Способ защиты трубопроводов криогенных систем от гидравлического удара

 

СПОСОБ ЗАЩИТЫ ТРУБОПРОВОДОВ КРИОГЕННЫХ СИСТЕМ ОТ ГИДРАВЛИЧЕСКОГО .УДАРА при срабатывании запирающего устройства путем торможения потока жидкости с помощью пневматической подушки заданного объема, отличающийся тем, что, с целью повышения быстродействия и надежности защиты, пневматическую подушку формируют в участке трубопровода , примыкающем к запирающему устройству , с помощью излучателя акустических колебаний с интенсивностью, обеспе.чивающей разрыв сплошности потока.

СОЮЗ СОВЕТСНИХ . СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН..80,„,Ы7ЫХ6 А

3(5п F 16 L 55/02

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21) 3509997/25-08 (22) 05.11.82 (46) 07.03,84. Бюл. 9 9 (72) Г.И.Максимочкин, A.В.Матвеев, В.Ф.Ноздрев, Н.В.Филин и A.Ì.Äoìàщенко (53) 621.227.3(088.8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР

Р 542066, кл. F 16 L 55/02, 1977.

2. Авторское свидетельство СССР

Р 500476, кл. G 01 L 23/26, 1976 (прототип). (54 ) (57 ) СПОСОБ 3AtqHThI ТРУБОПРОВОДОВ

КРИОГЕННЫХ СИСТЕМ OT ГИДРАВЛИЧЕСКОГО . УДАРА при срабатывании запирающего устройства путем торможения потока жидкости с помощью пневматической подушки заданного объема, о т л и ч а ю щ и.й с я тем, что, с целью повышения быстродействия и надежности защиты, пневматическую подушку формируют в участке трубопровода, примыкающем к запирающему устройству, с помощью излучателя акустических колебаний с интенсивностью, обеспечивающей разрыв сплошности потока.

1078178

Изобретение относится к криогенной технике и может найти применение при разработке устройств защиты трубопроводов криогенных систем от гидравлического удара, возникающего, например при открывании запираю- 5 щего устройства.

Гидравлический удар данного типа возникает в криогенных системах вследствие того, что в закрытых вертикальных и наклонных участках тру- )p бопроводов в отсутствие циркуляции из-эа теплопритоков через элементы запирающего устройства, теплоизоляцию и другие тепловые мосты образуются паровые полости. При открывании запирающего устройства вначале происходит эвакуация паров. Вслед за паром приходит в движение жидкость, при этом, если к моменту подхода фронта жидкой фазы к концевому сечению клапан полностью не откроет- ся, поток жидкости начинает тормозиться, что вызывает гидравлический удар .

Известен способ защиты криогенных систем от гидравлического удара при срабатывании запирающего устройства путем уменьшения скорости движения фронта жидкости в направлении запирающего устройства (1 ).

Эффект снижения скорости достигается дополнительным охлаждением участка трубопровода между запирающим устройством и уровнем жидкости.

Однако в случае повышения теплопритоков в зоне запирающего устройства 35 эффективность способа защиты падает.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемому результату является способ образования гидравлического удара путем тор- 4р можения потока жидкости перед препятствием, например, дросселем, с помощью пневматической подушки заданного объема, согласно которому перед открыванием запирающего устрой-45 ства между ним и уровнем жидкости создают пневматическую подушку, объем которой выбирают из такого расчета, чтобы к моменту подхода фронта жидкой фазы к концевому сечению клапан успевал полностью открываться, что уменьшает либо полностью устраняет гидравлический удар Г2).

Однако создание пневматической подушки заданного объема в известном способе требует затрат времени, что снижает быстродействие и надежность способа, например, при нескольких срабатываниях запирающего устройства, разделенных малыми промежутка- 60 ми времени.

Цель изобретения — повышение быстродействия и надежности защиты.

Цель достигается тем, что согласно способу защиты трубопроводов" g5 криогенных систем от гидравлического удара при срабатывании запирающего устройства путем торможения потока жидкости с помощью пневматической подушки заданного объема, пневматическую подушку формируют в участке трубопровода, примыкающем к запирающему устройству, с помощью излучателя акустических колебаний с интенсивностью, обеспечивающей разрыв сплошности потока.

