Компенсатор гидравлического удара
Использование: для защиты гидро- и пневмосистем, в частности, их узлов и элементов и особенно счетчиков, от гидравлического удара и колебаний давления и расхода при перекачивании рабочей среды насосами, в том числе, и топливными в топливных системах двигателей транспортных средств. Сущность: компенсатор гидравлического удара для счетчиков топлива в топливных системах двигателей выполнен в виде цилиндрического жесткого корпуса большого диаметра с присоединенными к его торцам штуцерами, и заполненного вкладышами в виде шариков из маслобензойстойкой резины. При этом внутри корпус разделен на демпфирующие камеры не менее чем двумя дисками с периферийным отверстием для прохода рабочей среды, размер которых равен размеру отверстий в штуцерах. Указанные отверстия в смежных дисках расположены на диаметрально противоположных их сторонах для изменения направления движения потока рабочей среды. Отверстия в штуцерах перекрыты сеткой, а также аналогичные сетки расположены с обеих сторон дисков. Технические преимущества: повышение надежности гашения гидравлического удара; расширение функциональных возможностей; уменьшение габаритных размеров; универсальность. 1 независим, п. ф-ли. 1 ил.
Полезная модель относится к средствам пневмогидравлической техники или к трубопроводной арматуре и может быть использована для защиты гидро- и пневмосистем, в частности, их узлов и элементов и особенно счетчиков, от гидравлического удара и колебаний давления и расхода при перекачивании рабочей среды насосами, в том числе, и топливными в топливных системах двигателей транспортных средств.
Известно устройство для гашения гидравлических ударов, которое содержит проточный корпус, установленный внутри защищаемого трубопровода, а также соосно размещенные в корпусе сопло и последовательно соединенные диффузор и конфузор. Устройство содержит внешнюю (за пределами трубопровода) вспомогательную емкость, связанную с упомянутым корпусом посредством трубки. Возле диффузора установлена насадка, которая содержит механизм управления в виде поворотного элемента с аэродинамическим профилем, направленным вдоль потока, и снабженного двумя упорами. Это устройство используется в трубопроводах. При установившемся режиме водоразбора корпус через дополнительную трубку постоянно забирает из вспомогательной емкости определенное количество воды. При остановке насосного агрегата, образовавшаяся волна, встречается с дополнительной трубкой, и часть воды возвращается во вспомогательную емкость, где волна теряет большую часть своей энергии [см. патент России №2111405 по классу F16L 55/04 опубликованный 20.05.1998 года].
Основным недостатком этого устройства является сложность и нерациональность его конструкции, обусловленные необходимостью размещения одной части устройства в защищаемом трубопроводе, а второй - снаружи. Кроме того, эксплуатация этого устройства вынуждает постоянно подпитывать вспомогательную емкость водой, что, в свою очередь, обеспечивать дополнительной системой водоснабжения само устройство. При монтаже устройства на трубопроводе возникает необходимость в нарушении его целостности для размещения внутри части устройства. Все это создает определенные неудобства и приводит к существенному повышению затрат на монтаж и эксплуатацию известного устройства для гашения гидравлического удара.
Этот недостаток устранен в устройстве для гашения гидроудара, которое содержит корпус, и размещенные в нем нормально открытый клапан, выполненный в виде поворотных неперфорированных заслонок, соединенных между собой посредством упругой связи и демпфирующих элементов, установленных в корпусе одна перед клапаном и другая - после клапана, при этом демпфирующие элементы выполнены в виде неподвижного профилированного сердечника с кольцевыми канавками и опорным элементом, упорных элементов в виде упорных ребер жесткости и поворотных профилированных и перфорированных лепестков, связанных шарнирно с сердечником. Шарниры размещены в канавках, лепестки соединены между собой упругим элементом. При этом лепестки демпфирующих элементов установлены до и после клапана и могут иметь различную величину перфорации, а угол наклона лепестков демпфирующих устройств в исходном положении может быть меньше или равен углу наклона заслонок в их исходном положении. При возникновении гидроудара, волна повышенного давления на его фронте раскрывает лепестки демпфирующего элемента, установленного перед клапаном, преодолевая сопротивление упругого элемента. Раскрытые перфорированные лепестки гасят пиковые нагрузки давления возмущенной среды. Далее волна повышенного давления закрывает поворотные заслонки клапана, и повышенное давление в отсеченной зоне перед клапаном продолжает гаситься перфорированными лепестками, причем фиксирование лепестков в раскрытом положении интенсифицирует процесс рассеивания энергии и затрачивания энергии потока на складывание лепестков и перевод их в исходное положение. Одновременно в зоне за клапаном происходит движение жидкости по инерции, при этом за счет проскочившей части энергии потока раскрываются перфорированные лепестки демпфирующего элемента, установленного за клапаном, что ведет к дальнейшему рассеиванию энергии потока до приемлемого уровня [см. патент России №2031300 по классу F16L 55/04 опубликованный 20.03.1995 года].
