Демпфер пульсаций

Авторы патента:

Ульяшин Виктор Васильевич (RU)

F16L55/04 - устройства для гашения пульсаций или вибраций в жидкостях или газах

Владельцы патента RU 2566059:

Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт биоорганической химии им. академиков М.М. Шемякина и Ю.А. Овчинникова Российской академии наук (ИБХ РАН) (RU)

Изобретение относится к оборудованию для хроматографии. Демпфер пульсаций представляет собой сплющенную трубку из гибкого материала, у которой внутренняя поверхность стенки трубки соприкасается, не оставляя зазора. В процессе эксплуатации под действием давления жидкости трубка расширяется и образуется необходимый зазор для прохождения жидкости. При этих условиях он представляет собой емкость и создает сопротивление потоку, распределенные по всей длине трубки. В зависимости от давления и расхода этот зазор меняет свои размеры, подстраиваясь под внешние условия. Изобретение эффективно работает как при низких скоростях потока и давлениях, так и при высоких. Причем при высоком давлении он практически не создает сопротивление потоку. Демпфер пульсаций, изготовленный с этим элементом, сглаживает пульсации примерно в 200 раз. Он полностью проточный и имеет минимальный объем, что позволяет быстро переходить на другой растворитель. 5 ил., 1 табл.

Изобретение относится к области машиностроения для сглаживания колебаний давления, возникающих в пневматических и гидравлических трубопроводах, и может быть использовано в системах подачи жидкости для жидкостной хроматографии.

Существует много конструкций демпферов пульсаций, обычно они представляют собой емкость со сжимаемым элементом и сопротивление потоку, которое расположено после емкости. Сжимаемым элементом могут быть различные конструкции: стенка емкости, сильфон, трубка Бурдона, поршень с пружиной, эластичная камера с воздухом или сжимаемой жидкостью, твердое эластичное тело: резина, пористый полимер, тефлон, другие пластмассы и т.д. Сглаживание пульсаций происходит за счет упругой деформации сжимаемого элемента. В качестве сопротивления потоку обычно используют сужение трубопровода или пористую перегородку. Емкость и сопротивление образуют собой фильтр пульсаций, аналогичный RC цепи в электронике. Эффективность сглаживания пульсаций зависит от произведения емкости фильтра и сопротивления, поэтому оба элемента необходимы для эффективной работы устройства. Кроме того, для большей эффективности сглаживания используют многоступенчатые демпферы пульсаций, представляющие собой соединенные последовательно, чередующиеся емкости и сопротивления.

При использовании демпфера в жидкостной хроматографии к нему предъявляются дополнительные требования: низкая инерционность, малые габариты, простота конструкции и устойчивость к большинству растворителей. Кроме этого, чтобы облегчить переход от одного растворителя к другому, демпфер должен иметь малый объем и не должен содержать застойных зон, т.е. он должен быть полностью проточным. По этим причинам большинство известных конструкций не подходят для применения в жидкостной хроматографии.

Наиболее близким к изобретению по техническому решению является конструкция демпфирующего устройства, описанная в US 3537585, 1970 и используемая в насосе М6000А фирмы Waters Associates, Milford, MA, USA. Демпфирующее устройство состоит из трубки, имеющей гибкую стенку, и капиллярного рестриктора (местное сужение трубки), расположенного в линии между эластичной трубкой и колонкой. Трубка имеет не круглое, а близкое к эллипсу поперечное сечение.

Недостатком такого демпфера является неэффективная работа его во всем диапазоне используемых скоростей потока и давлений. Так, для эффективной работы при низкой скорости потока и малом сопротивлении колонки рестриктор должен иметь большое сопротивление потоку, но при большой скорости на таком рестрикторе будет большой перепад давления, поэтому максимальная скорость и давление будут ограничены из-за большого сопротивления рестриктора. Если использовать рестриктор с малым сопротивлением потоку, то при низкой скорости потока и малом сопротивлении колонки качество сглаживания колебаний потока будет недостаточным. По этой причине насосы М6000А комплектуются двумя демпферами - один для высокого давления и второй для низкого давления.

Изобретение решает задачу расширениея рабочего диапазона демпфирующего устройства и увеличения эффективности сглаживания колебаний потока без усложнения конструкции за счет использования адаптивного демпфера пульсаций, который под действием приложенного к нему давления может менять свою емкость и сопротивление потоку.

