Трубопроводный транспорт

Изобретение относится к трубопроводному транспорту. Техническим результатом является повышение срока работы трубопроводного транспорта путем гашения колебаний потока газа, распространяющегося по магистрали трубопровода. В трубопроводном транспорте для снижения колебаний давления газа в трубопроводе по меньшей мере одна эластичная стенка внутреннего трубопровода содержит по меньшей мере одну подвижную мембрану, причем для давления и плотности газа в объеме емкости выполняются следующие соотношения: ρ₁=ρ₂, р₁<р_2; где ρ₁ и р₁ - соответственно плотность и давление газа в пространстве гасителя, кг/м³ и Па; ρ₂ и р₂ - плотность и давление газа в магистрали основного трубопровода, кг/м³ и Па; а суммарная площадь оболочки мембраны выбирается из следующего соотношения:

где S - суммарная площадь оболочки мембраны, м²; F - площадь сечения основного трубопровода, м²; m - масса единицы площади ткани (материала оболочки) мембраны, кг/м²; l - длина основного трубопровода, м; ρ - плотность газа в магистрали основного трубопровода, кг/м³; К - коэффициент, учитывающий свойства газа в трубопроводе (температуру, влажность и др.) и в межтрубном пространстве и эксплуатационные факторы (срок эксплуатации, производительность поршневой машины и др.), К>1. 1 з.п. ф-лы, 3 ил.

 

Изобретение относится к трубопроводному транспорту, а именно к транспортировке текучих и газообразных сред по трубопроводу.

Известна трубопроводная система, авторское свидетельство СССР N1341444, кл. F 17 D 3/02, 1987, позволяющая использовать межтрубное пространство концентрических трубопроводов для транспортной цели с помощью камеры для поддержания и регулирования допустимых рабочих давлений во внутреннем трубопроводе и межтрубном пространстве. Недостатками этой системы являются ее ограниченные функциональные возможности при возникновении аварийной ситуации, низкая эффективность ввиду повышенных материало-затрат.

Этих недостатков лишен выбранный в качестве прототипа трубопроводный транспорт, патент РФ N2097647, кл. F 17 D 1/00, 1997, выполненный в виде магистрального трубопровода, заполненного жидкостью или газообразными средами, для подачи по меньшей мере нескольких сред дополнительно содержащий вторую трубу, расположенную внутри первой с зазором относительно внешней трубы. Пространство между трубопроводами заполнено газообразной средой под давлением, причем давление во внутреннем трубопроводе составляет не менее 1,01 давления в межтрубном пространстве, при этом последнее заполнено инертным газом. В случае необходимости по меньшей мере одна из внутренних труб выполнена эластичной. Применительно к снижению пульсаций давления потока газа или жидкости, распространяющегося по внутреннему трубопроводу, данная конструкция обладает недостаточной эффективностью, особенно при динамических нагрузках.

Известен также гаситель колебаний системы всасывания поршневой машины, патент РФ N2065121, кл. 6 F 16 L 55/04, F 04 В 39/00, 1996, содержащий емкость переменного объема, сообщающуюся с магистралью трубопровода через герметично подвешенную легкую подвижную мембрану, соединенную с упругим высокоподатливым элементом, например мягкой пружиной сжатия, ограничиваемым сверху мембраной, а снизу - ограничительной поверхностью. Поддержание вблизи рабочего равновесного положения мембраны осуществляется за счет регулирования внешнего поджатия упругого элемента. При таком конструктивном исполнении компенсация импульсов давления в прилегающем трубопроводе происходит за счет колебаний мембраны и пружины. Однако область применения вышеописанного гасителя ограничена недостаточно высокими избыточными давлениями газа в трубопроводе, на котором он установлен. Как правило, этот гаситель может устанавливаться лишь на всасывающем трубопроводе компрессора или трубопроводах первых нагнетательных ступеней. Кроме того, конструкция гасителя довольно усложненная и дорогостоящая. Также поверхность трубопроводов подвержена воздействию внешних факторов (агрессивные химические газы, пыль, влажность и пр.), что может вызывать ее коррозию и разрушение трубопровода.

Цель изобретения - повышение срока работы трубопроводного транспорта путем гашения колебаний потока газа, распространяющегося по магистрали трубопровода.

На фиг.1 показана общая схема трубопроводного транспорта, содержащего гаситель колебаний давления в трубопроводе.

На фиг.2 показано устройство гасителя колебаний.

На фиг.3 показан принцип работы гасителя.

Трубопроводный транспорт содержит внешний трубопровод 1, внутренний трубопровод 2, газ 3 в межтрубном пространстве, транспортируемый продукт 4, подвижную мембрану 5 на эластичной стенке внутреннего трубопровода, силовую установку 6, включающую, например, цилиндр 7, поршень 8 и клапан 9. Дополнительно могут использоваться резиновые жгуты 10.