Основным недостатком этого устройства для гашения гидравлического удара, наряду с его чрезмерной сложностью и большой номенклатурой миниатюрных деталей, является его высокая инерционность, обусловленная возможностью проскока части энергии потока через клапан, что недопустимо для некоторых приборов, устанавливаемых в гидросистему, особенно счетчиков, устанавливаемых в топливную систему жидкостных двигателей транспортных средств.
Известен также компенсатор гидравлического удара, который состоит из центрального перфорированного трубопровода, охваченного упругой мембраной, с присоединительными патрубками или штуцерами и охватывающей его демпфирующей камеры, которая выполнена в виде цилиндрической трубки из эластичного материала, охваченной жестким корпусом большего диаметра, заполненного в кольцевом пространстве между ним и трубкой, вкладышами из упругого материала, выполненными в виде колец с распределенными по их поверхности выемками в виде кольцевых, либо радиальных, либо спиральных канавок или углублений произвольной формы и/или по их объему полостями в виде продольных или радиальных проточек, а также вкладыши разделены кольцами меньшего диаметра, образующих кольцевые канавки. При резком повышении давления рабочей среды, она, через перфорационные отверстия в трубопроводе, разрывает упругую мембрану, и волна давления гасится за счет диссипации энергии на перфорационных отверстиях, а также вследствие податливости трубки и вкладыша из упругого материала, который под воздействием волны давления выдавливается в выемки или полости [см. патент России №2144641 по классу F16L 55/04 опубликованный 20.01.2000 года].
Основным недостатком известного компенсатора гидравлического удара является одноразовость его использования из-за разрыва мембраны вследствие давления среды в момент гашения гидравлического удара значительной силы. Вторым недостатком известного компенсатора гидравлического удара является не эффективность использования его отдельных частей, в частности, вкладышей, при небольшой силе гидравлического удара, поскольку в этом случае мембрана не разрывается и доступ к вкладышам отсутствует. Третьим недостатком известного компенсатора гидравлического удара является нетехнологичность изготовления его конструкции. Этот недостаток обусловлен необходимостью использования специальных литьевых форм для изготовления вкладышей, которые имеют нестандартную конструкцию. Кроме того, поскольку вкладыши имеют различные виды канавок и выемок, нужны, соответственно, и разные литьевые формы, а это, в свою очередь, отражается в худшую сторону на себестоимости компенсатора.
Наиболее близким по своей сущности и достигаемому эффекту, принимаемым за прототип, является компенсатор гидравлического удара для счетчиков топлива в топливных системах двигателей, выполненный в виде цилиндрического жесткого корпуса большого диаметра с присоединенными к его торцам штуцерами,
и заполненного вкладышами в виде шариков из маслобензойстойкой резины или в виде упругих элементов иной произвольной криволинейной выпуклой формы, исключающей наличие плоских или вогнутых фрагментов на их поверхности, при этом внутри корпус разделен на демпфирующие камеры не менее двумя дисками с периферийным отверстием для прохода рабочей среды, размер которых равен размеру отверстий в штуцерах, причем указанные отверстия в смежных дисках расположены на диаметрально противоположных их сторонах для изменения направления движения потока рабочей среды [см. патент Украины №24312 U по классу F16L 55/04 опубликованный 25.06.2007 г.].
Основным и, наверное, единственным недостатком этого известного компенсатора гидравлического удара для счетчиков топлива в топливных системах двигателей является низкая надежность его работы из-за того, что упругий элемент - шарик - своим телом может перекрыть отверстие или в выходном штуцере или в диске в направлении движения жидкости, которая прижимает потоком шарики к отверстиям. Чтобы это исключить, необходимо увеличить диаметр шариков, но при этом ухудшатся гасящие свойства компенсатора из-за уменьшения общей площади поверхностей шариков. То есть, размер шариков находится в прямой зависимости от диаметров отверстий в штуцерах и в дисках.