Поставленная задача решается за счет того, что:

1. Элемент, создающий сопротивление потоку 1, и гибкая трубка, играющая роль емкости 2, выполнены в виде одной детали. Фиг. 1. Такая деталь представляет собой трубку, в которой чередуются участки с эллиптическим сечением 2 и участки, на которых трубка сплющена до соприкосновения внутренней поверхности стенки трубки 1, зазор между этими поверхностями практически отсутствует. Такая конструкция представляет собой многоступенчатый фильтр пульсаций, емкость которого и сопротивление меняются в зависимости от приложенного давления, что позволяет значительно повысить эффективность сглаживания пульсаций.

2. Демпфер представляет собой гибкую трубку, сплющенную по всей длине до соприкосновения внутренней поверхности стенки трубки. При этом демпфер имеет практически нулевой объем.

Устройство работает следующим образом.

При отсутствии потока, стенка участков трубки, создающих сопротивление, сомкнута, и зазор между внутренней поверхностью стенки трубки очень маленький или отсутствует совсем.

При малом сопротивлении колонки и небольшой скорости потока, в начальный момент, давление на входе демпфера начинает расти, поскольку его сопротивление очень большое, и он не пропускает через себя поток жидкости. Далее, под действием давления демпфирующий элемент начинает раздуваться и зазор между внутренней поверхностью стенки трубки увеличивается до величины, необходимой для прохождения потока жидкости. Пульсации давления сглаживаются за счет упругой деформации стенки, как эллиптических участков трубки, так и участков, которые создают сопротивление потоку.

Следует отметить, что демпфер в исполнении 2 в этих условиях представляет собой одновременно и емкость, и сопротивление, распределенные по всей длине элемента. При этом сглаживание пульсаций происходит очень эффективно потому, что его можно рассматривать как адаптивный многоступенчатый фильтр пульсаций.

При увеличении сопротивления колонки или увеличении скорости потока величина зазора участков трубки, которые создают сопротивление потоку, увеличивается. При этом сопротивление потоку падает, а емкость демпфирующего элемента увеличивается. Это не приводит к уменьшению эффективности сглаживания пульсаций потому, что она зависит от произведения сопротивления и емкости и уменьшение сопротивления демпфирующего элемента компенсируется увеличением его емкости.

При больших скоростях потока и большом сопротивлении колонки зазор участков трубки, которые создают сопротивление потоку, увеличивается настолько, что они практически не оказывают заметного сопротивления потоку. При этом весь демпфирующий элемент представляет собой емкость с гибкой стенкой, а функцию сопротивления потоку берет на себя колонка. В этих условиях на демпфере практически нет перепада давления, и поэтому максимальная скорость и давление не будут ограничены сопротивлением демпфера.

Использование предлагаемой конструкции демпфера позволяет увеличить эффективность сглаживания колебаний потока без усложнения конструкции за счет использования адаптивного демпфирующего элемента, который под действием приложенного к нему давления может менять свою емкость и сопротивление. Устройство эффективно сглаживает пульсации как при низкой скорости потока и малом сопротивлении колонки, так и при большой скорости потока и большом сопротивлении колонки, при этом устройство не ограничивает максимальную скорость потока и максимальное давление. Оно также имеет низкую инерционность, малые габариты, малый внутренний объем и не содержит застойных, непроточных зон. Кроме того, устройство имеет простую конструкцию и не содержит сложных для изготовления деталей.

По предлагаемому техническому решению был изготовлен демпфер пульсаций исполнение 2. Фиг. 2. Он состоит из корпуса 1, демпфирующего элемента 2 и входной и выходной трубок 4. Демпфирующий элемента изготовлен из трубки длиной 1,5 м, диаметром 5,5 мм, толщина стенки 0,65 мм, материал - нержавеющая сталь. После сплющивания трубки к ее концам приварены входной и выходной капилляры 4, и трубка свернута в плоскую спираль для уменьшения габаритов и помещена в корпус. Промежутки между витками демпфирующего элемента заполнены эластичным компаундом 3, чтобы предотвратить соприкосновение витков между собой. Готовый демпфер имеет диаметр 60 мм.

