Способ уменьшения пульсаций давления в трубопроводе и устройство для его осуществления

 

ОПИСАНИЕ ИЗОБРКТКНИ

К ПАТЕНТУ

Комитет Российской Федерации по патентам и товарным знакам (21) 4915120/29 (22) 28.02.9! (46) 30,1 293 Бюл. Мя 47-48 (76) Приступа Николай Савельевич (54) СПОСОБ УМЕНЬШЕНИЯ ПУЛЬСАЦИЙ

ДАВЛЕНИЯ В ТРУБОПРОВОДЕ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ (57) Использование: в трубопроводах дпя транспортировки газов и нефтепродуктов. Сущность изобретения: поступающий общий поток 1 рабочей среды разделяют на два потока 2,3, равных по площади поперечного сечения и разных по длине, с (в) RU (и) 2005254 Cl (51) 5 F 16 L 55 04 последующим их соединением в месте, соответствующем противофазе амплитуд колебаний давления основной гармоники ламинарного течения, а затем вновь разделяют на два потока 5,6, равных по площади поперечного сечения и разных по длине с последующим повторным их соединением в месте, соответствующем противофазе амплитуд колебаний давления второй гармоники ламинарного течения, причем перед каждым разделением и после повторного соедийения общего потока воздействуют на него с помощью аэродинамических решеток 8,9,10. 2 сп.ф-пы, 1 ил.

2005254 (3) (4) при k = 1,2,3„

Робв1 =p с,, Ak со$ х

k=1

50 х (2л1сfp t — 0к ) при k = 1,2,3,...

55 (2) (5) при k -= 1,2,3...

Изобретение относится к области машиностроения и может быть использовано в установках различного назначения, в частности в трубопроводах для транспортировки газа или нефтепродуктов, в трубопроводах высокого давления на электростанциях. в ракетной технике.

Известны устройства для сглаживания пульсаций давления потока в трубопроводе описанные(см,авт.св. СССР М 420849, кл. F

161 55/04 и авт,св. СССР № 1262181, кл. Г

16 1 55/04).

Из известных устройств наиболее близким по технической сущности является устройство, описанное в авт,св. СССР М

420849, Это устройство содержит обводной трубопровод, один конец которого снабжен запорным клапаном и установлен с возможностью перемещения в полости магистрального трубопровода. В этом устройстве 20 пульсирующий поток от насоса поступает в основной и обводной трубопроводы, а затем в общий коллектор, Пульсирующий поток в трубопроводе при малых скоростях движения можно пред- 25 ставить равенством

Р (t) =Po+рс ji(t)+@(t) (1) где Р(т) — полное давление в трубопроводе 30 в момент времени t перед устройством;

P(o) — постоянная составляющая давления;. р с 1/1 (< ) — переменная составляющая давления лами11арного течения; . 35 р — плотность движущегося по трубопроводу вещества; с — скорость звука в веществе потока, ф (t) — периодическая-функция изменения скорости потока, 4 (1) — переменная составляющая давления турбулентного течения.

Согласно(1) всякая периодическая функция, удовлетворяющая условиям Дирихле (кусочная непрерывность. ограниченность и конечное число экстремумов на периоде), может быть представлена рядом Фурье по тригонометрическим функциям lj (1 ) = Q + р с,), А cos x

Здесь периодическая функция изменения скорости вещества потока выражена суперпозицией гармонических колебаний кратных частот: Uk = 2 л ио с амплитудами Ак и начальными фазами Qk Sp — постоянная составляющая скорости вещества, а

fo — частота основной гармоники.

При скоростях движения, близких к скорости звука в веществе потока необходимо учитывать эффект Доплера (2). Примем, что колебания скорости вещества распространяется только по ходу потока, тогда получим где f — частота основной гармоники колебания скорости вещества потока с учетом влияния эффекта Доплера; о — средняя по времени скорости перемещения потока. Подставив значение (2) в уравнение (1) и у1тя эффект Доплера (3), получаем, что

Р(t) =Pg+рсSp+рс, Ак cosx

k =1

x (2 л !< fp c t /(с + 11 ) — 0к ) + о (t ) В устройстве, описанном в авт,св. СССР