В основу полезной модели поставлена задача повышения надежности и эффективности гашения гидравлического удара за счет исключения возможности перекрытия отверстий для течения жидкости шариками независимо от их размера путем расчленения целостности отверстий в штуцерах и дисках на множество отдельных, небольших по размеру.
Решение поставленной задачи достигается тем, что в компенсаторе гидравлического удара для счетчиков топлива в топливных системах двигателей, выполненного в виде цилиндрического жесткого корпуса большого диаметра с присоединенными к его торцам штуцерами, и заполненного вкладышами в виде шариков из маслобензойстойкой резины или в виде упругих элементов иной произвольной криволинейной выпуклой формы, исключающей наличие плоских или вогнутых фрагментов на их поверхности, при этом внутри корпус разделен на демпфирующие камеры не менее двумя дисками с периферийным отверстием для прохода рабочей среды, размер которых равен размеру отверстий в штуцерах, причем указанные отверстия в смежных дисках расположены на диаметрально противоположных их сторонах для изменения направления движения потока рабочей
среды согласно предложению, отверстия в штуцерах перекрыты сеткой, а также аналогичные сетки расположены с обеих сторон дисков.
Некоторое усложнение конструкции компенсатора за счет оснащения его сетками, полностью компенсируется повышением надежности его работы, а также повышением универсальности (двустороннее перекрытие сетками дисков и штуцеров, делает независимым, какой стороной устанавливать компенсатор в топливную систему) и повышением функциональных возможностей, в частности, повышением эффективности гашения гидравлического удара за счет увеличения количества шариков малого диаметра.
Сущность полезной модели поясняется иллюстративным материалом, на котором изображен продольный разрез предложенного компенсатора гидравлического удара.
Предложенный компенсатор гидравлического удара состоит из цилиндрового жесткого корпуса 1 большого диаметра с присоединенными к его торцам штуцерами 2. Корпус 1 может быть и не цилиндрическим, однако, цилиндрическая его форма наиболее технологична в изготовлении. Внутри корпус 1 заполнен вкладышами 3 из упругого материала, выполненных, например, в виде шариков из маслобензостойкой резины. Внутри корпус 1 также разделен на демпфирующие камеры 4 не менее двумя дисками 5 с отверстием 6 для прохода рабочей жидкости. Размер отверстий 6 в дисках 5 равен размеру отверстий 7 в штуцерах 2. В каждом диске 5 имеется только одно отверстие 6 на его периферии, выполненное в виде сегмента. Отверстия 6 в смежных дисках 5 расположены на диаметрально противоположных их сторонах для изменения направления движения потока рабочей жидкости. Отверстия в штуцерах 2 перекрыты сеткой 8, например, металлической. С обеих сторон от дисков 5 в корпусе 1 установленные также металлические сетки 9. Наличие сеток 8 и 9 предотвращает проникновение вкладышей 3 в отверстия 6 и 7 соответственно. Сами сетки 8 и 9 также способствуют гашению гидравлического удара за счет диссипации потока жидкости, что еще в большей мере повышает потребительские свойства компенсатора и, в результате этого, можно уменьшить его габаритные размеры. Уменьшению размеров компенсатора также способствует уменьшение размеров вкладышей 3, поскольку при этом их суммарная площадь, контактирующей с жидкостью поверхности, увеличивается.
Дальнейшая сущность предложенного технического решения поясняется совместно с принципом работы предложенного компенсатора гидравлического удара.
При установившемся режиме движения рабочей жидкости в гидросистеме, она под давлением попадает через штуцер 2 в жесткий цилиндрический корпус 1 и рассредоточивается в первой демпфирующей камере 4. Далее, ударяясь о первый диск 5 (глухое препятствие), рабочая жидкость меняет свое направление движения и попадает через отверстие 6 во вторую демпфирующую камеру 4, где снова рассредоточивается. Затем рабочая жидкость, ударившись о второй диск 5, снова меняет свое направление движения и попадает через отверстие 6 в третью демпфирующую камеру 4, где снова рассредоточивается и, по мере движения, попадает в отверстие 7 штуцера 2 и, далее, в гидросистему. В процессе движения в корпусе 1, рабочая жидкость в каждой демпфирующей камере 4, омывая вкладыши 3, постоянно и многократно меняет направление своего движения.
