Пристрій гасіння гідравлічних ударів в трубопроводі

Реферат: Пристрій гасіння гідравлічних ударів в трубопроводі, по якому транспортується рідина, складається з прямолінійної ділянки труби постійного діаметра і байпасного каналу постійного діаметра, вихід якого сполучений з вищезгаданою трубою на ділянці, яка передує його входу. При цьому, у байпасному каналі на відстані рівній 2…5 його діаметра від його входу встановлено зворотний клапан, що пропускає рідину від входу байпасного каналу до його виходу, причому кут між віссю труби постійного діаметра і віссю байпасного каналу у місці входу становить 10…30°, а в місці виходу - 83…86° та довжина байпасного каналу дорівнює сумі довжин байпасного каналу від його входу до виходу, та еквівалентній довжині байпасного каналу, обумовленій місцевим опором зворотного клапана і які в сумі становлять половину хвилі можливого гідравлічного удару. UA 116104 U (12) UA 116104 U UA 116104 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Корисна модель призначена для захисту рідинних систем, наприклад водоводів, теплових мереж, нафтопроводів тощо, від впливу гідравлічних ударів, що виникають під час запуску та зупинки вказаних систем, інших випадків, при яких відбувається раптова зупинка течії рідини в трубопроводі. Корисна модель належить до допоміжного обладнання трубопровідних мереж, а саме до пристроїв гасіння гідравлічних ударів у трубопровідних мережах і може використовуватися у трубопровідних системах водопостачання в усіх промислових та технологічних системах, де відбувається цілеспрямований рух рідини. Відомий пристрій для гасіння гідравлічних ударів [Патент 2134834 Росія, МПК F16L 55/045. 20.08.1999. Бюл. № 25], що містить резервуар, який виконує функцію повітряного ковпака, всередині якого розміщені вкриті гумою полі, які знаходяться під вакуумом, скляні кульки. Підвід та відвід рідини здійснюється по трубопроводу. За вищезгаданим резервуаром в трубопроводі, по напрямку руху рідини, розміщено зворотний клапан. Недоліком цього пристрою для гасіння гідравлічних ударів є те, що при виникненні гідравлічного удару скляні кульки, що знаходяться в резервуарі, руйнуються запобігаючи гідравлічний удар і для їх заміни потрібен певний час. Крім того, такий пристрій гасіння гідравлічних ударів має великі габарити, він не може автоматично підстроюватися до параметрів можливого гідравлічного удару, тобто діапазон його використання обмежений. Найбільш близьким за технічною суттю до корисної моделі, що заявляється, є пристрій гасіння гідравлічних ударів, що містить прямолінійну ділянку труби постійного перетину, яка додатково обладнана послідовно розташованою розширеною ділянкою труби з діаметром, по крайній мірі, у два рази більшим, ніж діаметр попередньої прямолінійної ділянки труби, а також байпасним каналом, який з'єднує згадану розширену ділянку трубопроводу з прямолінійною ділянкою трубопроводу постійного перетину, яка передує розширеній ділянці, причому вісь відводу байпасного каналу і вісь розширеної ділянки трубопроводу утворюють гострий кут, а вісь виходу байпасного каналу з віссю прямолінійної ділянки трубопроводу утворюють прямий кут, та відстань від відводу байпасного каналу до його виходу у середньому дорівнює половини хвилі можливого гідравлічного удару [Патент 2403489 Росія, F16L 55/045. 10.11.2010. Бюл. № 31]. Особливістю даного пристрою для гасіння гідравлічних ударів є те, що розширена ділянка труби з діаметром, по крайній мірі, у два рази більший за діаметр попередньої прямолінійної ділянки труби сполучена з останньою конічним конфузором, в якому виконано відвід байпасного каналу, а вісь байпасного каналу, по відношенню до осі прямолінійної ділянки трубопроводу, виконана з деяким радіусом. Недоліком даного пристрою для гасіння гідравлічних ударів у трубопроводі є значні габарити, обумовлені, в першу чергу, значною довжиною байпасного каналу, яка повинна бути, принаймні, не меншою за половину хвилі можливого гідроудару. (За розрахунками встановлено, що для трубопроводу довжиною 10 м, у якому тече вода, при гідравлічному ударі довжина хвилі можливого гідравлічного удару становить приблизно 40 м.) При довжині байпасного каналу меншою за половину хвилі можливого гідравлічного удару, внаслідок інтерференції хвиль, в місці сполучення байпасного каналу з прямолінійною ділянкою труби відбувається підсилення їх амплітуди (підвищення тиску) [Андренко П.Н., Григорьев А.Л., Лурье З.Я., Скляревский А.Н. Интерференция волн давления в объемных гидроагрегатах / Восточно-европейский журнал передовых технологий. - 2008. - № 6/5 (36). - С. 35-47.]. Крім того трубопровід містить ділянку, діаметр якої, принаймні, у два рази більший за діаметр прямолінійної труби. Таким чином значні габаритні розміри пристрою для гасіння гідравлічних ударів у трубопроводі, що розглядається, не дозволяють його застосовувати у технологічному устаткуванню де простір між окремими агрегатами обмежений. Даний пристрій не може автоматично підстроюватися до змінних параметрів можливого гідравлічного удару. В основу корисної моделі поставлена задача на створення пристрою для гасіння гідравлічних ударів у трубопроводі, у якому завдяки новому конструктивному виконанню прямолінійної труби, яку виконано без розширеної ділянки та байпасного каналу, у якому, на відстані рівній 2…5 його діаметра від його входу, встановлено зворотний клапан, який пропускає рідину від входу байпасного каналу до його виходу, причому кут між віссю труби постійного діаметра і віссю байпасного каналу у місці входу становить 10…30°, а в місці виходу - 83…86°, довжина байпасного каналу дорівнює сумі довжин байпасного каналу, від його входу до виходу, та еквівалентній довжині байпасного каналу, обумовленій місцевим опором зворотного клапана, і які в сумі становлять половину, або трохи більше, хвилі можливого гідравлічного удару. Це дозволяє отримати пристрій для гасіння гідравлічних ударів у трубопроводі зі значно меншими габаритними розмірами і металоємністю, який може бути 1 UA 116104 U 5 10 15 20 25 30 35 вбудований у широку гаму промислового технологічного обладнання без його переробляння, та за рахунок використання зворотного клапану, встановленого у байпасному каналі з пружиною змінної жорсткості, розширити діапазон підстроювання до параметрів можливого гідравлічного удару, а за рахунок удосконалення конструкції проточної частини пристрою підвищити ефективність гасіння гідравлічних ударів. Поставлена задача вирішується тим, що в пристрій для гасіння гідравлічних ударів у трубопроводі, що містить прямолінійну ділянку труби постійного діаметра і байпасний канал постійного діаметра, вихід якого сполучений з вищезгаданою трубою на ділянці, яка передує його входу, який відрізняється тим, що у байпасному каналі на відстані рівній 2…5 його діаметра від його входу встановлено зворотний клапан, який пропускає рідину від входу байпасного каналу до його виходу, причому кут між віссю труби постійного діаметра і віссю байпасного каналу у місці входу становить 10…30°, а в місці виходу - 83…86° та довжина байпасного каналу дорівнює сумі довжин байпасного каналу, від його входу до його виходу, та еквівалентній довжині байпасного каналу, обумовленій місцевим опором зворотного клапана, і які в сумі становлять половину, або трохи більше, хвилі можливого гідравлічного удару, та зворотній клапан встановлений у байпасному каналі виконаний з пружиною змінної жорсткості. Така конструкція пристрою для гасіння гідравлічних ударів у трубопроводі, на відміну від найближчого аналога, за рахунок встановлення зворотного клапана у байпасному каналі на відстані рівній 2…5 його діаметра від його входу і який пропускає рідину від входу байпасного каналу до його виходу, дозволяє значно зменшити габарити пристрою та забезпечити довжину байпасного каналу рівній половині хвилі можливого гідравлічного удару. Виконання кута між віссю труби постійного діаметра і віссю байпасного каналу у місці входу 10…30°, а в місці виходу - 83…86° дозволяє підвищити ефективність передачі сигналу (підвищення тиску), обумовленого можливим гідравлічним ударом з входу байпасного каналу на його вихід. Виконання у зворотному клапані встановленому у байпасному каналі пружини зі змінної жорсткістю дозволяє автоматично підстроюватися до параметрів можливого гідравлічного удару. Суть винаходу пояснюється кресленням, на якому зображені: пристрій для гасіння гідравлічних ударів у трубопроводі містить прямолінійну ділянку труби постійного діаметра 1, байпасний канал постійного діаметра 2, вихід 4 якого сполучений з трубою 1 на ділянці, що передує його входу 3, зворотний клапан 5, який, при його відкритті, пропускає рідину від входу 3 байпасного каналу до його виходу 4, та розміщений у байпасному каналі 2 на відстані рівній 2…5 діаметрів цього каналу від його входу 3. Кут α між віссю труби постійного діаметра 1 і віссю байпасного каналу 2 у місці входу 3 становить 10…30°, а кут β в місці виходу 4-83…86°. l1 відтінок труби постійного діаметра 1 між входом 3 байпасного каналу 2 та його виходом 4. Довжина байпасного каналу 2 - l дорівнює сумі довжин байпасного каналу від його входу 3 до його виходу 4 - l2 та еквівалентній довжині байпасного каналу, обумовленій місцевим опором зворотного клапана - lеф і які в сумі становлять половину, або трохи більше, хвилі можливого 1  . У зворотному клапані 5 встановлена пружина змінної 2 жорсткості, яка дозволяє пропорційно, залежно від підвищення тиску можливого гідравлічного удару, його відкривати, змінюючи таким чином еквівалентну довжину байпасного каналу. Пристрій для гасіння гідравлічних ударів у трубопроводі працює наступним чином. У звичайному режимі рідина від будь-якого джерела живлення, наприклад насоса, на кресленні не показаний, надходить по трубопроводу 1 з його входу на вихід (на кресленні позначено стрілкою) до споживача. При виникненні гідравлічного удару наприклад, миттєвого закриття засувки у споживача, ударна хвиля зі швидкістю, яка практично дорівнює швидкості розповсюдження звуку у рідині, буде розповсюджуватися у бік входу 3 байпасного каналу 2. У мить підходу хвилі гідравлічного удару до входу 3 байпасного каналу 2 та зворотного клапана 5 цей клапан почне відкриватися під дією підвищеного тиску, обумовленого ударною хвилею, і рідина почне рухатися по байпасному каналі 2 з його входу 3 до виходу 4. При цьому внаслідок збільшення площі поперечного перетину на відтінку труби постійного діаметра 1 між входом 3 байпасного каналу 2 та його виходом 4 - l1 підвищення тиску гідравлічного удару дещо гідравлічного удару - l  l2  lеф  40 45 50 55 зменшиться. Величина еквівалентної довжини байпасного каналу - lеф залежить від ступеня відкриття зворотного клапана 5. Використання у зворотному клапані 5 пружини змінної жорсткості дозволить автоматично підстроюватися до параметрів можливого гідравлічного удару, розширити діапазон його ефективного використання. При досягненні хвилі гідравлічного удару виходу 4 байпасного каналу 2 відбувається інтерференція хвиль, внаслідок чого гаситься 2 UA 116104 U 5 10 гідравлічний удар і тиск у трубопроводі постійного діаметра 1 зменшується. Виконання кута α між віссю труби постійного діаметра 1 і віссю байпасного каналу 2 у місці входу 3 рівними 10…30°, та кута β в місці виходу 4-83…86° забезпечує зменшення гідравлічного опору при вході рідини у байпасний канал 2 (швидше відкриття зворотного клапана 5) та сприятливі умови інтерференції хвиль гідравлічного удару у місці виходу рідини 4 з байпасного каналу 2, підвищуючи, таким чином, ефективність пристрою для гасіння гідравлічних ударів. Таке виконання пристрою дозволяє суттєво зменшити його габарити та металоємність і за рахунок використання зворотного клапану встановленого у байпасному каналі з пружиною змінної жорсткості розширити діапазон підстроювання до параметрів можливого гідравлічного удару. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 15 20 25 1. Пристрій гасіння гідравлічних ударів в трубопроводі, по якому транспортується рідина, який складається з прямолінійної ділянки труби постійного діаметра і байпасного каналу постійного діаметра, вихід якого сполучений з вищезгаданою трубою на ділянці, яка передує його входу, який відрізняється тим, що у байпасному каналі на відстані рівній 2…5 його діаметра від його входу встановлено зворотний клапан, що пропускає рідину від входу байпасного каналу до його виходу, причому кут між віссю труби постійного діаметра і віссю байпасного каналу у місці входу становить 10…30°, а в місці виходу - 83…86° та довжина байпасного каналу дорівнює сумі довжин байпасного каналу від його входу до виходу, та еквівалентній довжині байпасного каналу, обумовленій місцевим опором зворотного клапана і які в сумі становлять половину хвилі можливого гідравлічного удару. 2. Пристрій для гасіння гідравлічних ударів в трубопроводі за п. 1, який відрізняється тим, що зворотний клапан встановлений у байпасному каналі виконаний з пружиною змінної жорсткості. Комп’ютерна верстка В. Мацело Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Василя Липківського, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут інтелектуальної власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 3