Работает система следующим образом. В полость между внешним трубопроводом 1 и внутренним 2 подается газ 3 с определенными физическими свойствами, а именно для давления и плотности газа в объеме емкости выполняются следующие соотношения:

где ρ₁ и p₁ - соответственно плотность и давление газа в пространстве гасителя, кг/м³ и Па;

ρ₂ и р₂ - плотность и давление газа в магистрали основного трубопровода, кг/м³ и Па;

Внутренний трубопровод, являющийся основной транспортной магистралью, заполняется транспортируемым продуктом 4. Транспортируемый продукт (газовоздушная смесь) передается по магистрали внутреннего трубопровода. При этом транспортное давление продукта, перекачиваемого по внутренней трубе, может быть увеличено за счет передачи части нагрузки с внутреннего трубопровода на внешний. Допустим, что силовая установка 6, используемая для транспорта, выполнена в виде поршневой машины. Тогда при возвратно-поступательном движении поршня 8 в цилиндре 7, в момент открытия и закрытия клапана 9, в магистрали трубопровода, подводящего к клапану 9, возникают колебания давления транспортируемой газовой массы (например, воздуха). При этом амплитуда пульсаций газа может достигать значительной величины, что ведет к повышенной вибрации трубопровода, вызывающей снижение износостойкости трубопровода и надежности работы системы транспорта. Гаситель колебаний, содержащий емкость, образованную межтрубным пространством между внутренней поверхностью дополнительного трубопровода и внешней поверхностью основного трубопровода, являющимися соответственно внешним и внутренним каркасами гасителя, позволяет значительно уменьшить амплитуду пульсаций транспортируемого продукта 4 в магистрали внутреннего трубопровода 2 за счет преобразования энергии вибрации основного трубопровода в энергию колебаний упругой массы газа в емкости гасителя. Эффективная работа гасителя достигается за счет того, что по меньшей мере одна эластичная стенка внутреннего трубопровода содержит по меньшей мере одну подвижную мембрану 5, выполненную, например, в виде эластичной резиновой оболочки или ткани Петрянова или полимерного материала. Колебания мембраны 5, вызванные пульсациями транспортируемого продукта 4 в магистрали внутреннего трубопровода 2, обеспечивают рассеивание части энергии импульсов давления и общее снижение пульсаций. При этом возврат мембраны в рабочее равновесное положение обеспечивается за счет внешнего поджатия массой газа, находящегося в межтрубном пространстве, и внутреннего поджатия массой транспортируемого рабочего тела, что не требует применения никаких дополнительных исполнительных устройств.

Для предотвращения “всасывания” мембраны вовнутрь трубопровода 2 при высоких статических разрежениях в трубопроводе 2 могут использоваться дополнительные упругие элементы, например резиновые жгуты 10, закрепленные на внутренней стенке внешнего трубопровода.

Исходя из анализа физических процессов, происходящих при транспорте газа или жидкости по внутреннему трубопроводу, суммарная площадь оболочки мембраны выбирается из следующего соотношения:

где S - суммарная площадь оболочки мембраны, м²;

F - площадь сечения основного трубопровода, м²;

m - масса единицы площади ткани (материала оболочки) мембраны, кг/м²;

l - длина основного трубопровода, м;

ρ - плотность газа в магистрали основного трубопровода, кг/м³;

К - коэффициент, учитывающий свойства газа в трубопроводе (температуру, влажность и др.) и в межтрубной пространстве и эксплуатационные факторы (срок эксплуатации, производительность поршневой машины и др.), К>1.

При транспорте газообразного рабочего тела емкость гасителя может сообщаться с магистралью внутреннего трубопровода через отверстия в стенках внутреннего трубопровода, количество, расположение и геометрические размеры которых выбираются, исходя из соображений обеспечения максимально эффективного гашения пульсаций потока газа и конструктивных особенностей внутреннего трубопровода.

Внешний трубопровод может быть установлен снаружи внутреннего трубопровода не по всей его длине, а только в наиболее виброопасной области или нескольких областях. При выборе материала внешнего трубопровода можно использовать, например, сталь марки 8ХМ9Т.

1. Трубопроводный транспорт, включающий в себя трубопровод и установленный внутри него соосный трубопровод, выполненный эластичным, образуя тем самым емкость переменного объема, образованную межтрубным пространством, при этом пространство емкости заполнено газом при следующем соотношении: р₁<р₂, отличающийся тем, что для гашения колебаний потока газа эластичная стенка внутреннего трубопровода содержит, по меньшей мере, одну подвижную мембрану, причем для плотности газа в объеме емкости выполняется соотношение:

ρ₁=ρ₂,

где ρ₁ и р₁ - соответственно плотность и давление газа в пространстве емкости, кг/м³ и Па;

ρ₂ и р₂ - плотность и давление газа в магистрали основного трубопровода, кг/м³ и Па;

а суммарная площадь оболочки мембраны выбирается из следующего соотношения:

где S - суммарная площадь оболочки мембраны, м²;

F - площадь сечения основного трубопровода, м²;

m - масса единицы площади ткани (материала оболочки) мембраны, кг/м²;

l - длина основного трубопровода, м;

ρ - плотность газа в магистрали основного трубопровода, кг/м³;

К - коэффициент, учитывающий свойства газа в трубопроводе (температуру, влажность и др.) и в межтрубном пространстве и эксплуатационные факторы (срок эксплуатации, производительность поршневой машины и др.), К>1.

2. Трубопроводный транспорт по п.1, отличающийся тем, что емкость сообщается с магистралью внутреннего трубопровода через отверстия в стенке внутреннего трубопровода, количество, расположение и геометрические размеры которых выбираются, исходя из соображений обеспечения максимально эффективного гашения пульсаций потока газа и конструктивных особенностей внутреннего трубопровода.