При возникновении гидравлического удара, волна повышенного давления, в первую очередь, сталкивается с первой демпфирующей камерой 4, где частично (пиковые нагрузки) гасятся за счет диссипации энергии в расширенной части корпуса 1. Далее, проскочившая часть неуравновешенного потока рабочей жидкости, сталкивается с вкладышами 3, которые, благодаря своей податливости (упругости), рассеивают волну энергии еще в большей степени. При последующем продвижение потока жидкости по компенсатору, из-за многоразового изменения направления и действия вкладышей, ее давление выравнивается к приемлемому уровню. Таким образом, предложенный компенсатор позволяет полностью погасить гидравлический удар за счет одновременного действия трех факторов, а именно: диссипации энергии при переходе из одной камеры 4 в другую, многократного изменения направления протекания рабочей жидкости и упругости материала вкладышей.
Существенное отличие заявляемого объекта полезной модели, от ранее известных, заключается в том, что отверстия в штуцерах закрыты сетками, а также закрыты сетками отверстия в дисках, причем, с двух сторон. Указанное отличие, во-первых, исключает возможность перекрытия указанных отверстий вкладышами, и, во-вторых, позволяет уменьшить размер вкладышей и сделать компенсатор нечувствительным к тому, какой стороной его устанавливать в топливную систему. Поскольку сетки также принимают участие в гашении гидравлического
удара, общие габариты компенсатора могут быть уменьшены. Ни одно из известных устройств такого класса не может обладать отмеченными свойствами, поскольку они комплексно не наделены средствами, способными изменять условия прохождения рабочей жидкости через множество отверстий и по направлению.
К техническим преимуществам предложенного технического решения, в сравнении с прототипом, можно отнести следующее:
- повышение надежности гашения гидравлического удара за счет исключения возможности перекрытия отверстий вкладышами;
- расширение функциональных возможностей компенсатора за счет включения в процесс гашения сеток;
- уменьшение габаритных размеров компенсатора за счет уменьшения размеров вкладышей или увеличения их общей суммарной площади;
- универсальность компенсатора за счет накрытия дисков сетками с обеих сторон.
Экономический эффект от использования предложенного технического решения, по сравнению с использованием прототипа, получают за счет снижения стоимости компенсатора гидравлических ударов, из-за уменьшения его габаритных размеров, а также за счет абсолютной точности учета расхода топлива в двигателях внутреннего сгорания транспортных средств.
После описания вышеупомянутой конструкции компенсатора гидравлического удара для счетчиков топлива в топливных системах двигателей транспортных средств, специалистам в данной области техники должно быть, понятно, что все вышеописанное является лишь иллюстративным, а не ограничительным, будучи представленным данным примером. Многочисленные возможные модификации и другие варианты использования сеток, их толщина, используемый для них материал, могут изменяться в различном соотношении и, понятно, находятся в пределах объема одного из обычных и естественных подходов в данной области знаний и рассматриваются находящимися в пределах объема данного технического решения.
Квинтэссенцией предложенного технического решения является то, что каждое отверстие, имеющееся в компенсаторе, перекрыто сеткой, и именно это обстоятельство позволяет приобрести компенсатору перечисленные и другие преимущества. Перекрытие лишь отдельных отверстий сетками, естественно, ограничивает спектр преимуществ, перечисленных выше, и не может считаться новыми техническими решениями в данной области знаний, поскольку другая, подобно описанной, конструкция компенсатору,
уже не требует какого-либо творческого подхода от конструкторов и инженеров, а потому и не может считаться результатами их творческой деятельности или новыми объектами интеллектуальной собственности, подлежащими защите охранными документами.
Компенсатор гидравлического удара для счетчиков топлива в топливных системах двигателей, выполненный в виде цилиндрического жесткого корпуса большого диаметра с присоединенными к его торцам штуцерами, и заполненного вкладышами в виде шариков из маслобензойстойкой резины или в виде упругих элементов иной произвольной выпуклой формы, исключающей наличие плоских или вогнутых фрагментов на их поверхности, при этом внутри корпус разделен на демпфирующие камеры не менее чем двумя дисками с периферийным отверстием для прохода рабочей среды, размер которых равен размеру отверстий в штуцерах, причем указанные отверстия в смежных дисках расположены на диаметрально противоположных их сторонах для изменения направления движения потока рабочей среды, отличающийся тем, что отверстия в штуцерах перекрыты сеткой, а также аналогичные сетки расположены с обеих сторон дисков.