Были проведены испытания изготовленного демпфера и его параметры сравнены с параметрами демпфера высокого давления, входящего в комплект насоса М6000А. Схемы установок для проведения испытаний показаны на фиг. 3. Результаты испытаний приведены в таблице 1 и на фиг. 4 и фиг. 5. Эти данные подтверждают заявленные характеристики и показывают, что демпфер сглаживает пульсации насоса примерно в 200 раз.

^аСхема установки 3А, но колонка после демпфера не установлена. Данные датчика давления D1.

^бСхема установки 3В, данные соответствуют разнице между данными датчиков D2 и D1.

Подписи к фигурам

Фиг. 1. Адаптивный элемент демпфера пульсаций исполнение 1. 1 - участок трубки, сплющенный до соприкосновения внутренней поверхности стенки, 2 - участок трубки, имеющий в сечении форму эллипса.

Фиг. 2. Демпфер с адаптивным элементом пульсаций исполнение 2 в разрезе. 1 - корпус демпфера, 2 - адаптивный демпфирующий элемент, 3 - эластичный компаунд, 4 - входная и выходная трубки.

Фиг. 3. Схемы установок для проведения сравнительных испытаний демпфера с адаптивным элементом и демпфера высокого давления, входящего в комплект насоса М6000А. 1 - насос М6000А, 2 и 4 - датчики давления, имеющие электрический выход, 3 - испытываемый демпфер, 5 - хроматографическая колонка.

Фиг. 4. Зависимость давления от скорости потока для демпфера с адаптивным элементом. Схема установки фиг. 3В. выходной сигнал датчика давления D1, установленного до демпфера, и выходной сигнал датчика давления D2. установленного после демпфера.

Фиг. 5. Пульсации давления перед колонкой при скорости потока 1 мл/мин. 1 - схема установки фиг. 3А. Запись сигнала датчика давления D1. 2 - схема установки фиг. 3В. Запись сигнала датчика давления D2 после демпфером высокого давления, входящего в комплект насоса М6000А, 3 - схема установки фиг. 3В. Запись сигнала датчика давления D2 после демпфера с адаптивным элементом пульсаций исполнение 2.

Демпфер пульсаций, представляющий собой сплющенную трубку из гибкого материала, отличающийся тем, что трубка имеет участки, сплющенные до соприкосновения внутренней поверхности стенки трубки.

Изобретение относится к устройствам для защиты трубопроводов, преимущественно нефтеналивных морских и речных терминалов от волн повышенного давления (гидравлических ударов), возникающих в процессе эксплуатации трубопровода при быстром закрытии задвижек на трубопроводах нефтеналивных терминалов, и может быть использовано при эксплуатации жидкостных систем, а именно нефтепроводов и нефтепродуктопроводов.

Гидрообъёмный привод вентиляторов // 2553399

Изобретение относится к области гидравлических передач вращения с использованием насосов и двигателей объемного вытеснения. Гидрообъемный привод состоит из мультипликатора, насосов, терморегуляторов, гидромоторов с вентиляторными колесами, высокого и низкого давления трубопроводов и секций для охлаждения масла и воды.

Способ самогашения ударных импульсов транспортируемой среды в магистральном продуктопроводе // 2531483

Способ предназначен для гашения ударных импульсов транспортируемой среды в магистральном продуктопроводе. Способ заключается в следующем, на участке продуктопровода в него устанавливают стабилизатор импульсов давления с прямоточной камерой на входе и вихревой камерой на выходе из него.

Клапан перекрытия противогидроударный // 2529049

Изобретение относится к арматуростроению и предназначено для использования в различных гидравлических системах для защиты гидравлических магистралей от разрушения при их быстром перекрытии.

Компенсатор промывочной жидкости // 2516734

Компенсатор предназначен для гашения колебаний жидкости в обоих направлениях в полости бурильного инструмента. Компенсатор состоит из корпуса, внутри которого установлены перегородки, образующие с поршнями замкнутые камеры, которые в свою очередь соединяются каналами с затрубным пространством.

Гаситель пульсаций давления в газопроводе // 2505734

Изобретение относится к устройствам для гашения пульсаций давления в трубопроводных транспортных системах для газовых сред, в частности на газораспределительных станциях.