¹ 420849, амплитуда давления турбулентной составляющей потока уменьшается примерно в два раза при равных диаметрах обводного и магистрального трубопроводов. Для простоты анализа изменения ламинарной составляющей зто устройство рассмотрим с дополнительным условием, устанавливающим равенство суммы площадей сечений обводного и магистрального трубопроводов с площадью сечения входного трубопровода, Тогда в обводном и магистральном трубопроводах амплитуды давления ламинарной составляющей можно записать в виде х(2лК 4 с t б(с +и) — 0 ) — y,), Рма.1 =pc, Ак cOS x

К=1 х (2 л k fp c t Г(с +1) ) — Qk ) 2005254

Следует заметить, что для рассматриваемого устройства максимального уменьшения пульсаций ламинарной составляющей можно достичь лишь при условиях. что диаметры обводного и магистрального трубоп- 5 роводов равны, а длина обводного трубопровода больше длины магистрального на величину Ь li, равную половине периода или кратную ей. например, 1,5 периода, 2,5 периода и т.д. Это равнозначно условию 10 р, =пл при п-1,35.... (6) где n — сдвиг фазы основной гармоники при прохождении потока по первому Отводному пути. При этом

Ь I > - п(с + v)/2f ори и - 1,3,5... (7) PХ1(<) =Po+рс $ +рсg 2Ак соз к=2 (2uk oc t/{с+u) — Ок)+ 1 {t) 30 (8) при k = 2,4,6 где g> (t) — турбулентная составляющая потока после устройства, описанного в авт.св. 35

СССР М 420849.

Отсюда видно, что с помощью этого устройства невозможно уничтожить четные гармоники в пульсирующем потоке.

Целью изобретения является уменьше- 40 ние пульсаций давления потока в трубопроводе. э, Поставленная цель достигается тем, что исходный поток рабочей среды разделяют на два потока, равных Ilo площади сечения, один из потоков пускают по более длинному пути, а затем соединяют в месте, где амплитуды колебаний основной гармоники противофаэны друг другу, дополняют следующими действиями, полученный по- 50 ток снова разделяют на два потока, равных по площади сечения, один иэ потоков пускают по более длинному пути, а затем потоки соединяют в месте, где амплитуды колебаний второй гармоники противофазны друг к 55 другу, перед первым разветвлением потоков, после первого и после второго их сое-. динения рабочую среду трубопровода пропускают через аэродинамические решетки.

В результате сложения обводного и ма- 20 гистрального потоков нечетные гармонические составляющие ламинарного течения уничтожаются, остаются все четные составляющие с удвоенными амплитудами, т.е.

Известное устройство для осуществления способа устройство содержит участок подводящей магистрали с разветвлением на два трубопровода равного диаметра и различной длины с последующим их соединением в трубопроводе в месте, где амплитуды колебаний давления основной гармоники рабочей среды трубопровода противофазны друг другу. Для достижения, цели изобретения его дополняют устройством, содержащим аналогичное разветвление на два трубопровода, но с соединением их в месте, где амплитуды колебаний давления вгорой гармоники противофаэны друг другу, перед первым разветвлением трубопроводов, после первого и после второго их соединения в трубопроводе устанавливают аэродинамические решетки.

На чертеже представлена конструкция устройства для уменьшения пульсаций дав- . ления в трубопроводе."

Способ уменьшения пульсаций давления в трубопроводе реализован в устройстве, содержащем участок подводящей магистрали 1, два трубопровода 2 и 3 одного диаметра, но разной длины, участок промежуточной магистрали 4, два трубопровода 5 и 6 одного диаметра, но разной длины, участок отводящей магистрали 7. при этом трубопроводы 2 и 3 Соединены в месте, где амплитуды колебаний давления основной гармоники рабочей среды трубопровода противофазны друг другу, а трубопроводы 5 и 6 соединены в месте, где вторые гармоники противофазны друг другу. Кроме того, устройство содержит аэродинамические решетки 8, 9 и 10.

В предлагаемом устройстве с помощью первого разделения потоков достигается уничтожение нечетных гармонических составляющих ламинарного течения (что описано формулами 1 -9), а с помощью второго— уничтожаются четные гармонические составляющие. Для этого длину второго отводного потока выбирают большей длины магистрального на величину Ala, равную половине периода второй гармоники или кратную ей. Это равнозначно условию уп = и л при и - 1,3,5... (9) где у — сдвиг фазы второй гармоники путем прохождения потока по второму обводному пути. При этом

b, 12 - n(c + 6) /4% ьпри r = 1,3,5.... (10)

