Склад для зниження пульсацій тиску і вібрацій гідравлічних систем

Реферат: Склад для зниження пульсацій тиску і вібрацій гідравлічних систем, що містить воду і гідродинамічно-активну добавку. Як гідродинамічно-активну добавку використовують натрієву сіль (3-[N-метил-N-оленоїл]етилсульфокислоти і додатково містить хлористий натрій та їдкий натр. UA 87823 U (54) СКЛАД ДЛЯ ЗНИЖЕННЯ ПУЛЬСАЦІЙ ТИСКУ І ВІБРАЦІЙ ГІДРАВЛІЧНИХ СИСТЕМ UA 87823 U UA 87823 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 Корисна модель належить до області гідровіброакустики і може бути використана для поліпшення віброакустичних характеристик замкнених гідравлічних систем. Відомим є склад для гасіння пульсацій тиску і вібрацій гідравлічних систем який містить полімери великої молекулярної ваги (поліетиленоксид, поліакриламід) [1]. Найбільш близьким до корисної моделі є склад, який містить поліетиленоксид -5 3 СПЄО=5·10 г/см у воді. При середньовитратній швидкості плину ucp=3-10 м/с цього розчину у трубі, спектральні рівні потужності пульсацій тиску на низьких і середніх частотах знижуються в 5-8 разів, на високих (при f=104 Гц) у 100 разів у порівнянні з чистою водою. Однак, зазначений вище склад не може бути використаний для замкнених гідравлічних систем, які включають насоси для перекачування робочих рідин. Це обумовлено деструкцією (розривом) полімерних молекул при їхньому проходженні через насоси, що приводить, врешті решт, до втрати добавками здатності знижувати як гідродинамічний опір тертя, так і рівні пульсацій тиску в потоці [1]. В основу корисної моделі поставлена задача удосконалення способу зниження пульсацій тиску і вібрацій гідравлічних систем шляхом використання як робочої рідини водних розчинів міцелоутворюючих поверхнево-активних речовин (МПАР) із класу аніонактивних МПАР, що мають властивість відновлювати свою ефективність після проходження через насоси [2, 3]. Поставлена задача вирішується тим, що склад для зниження пульсацій тиску і вібрацій гідравлічних систем, який містить гідродинамічно-активну добавку і воду, згідно з корисною моделлю, як гідродинамічно-активну добавку містить натрієву сіль β-[N-метил N-оленоїл] етилсульфокислоти і додатково містить хлористий натрій і їдкий натр при наступному співвідношенні компонентів (у ваг. %): натрієва сіль β-[N-метил N0,1-2,0 оленоїл] етилсульфокислоти хлористий натрій 4,0-16,0 їдкий натр 0,005-0,15 вода решта. Приклади конкретного виконання. У процесі приготування робочої рідини зазначені компоненти вводяться у воду в наступній послідовності: β-[N-метил N-оленоїл] eтилсульфокислоти натрієва сіль, їдкий натр, хлористий натрій. Розчин готують при кімнатній температурі розмішуючи складові компоненти механічним шляхом до повного їх розчинення. Експериментальні дослідження з визначення діапазонів концентрацій електроліту (хлористого натрію), їдкого натру і МПАР (натрієвої солі β-[N-метил N-оленоїл] eтилсульфокислоти), у розчинах, в яких проявляється ефект зниження турбулентного тертя, проводили на установці постійного напору. У дослідах визначали величину ефекту відносного зниження гідродинамічного опору Δλ/λ, % при плині розчинів по скляній трубці діаметром 8,8 мм при середньовитратній швидкості плину uр=1,75 м/с і температурі t=22 °C. Результати дослідів наведено в таблицях 1 і 2. На фіг. 1 - зображено спектральні рівні вібрацій трубопроводу при плині води (1) та 0,76 % го розчину МПАР (2,3) при середньовитратній швидкості uср=6 м/с. Час циркуляції розчину 120 i 240 годин (2, 3), відповідно. 2' - фоновий рівень. Вміст хлористого натрію у розчині 5,43 ваг. % На фіг. 2 - зображено спектральні рівні вібрацій трубопроводу при плині води (1) та 0,76 %го розчину МПАР (2, 3) при середньовитратній швидкості ucp=2,9 м/c. Час циркуляції розчину 120 і 240 годин (2, 3), відповідно. 2', 3'- фоновий рівень. Вміст хлористого натрію у розчині 5,43 ваг. % На фіг. 3 - зображено спектральні рівні вібрацій насоса при плині води (1) та 0,76 %-го розчину ПАР (2) при середньовитратній швидкості uср=4 м/с. Вміст хлористого натрію у розчині 5,43 ваг. % На фіг. 4 - зображено спектральні рівні пристінних пульсацій тиску при плині води (1) та 0,76 %-го розчину ПАР (2-4) при середньовитратній швидкості uср=4,8 м/с. 2, 3, 4 - час циркуляції розчину 120, 240 та 310 годин, відповідно. 2'- фоновий рівень. Вміст хлористого натрію у розчині 5,43 ваг. % 1 UA 87823 U Таблиця 1 Вплив концентрації МПАР (СПар) на величину відносного зниження гідродинамічного опору Δλ/λ, % у водних розчинах. Концентрація хлористого натрію і їдкого натру у розчинах - 8,0 і 0,005 ваг. % відповідно. Δλ/λ, % 0,05 0 0,1 3 0,15 49 0,3 56 0,6 58 1,2 40 1,8 13 2 2 2,2 0 Таблиця 2 Вплив концентрації хлористого натрію Сел на величину відносного зниження гідродинамічного опору Δλ/λ, % у водних розчинах МПАР концентрації СПАР=0,2 %. Вміст їдкого натру у розчинах 0,005 ваг. %. Сел, % Δλ/λ, % 5 10 15 20 25 30 35 3 0 4 3 6 59 9 56 10 41 12 16 14 10 16 2 17 0 За межами зазначених діапазонів СПАР і Сeл ефекти зниження гідродинамічного опору, а також пульсацій тиску і вібрацій трубопроводів гідравлічних систем відсутні. Натрієва сіль β-[N-метил N-оленоїл] eтилсульфокислоти - аніон-активна поверхнево-активна речовина. Її міцелярні властивості (які визначають гідродинамічний ефект) зберігаються в часі тільки в лужних середовищах. Залежно від складу води, яка використовується як робоча рідина, для доведення значень водневого показника до рН≥7,8 необхідно ввести 0,005-0,15 % їдкого натру (NaOH). Цей діапазон концентрацій NaOH забезпечує доведення водневого показника рН до потрібних значень. Як приклад пропонуються результати випробувань на гідроакустичному стенді замкненого циклу робочої рідини наступного складу (у ваг. %): β-[N-метил N-оленоїл] 0,38 eтилсульфокислоти натрієва сіль їдкий натр 0,005 хлористий натрій 5,43 вода решта. Стенд, на якому проводилися гідродинамічні та віброакустичні випробування, являє собою 3 замкнений гідравлічний контур об'ємом 7 м , що включає наступні складові елементи: робочу ділянку у вигляді труби діаметром 67 мм і довжиною 17 м; зворотно-напірну магістраль (труба 3 діаметром 208 мм і довжиною 28 м); видаткову й напірну ємності об'ємом по 3 м кожна, відцентровий насос 8-ВФ-18; запірну арматуру; манометри для визначення перепаду тиску на конфузорі й випробувальній частині робочої ділянки труби довжиною 10 м. Величину ефекту зниження гідродинамічного опору тертя для досліджуваної ділянки розраховували по перепаду тиску і середньовитратній швидкості, затрачувану насосом потужність - за показниками амперметра і вольтметра. Віброакустичні параметри досліджуваної ділянки (рівні вібрацій трубопроводу й пристінних пульсацій тиску в потоці) визначалися за допомогою апаратури фірми Брюль і К'єр. Датчики вібрацій і пульсацій тиску були розташовані на відстані 10 м від входу в робочу ділянку. Вібраційний датчик був також установлений на корпусі насоса. Вимірювальний тракт містив у собі: віброакустичні перетворювачі, передпідсилювачі, вимірювальний підсилювач, частотний фільтр, самописи рівня, аналізатор. Результати експериментів показали, що при використанні як робочої рідини розчину натрієвої солі β-[N-метил N-оленоїл] eтилсульфокислоти з хлористим натрієм та їдким натром зазначеного вище складу, спостерігається значне поліпшення (у порівнянні з водою) віброакустичних характеристик: - при швидкості плину 5-7 м/с рівень вібрацій трубопроводу знизився на 6-8 дБ у діапазоні частот 60-200 Гц., на 15-18 дБ у діапазоні частот 200-1500 Гц і на 6-12 дБ у діапазоні частот 1500-20000 Гц (фіг. 1); - при швидкості потоку 3-4 м/с рівні вібрацій трубопроводу практично лягли на фоновий рівень (фіг. 2); - рівні вібрацій відцентрового насоса зменшилися на 4-6 дБ у діапазоні частот 40-1000 Гц і на 8-10 дб у діапазоні частот 1000-20000 Гц (фіг. 3); 2 UA 87823 U 5 10 15 20 - рівень пульсацій тиску в потоці знизився на 28 дБ у діапазоні частот 500-20000 Гц; на частотах до 500 Гц сигнал ліг на фоновий рівень (фіг. 4); - енергія, яка затрачується на циркуляцію робочого середовища, знизилася у 2,6 разу внаслідок зменшення гідравлічного опору трубопроводу на 75-78 %. Робоча рідина - розчин суміші МПАР, хлористого натрію, їдкого натру зазначеного вище складу неспинно циркулювала по замкненому контуру гідроакустичного стенда протягом 310 годин. При цьому спостерігалося стабільне зниження гідродинамічного опору, рівнів вібрацій гідравлічної системи і пульсацій тиску протягом усього зазначеного часу випробувань. -5 3 В той же час полімерний розчин, з концентрацією поліетиленоксиду С ПЕО=5·10 г/см , через 8 годин циркуляції повністю втратив свою ефективність, а віброакустичні характеристики прийняли значення такі, які має вода. Джерела інформації: 1. Пилипенко В.Н. Влияние добавок на пристенную турбулентность. Итоги науки и техники / В.Н. Пилипенко // ВИНИТИ АН СССР. Сер. Механика жидкости и газа. - 1980. - № 15. - С. 156257 (найближчий аналог) 2. Повх И.Л. Особенности турбулентных течений растворов мицеллообразующих поверхностно-активных веществ / И.Л. Повх, А.Б. Ступин, С.Н. Максютенко и др. // В сб.: Механика турбулентных потоков. - М., 1980. - С. 44-69. 3. Повх І.Л. Проблема зниження турбулентного тертя добавками / І.Л. Повх, О.Б. Ступін // Вісник АН УРСР. - 1979. - № 10. - С. 55-65. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 25 Склад для зниження пульсацій тиску і вібрацій гідравлічних систем, що містить воду і гідродинамічно-активну добавку, який відрізняється тим, що як гідродинамічно-активну добавку використовують натрієву сіль (3-[N-метил-N-оленоїл]етилсульфокислоти і додатково містить хлористий натрій та їдкий натр при наступному співвідношенні компонентів (у ваг. %): -[N-метил-N0,1-2,0 оленоїл]eтилсульфокислоти натрієва сіль хлористий натрій 4,0-16,0 їдкий натр 0,005-0,15 вода решта. 3 UA 87823 U 4 UA 87823 U Комп’ютерна верстка А. Крижанівський Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 5