Гидрораспределитель // 2500927

Изобретение относится к области машиностроения и предназначено для использования в гидроприводах строительных, дорожных, сельскохозяйственных и других машин. Гидрораспределитель содержит напорную секцию с напорной магистралью, предохранительным клапаном и сливной магистралью, рабочие секции с золотником с каналами и сливную секцию.

Способ стабилизации давления в трубопроводах // 2480663

Способ снижения гидродинамических возмущений при работе наливной регулировочной арматуры // 2466326

Изобретение относится к области гидравлики и может быть использовано в трубопроводных системах для снижения гидроудара при регулировании производительности налива.

Компенсатор промывочной жидкости // 2464404

Изобретение относится к области бурения нефтяных и газовых скважин, а именно к компенсаторам промывочной жидкости. .

Гаситель колебаний для гидравлических систем // 2568018

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано для гашения колебаний давления в трубопроводных системах в области нефтяной и газовой промышленности. Гаситель содержит корпус с входной и выходной крышками с выполненными в них каналами в форме усеченного конуса, соединенными центральной трубкой, установленной в корпусе с образованием полости, сообщенной с центральной трубкой дросселями, дополнительный дроссель. Дроссели расположены во входной и выходной крышке радиально по окружности в количестве не менее трех и выполнены в виде винтов-жиклеров, поджатых упорами, позволяющими изменять проходное сечение винтов-жиклеров. Во входной крышке выполнены сквозные каналы соосно винтам жиклерам, а в пересекающие их аксиальные каналы установлены трубки-винты, являющиеся дополнительными дросселями, в количестве не менее трех, имеющие возможность выдвижения в полость. В трубках-винтах выполнены продольные прорези, соосные каналы снабжены заглушками со стороны, противоположной винтам-жиклерам. Гаситель позволяет повысить эффективность гашения и расширить частоту диапазона гасимых им колебаний за счет регулирования виброакустических нагрузок. 2 з.п. ф-лы, 3 ил.

Гофрированный газопровод с подавлением шума и вибрации // 2589893

Гофрированный газопровод предназначен для транспортирования газов или газожидкостных смесей. Гофрированный газопровод содержит, по меньшей мере, один гофрированный отрезок трубы, отношение шагов гофры которого лежит в пределах 0,3-0,9, а отношение амплитуд - в пределах 0,8-1,2, при этом он снабжен плоской опорной плитой и, по меньшей мере, двумя закрепленными к опорной плите крепежными скобами, имеющими внутренний диаметр, соответствующий внешнему диаметру гофрированного отрезка трубы, и охватывающими наружную поверхность гофрированного отрезка трубы с обеспечением изгиба гофрированного отрезка трубы, расположенного между крепежными скобами, с радиусом кривизны изгиба, равным 2-4 диаметра гофрированного отрезка трубы. Технический результат - повышение эффективности подавления шума и вибрации, возникающих за счет неустойчивости внутреннего потока перекачиваемой среды в гибких трубопроводах с гофрированной стенкой. 1 ил.

Гибкая компенсаторная вставка с гасителем пульсаций давления // 2592571

Изобретение относится к области производства трубопроводной арматуры, в частности к производству упругих компенсаторных вставок и гасителей пульсаций давления рабочей среды трубопроводов для транспортирования жидких сред. Гибкая компенсаторная вставка с гасителем пульсаций давления содержит покровный и герметизирующий слои резины, армирующие слои корда и фланцы, при этом внутри вставки вдоль продольной оси смонтирован гаситель пульсаций давления, при этом одним концом гаситель пульсаций прикреплен по крайней мере двумя ребрами к фланцу гибкой компенсаторной вставки, а другим концом может крепиться по крайней мере двумя ребрами к фланцу гибкой компенсаторной вставки жестко или подвижно. Технический результат - объединение функции компенсации относительных перемещений трубопроводов и функции эффективного снижения уровня гидродинамического шума, создаваемого потоком рабочей жидкости в трубопроводе. 2 з.п. ф-лы, 2 ил.

Гаситель пульсаций давления // 2605686

Изобретение относится к устройствам для гашения пульсаций давления и может быть использовано в трубопроводных системах различных отраслей народного хозяйства, в частности в расходометрии. Гаситель содержит в разборном корпусе перфорированную вставку и конусную камеру. Перфорированная вставка выполнена в виде двух равномерно перфорированных пластин, расположенных на входе и выходе конусной камеры, с общим свободным сечением по выходным отверстиям 55±8% от площади пластин, перфорация выполнена конфузорными отверстиями, перед первой по ходу разделяемого потока пластиной расположена цилиндрическая камера, установленная на фланцевых соединениях, в нижней образующей которой установлен тангенциальный ввод разделяемого потока. Технический результат - устройство позволяет стабилизировать и равномерно распределить давление потока по отводящему напорному многотрубному пучку. 4 ил., 1 табл.

Устройство для гашения пульсаций давления в линиях редуцирования газа // 2622679

Устройство предназначено для гашения пульсаций давления в линиях редуцирования газа на газораспределительных станциях. Устройство состоит из зафиксированного в корпусе пакета шайб с дросселирующими отверстиями, которые распределены по радиусу шайб так, что их пропускная площадь формирует профиль скоростей в сечении газопровода, приближенный к профилю скоростей установившегося стационарного течения среды. Дросселирующие отверстия в пакете шайб смещены друг относительно друга в окружном направлении. Устройство снабжено втулкой-рассекателем, подпорной шайбой, струевыпрямителем, при этом втулка-рассекатель выполнена перфорированной, площадь ее перфорации не менее площади выходного сечения регулятора давления, установлена в выходном его тракте, поджата корпусом устройства и служит для устранения резонансных режимов работы регулятора давления и выравнивания скорости газовой струи по его выходному сечению. Подпорная шайба установлена во входном фланце устройства. Струевыпрямитель выполнен в виде перфорированной шайбы, длина которой не менее десяти диаметров отверстия перфорации, расположен в выходной части корпуса устройства. Технический результат - снижение пульсаций и уменьшение вибраций стенки газопровода и снижение шума в окружающей среде. 1 ил.

Предохранительное устройство для гашения коротких импульсов гидравлического удара и пульсаций давления // 2623000

Изобретение относится к гидросистемам, в частности к предохранительным устройствам трубопроводов, и предназначено для повышения эффективности гашения коротких импульсов гидравлического удара и пульсаций давления. Защита гидрооборудования при различных возмущениях давления в гидросистеме достигается за счет придания сферической формы поверхности волнового фронта и снижения ударной плотности энергии ударной волны по пути ее распространения. Такой эффект достигается за счет формы камеры гашения и расположения входного патрубка. Формированию отраженной ударной волны препятствует наличие перфорированной мембраны. Технический результат - снижение ударного давления в трубопроводе. 1 ил.

Способ и устройство гашения импульсов давления в магистральных трубопроводах // 2645860

Способ и устройство относятся к методам и средствам гашения гидроудара и пульсаций давления жидкости или газа в магистральных трубопроводах. Способ заключается в том, что потоки жидкости или газа магистрального трубопровода, в котором действуют импульсы давления, разделяют на части и отведенные части через расширительные камеры заводят в демпфирующую камеру, в которой потоки направляют встречно на жидкость или газ, находящиеся в камере так, что импульсы давления изменяют их плотность и давление за счет потенциальной энергии самих импульсов и одновременно закручивают потоки в противоположные стороны, тормозя скорость жидкости или газа за счет кинетической энергии взаимодействия встречных потоков. Устройство состоит из цилиндрического корпуса, охватывающего участок трубопровода с центральной демпфирующей камерой, ограниченной двумя поперечными перегородками со сквозными отверстиями, и двух расширительных камер, образованных указанными поперечными перегородками и торцовыми донышками, и соединенных с участком магистрального трубопровода радиальными отверстиями одного диаметра и количества. При этом сквозные отверстия в поперечных перегородках выполнены в виде струйных каналов так, что их оси расположены под углами α к продольной и β к радиальной осям участка центрального трубопровода и образуют в демпфирующей камере встречные потоки жидкости или газа, вращающиеся навстречу друг к другу. Технический результат – упрощение конструкции и уменьшение габаритов. 2 н.п. ф-лы, 2 ил.

Способ и устройство гашения импульсов давления в магистральных трубопроводах // 2645860