При правильном выборе длины каждой ветви амплитуда колебаний давления лами2005254 нарной составляющей на выходе устройства уменьшается до нуля, Поэтому в отводящем трубопроводе пульсации давления можно записать следующим равенством

PZ(t) =P. +pc S. +ф (т),(11) (12) Г- 10с/(с — v) Изменение давления ламинарного течения, распространяющегося против хода потока будет равно

Р (t) =Р +pc S +pc/ Ak cosx

k=1 х (2 л 3с f0 c t /(с — о ) — 0 ) +@ (1 ) (13) при k -1,2,3, Длина первого обводного потока будет больше длины магистрального на величину

Л!1, равную половине периода основной гармоники или кратной ей, Это равнозначно условию ол = и л при и = 1,3,5..., (14)

При этом

Л l1 - n(c — v) /240 при n = 1,3,5,... (15)

В промежуточном потоке колебания давления, распространяющиеся против течения запишутся в виде

P Х1 (t ) = Р0+рс S0+рс g 2Ак cos x

k =2 где Q (t) — турбулетная составляющая потока после предлагаемого устройства.

На практике пульсации давления от насоса с синхронным электродвигателем распространяются также и против хода потока.

В связи с этим предлагаемое устройство необходимо ставить по обоим сторонам насоса.

Для колебаний давления, распространяющихся против хода потока, эффект Доплера запишется в виде х (2 zf k f0 c t б(с — u ) — Qk ) + ф1 (t ) при k = 2,4,6... (16) 5 Длина второго обводного потока будет больше длины магистрального на величину

h,1z, равную половине периода второй гармоники или кратную ей. Это равнозначно условию

) п = и K при и = 1,3,5,., При этом (17) 1 -> Atz = n(c — u) /4fp при и = 1,3,5,... (18) PХ, (Т) =Ро+pc Sp+jg (т) где Q (t) — турбулентная составляющая потока на входе устройства.

Амплитуда давления турбулентной t оставляющей в устройстве в результате сдвига фаз между потоками уменьшается примерно в четыре раза. Дополнительно турбулентная составляющая уменьшается при прохождении через аэродинамические решетки.

При использовании изобретения в ракетных двигателях существенно уменьшаются низкочастотные колебания горения топлива, подаваемого в камеру сгорания, а следовательно. снизится и низкочастотная неустойчивость горения топлива, отпадает необходимость в значительном увеличении перепада давления на форсунках и увеличении камеры сгорания, обусловлено этим видом неустойчивости. Вследствие применения изобретения в ракетных двигателях уменьшится вероятность разрушения камеры сгорания из-за низкочастотной неустойчивости горения топлива. (56) Авторское свидетельство СССР

4208049. кл. F 16 К 55/04, 1970.

Амплитуда колебаний давления ламинарной составляющей потока на входе устройства уменьшится до нуля, Пульсация

20 давления на входе устройства можно записать следующим равенством:

2005254

Составитель Н.Приступа

Техред М.Моргентал Корректор М, Шароши

Редактор

Заказ 3429

Тираж Подписное

НПО "Поиск" Роспатента

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

Производственно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгород, ул.Гагарина. 101

Формула изобретения

1. Способ уменьшения пульсаций давления в трубопроводе. при котором поступающий общий поток рабочей среды разделяют на два потока, равных по площади поперечного сечения и разных по длине, с последующим их соединением в месте. соответствующем противофазе амп литуд колебаний давления основной гармоники ламинарного течения, отличающийся тем, что, с целью повышения эффективности уменьшения пульсаций, после соединения общий поток вновь разделяют на два потока, равных по площади поперечного сечения и разных по длине с последующим повторным их соединением в месте, соответствующем противофазе амплитуд колебаний давления второй гармоники ламинарного течения, причем перед каждым разделением и после повторного соединения общего потока воздействуют на него с помощью аэродинамических решеток.

2, Устройство для уменьшения пульсаций давления в трубопроводе, содержащее

5 подводящий трубопровод с разветвлением на два участка трубопровода равного диаметра и различной длины, соединенных в месте, соответствующем противофазе амплитуды колебаний давления основной гар10 моники ламинарного течения, отличающееся тем, что оно снабжено тремя аэродинамическими решетками и вторым разветвлением на два участка трубопровода равного диаметра и различной длины, соединенных в месте. соответствующем противофазе амплитуды колебаний давления второй гармоники ламинарного течения, при этом аэродинами20 ческие решетки размещены перед каждым разветвлением и после второго соединения трубопровода.