемах.