Устройство для гашения гидравлического удара

Заявляемое в качестве полезной модели устройство для гашения гидравлического удара может быть использовано во всех отраслях народного хозяйства, связанных с нестационарным течением жидкости. Сущность полезной модели заключается в том, что устройство для гашения гидравлического удара содержит участок тонкостенной трубы с овальной формой поперечного сечения. На трубе установлены упругое и жесткое кольца, сопряженные между собой по эквидистантным цилиндрическим поверхностям с аналогичной трубе формой поперечного сечения. Упругое кольцо жестко соединено с трубой и выполнено с переменной толщиной стенки и двумя разновеликими осями симметрии поперечного сечения, причем большая ось этого сечения расположена под углом к большей оси сечения трубы. Толщина упругого кольца по большей оси симметрии выполнена больше толщины кольца по малой оси. Между упругим и жестким кольцами размещены тела качения. Между жестким кольцом и трубой установлена возвратная пружина. Заявляемое в качестве полезной модели устройство для гашения гидравлического удара позволяет на 25-30% повысить эффективность гашения гидравлического удара при многоразовом использовании.

Заявляемое в качестве полезной модели устройство для гашения гидравлического удара относится к устройствам для гашения энергии, шума, гидравлических ударов и может быть использовано во всех отраслях народного хозяйства, связанных с нестационарным течением жидкости.

Известно устройство для гашения колебаний давления жидкости, выполненное в виде установленных в корпусе, заполненном сжатым газом, внутренних оболочек с поперечным сечением некруговой плоскоовальной формы (патент США 2051019)

Однако, это устройство недостаточно надежно из-за возможности утечки сжатого газа.

Также известно устройство для гашения колебаний давления, включающее демпфирующую камеру, имеющую в поперечном сечении форму эллипса (а.с. 699277)

Недостатком данного устройства является то, что оно не может быть использовано при работе с большими давлениями из-за податливости стенок демпфирующей камеры.

Наиболее близким к предлагаемой полезной модели по технической сущности и достигаемому результату является устройство для гашения гидравлического удара, содержащее участок тонкостенной трубы с овальной формой поперечного сечения (а.с. 687307).

К недостаткам прототипа относится недостаточная эффективность гашения гидравлического удара при многоразовом использовании.

Задачей полезной модели является повышение эффективности гашения гидравлического удара при многоразовом использовании.

Технический результат заключается в избежании появления пластических деформаций в материале трубы при формоизменении поперечного сечения, в результате упругость трубы остается постоянной при многоразовом использовании.

Достигается это за счет того, что кольца выполняют роль промежуточной опоры.

Достигается и за счет того, что в устройстве для гашения гидравлического удара, которое содержит участок тонкостенной трубы с овальной формой поперечного сечения, на трубе установлены упругое и жесткое кольца, сопряженные между собой по эквидистантным цилиндрическим поверхностям с аналогичной трубе формой поперечного сечения. Упругое кольцо жестко соединено с трубой и выполнено с переменной толщиной стенки и двумя разновеликими осями симметрии поперечного сечения. Большая ось этого сечения расположена под углом к большей оси сечения трубы. Толщина упругого кольца по большей оси симметрии выполнена больше толщины кольца по малой оси. Между упругим и жестким кольцами размещены тела качения. Между жестким кольцом и трубой установлена возвратная пружина.

На фиг. 1 изображено устройство, общий вид.

На фиг. 2 - сечение А-А на фиг, 1 (с расположением элементов устройства, соответствующим статическому давлению в магистрали).

На фиг. 3 - тоже, но с расположением элементов устройства в момент демпфирования гидравлического удара.

Устройство для гашения гидравлического удара содержит присоединительную арматуру 1 и 2, участок тонкостенной трубы 3 с овальной формой поперечного сечения. На трубе 3 (в средней ее части) установлено упругое кольцо 4, жестко соединенное с трубой. На кольцо 4 через одноразмерные тела 5 качения установлено жесткое кольцо 6.

Упругое кольцо 4 выполнено с переменной толщиной стенки и имеет две оси симметрии поперечного сечения Х-Х и Y-Y.

Наружная поверхность упругого кольца 4 имеет в поперечном сечении форму, аналогичную форме поперечного сечения использованной тонкостенной трубы 3. Кольцо 4 установлено на трубе 3 так, что большая ось его поперечного, сечения Х-Х не совпадает с большой осью сечения трубы Z-Z на угол .

Толщина кольца 4 по его большой оси симметрии Х-Х выполнена больше толщины по малой оси Y-Y, поэтому овальность наружной поверхности кольца 4 больше, чем для трубы 3. При этом полуоси малой оси трубы 3 пересекают наружную поверхность кольца под углом, отличающимся от 90°. Внутренняя поверхность жесткого кольца 6 выполнена эквидистантной наружной поверхности упругого кольца 4. На жестком кольце 6 и тонкостенной трубе 3 закреплена возвратная пружина растяжения 7.

Устройство работает следующим образом.

При стационарном режиме протекания рабочей жидкости статическое давление воспринимается стенками присоединительной арматуры 1 и 2 и трубы 3.

Стенка тонкостенной трубы 3 стремится приобрести форму круга. При этом равнодействующие силы внутреннего давления, распирающие изнутри трубу 3, направлены вдоль малой оси поперечного сечения трубы. Через упругое кольцо 4 они передаются жесткому кольцу 6.

Так как угол давления между кольцами 4 и 6, разделенных телами 5 качения, выполнен больше угла трения, а это обеспечивается подбором угла овальности тонкостенной трубы 3, толщины упругого кольца 4, то за счет клинового эффекта распорные силы образуют пару сил, которая заставляет жесткое кольцо 6 проворачиваться относительно тонкостенной трубы 3 и упругого кольца 4.

Этому противодействует пружина 7, создающая усилие, уравновешивающее вращающий момент на жестком кольце 6 от распорных сил трубы при номинальном статическом давлении в магистрали.

Регулируя усилие пружины 7, можно добиться такого положения жесткого кольца 6, при котором поперечное сечение тонкостенной трубы 3, при номинальном статическом давлении в магистрали, соответствует таковому при отсутствии давления.

При этом большая ось поперечного сечения жесткого кольца 6, определяемая углом , совпадает с большой осью упругого кольца 4, смещенного на угол от большой оси тонкостенной трубы 3 (на фиг. 2 =₁).

При отсечке или изменении режима течения жидкости во внутренней полости тонкостенной трубы 3 возникает гидравлический удар, давление при котором превышает номинальное статическое. Возникшие при этом увеличенные распорные силы преодолевают сопротивление пружины 7. Жесткое кольцо 6 проворачивается относительно упругого кольца 4 в сторону увеличения радиус-вектора своей внутренней поверхности, давая возможность увеличиваться малой оси тонкостенной трубы 3. При этом большая ось тонкостенной трубы 3 уменьшается, а поперечное сечение приближается к форме круга.

Как показано на фиг. 3, поворот жесткого кольца 6 происходит по направлению вращения часовой стрелки до тех пор, пока распорные силы со стороны тонкостенной трубы 3 не уравновесятся силой растянутой пружины 7, вплоть до превращения поперечного сечения тонкостенной трубы 3 в круговое. Большая ось жесткого кольца 6, определяемая углом ₂, не совпадает с первоначальным (при номинальном статическом давлении в магистрали) положением большой оси кольца 4 (₂>).

Вращаясь, жесткое кольцо 6 заставляет деформироваться упругие стенки кольца 4 эквидистантно своему поперечному сечению. В зависимости от углов и ₂ соответствующим образом деформируется стенка трубы 3, приводя к увеличению площади поперечного сечения трубы, а, следовательно, и объема внутренней полости. Это уменьшает давление гидроудара, энергия которого гасится на преодоление сопротивления пружины и стенок трубы при их формоизменении.

При прохождении фронта волны гидроудара давление в магистрали понижается, уменьшаются распорные силы, сила пружины 7 преодолевает момент пары распорных сил на жестком кольце 6 и поворачивает его в противоположную сторону (против часовой стрелки на фиг. 3), возвращая его в исходное состояние при номинальном статическом давлении в магистрали (фиг. 2). Устройство готово к повторному срабатыванию.

Заявляемое в качестве полезной модели устройство для гашения гидравлического удара позволяет на 25-30% повысить эффективность гашения гидравлического удара при многоразовом использовании.

1. Устройство для гашения гидравлического удара, содержащее участок тонкостенной трубы с овальной формой поперечного сечения, отличающееся тем, что на трубе установлены упругое и жесткое кольца, сопряженные между собой по эквидистантным цилиндрическим поверхностям с аналогичной трубе формой поперечного сечения, причем упругое кольцо жестко соединено с трубой и выполнено с переменной толщиной стенки и двумя разновеликими осями симметрии поперечного сечения, при этом большая ось поперечного сечения расположена под углом к большей оси сечения трубы.

2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что толщина упругого кольца по большей оси симметрии выполнена больше толщины кольца по малой оси.

3. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что между жестким и упругим кольцами размещены тела качения.

4. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что между жестким кольцом и трубой установлена возвратная пружина.

РИСУНКИ