Формирование пневматической подушки осуществляют одновременно с открыванием запирающего устройства за счет разрывов сплошности жидкости, проходящей мимо источника колебаний. Это уменьшает затраты времени на реализацию способа и обеспечивает своевременное формирование демпфирующей подушки при нескольких срабатываниях запирающего устройства, разделенных малыми промежутками времени, т.е. повышает надежность способа защиты.

Формирование демпфирующей подушки в предлагаемом способе с помощью акустических колебаний в отличие от известного способа, в котором демпфирующая подушка формируется перед срабатыванием запирающего устройства путем подачи газа в пространство перед клапаном, является принципиальным отличием, так как первый процесс протекает значительно быстрее. Суть его заключается в том, что с помощью источника колебаний в пространство перед клапаном посылают (например, через стенку трубопровода) ультразвуковую волну конечной амплитуды, такой, чтобы в зонах разрежения волны осуществлялся разрыв сплошности среды. При этом формируется двухфазная демпфирующая подушка (жидкость с мелкими газопаровыми пузырьками), а время формирования составляет доли секунды. Для сравнения в известном способе время формирования составляет порядка нескольких минут.

Пример. Осуществлялся предлагаемый способ защиты криогенной системы от гидравлического удара, возникающего при открываниизапирающего устройства. Криогенная система представляла собой вертикальный теплоизолированный отрезок трубопровода длиной 5 м, вставленный нижним концом в криостат, заполненный жидким азотом. Материал трубопровода — сталь Х18Н10Т, внутренний диаметр 30,25 мм. Емкость напорного сосуда-криостата 100 л.

В верхней части трубопровода смонтирован злектропневмоклапан с регулируемым временем срабатывания от

0,05 до 4,0 с. Для реализации предлагаемого способа перед клапаном монтировался источник колебаний

1078178

Составитель T. Колясинская

Редактор Н.Пушненкова Техред С.Мигунова Корректор А.Повх

Заказ 908/30 Тираж 913 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП Патент, г. Ужгород, ул. Проектная, 4 магнитострикционный излучатель.

Для контроля объема пневматической полости, создаваемой предлагаемым способом и, для сравнения, известным способом на трубопроводе был установлен стеклянный уровнемер.

Реализация известного способа осуществлялась следующим образом., Напорный сосуд- криостат заполнялся на 50-70% объема. При закрытом запирающем устройстве устанавливалось давление наддува в сосуде в пределах 1-6 атм. При этом между запирающим устройством и фронтом жидкости формировалась паровая полость. Ее размеры регулировались путем подачи или сброса газа через вентиль, смонтированный вблизи запирающего устройства. Затем открывался клапан запирающего устройства.

Жидкость устремлялась к концевому сечению вслед за эвакуирующимися парами. С помощью датчика давления

ДДИ-10 регистрировалась величина гидроудара. Выбором оптимального размера пневматической полости настраивалась система защиты. Величина гидроудара доводилась до минимальной величины.

Время реализации известного способа составляло порядка 1 мин и складывалось из времени формирования демпфирующей подушки заданного размера и собственно срабатывания запирающего устройства.

Для сравнения с известным спо собом осуществлялось открывание запирающего устройства без предварительной установки объема депфирую5 щей подушки с одновременным включе" кием источника колебаний, т.е. реализовался предлагаемый способ.

При всех режимах наддува в диапазоне 1-6 атм наблюдалось гашение ударной волны в сформированной таким образом пневматической подушке. При этом время реализации составляло величину, практически совпадающую с временем срабатывания запирающего устройства 0,05-4,0 с.

Использование предлагаемого способа защиты криогенных систем от гидроудара обеспечивает повышение быстродействия и надежности защиты в экстремальных условиях, на20 пример, при нескольких срабатываниях защитного устройства„ разделенных малыми промежутками времени, надежную защиту трубопроводов =исте- ми от гидроудара в аварийных ситу25 ациях, требующих незамедлительного включения системы защиты беэ предварительной подготовки, снижение величины гидроудара и тем самым повышения надежности защиты за счет того, что величина гидроудара прямо пропорциональна скорости звука в среде, а в сформированной предлагаемым способом двухфазной демпфирующей подушке скорость звука меньше, чем в чистом газе.