Фильтр низкочастотных колебаний давления газа

 

Союз Советских

Социалистических

Республик

ОП ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕН Ия

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (|П 559064 (6|) Дополнительное к авт. саид-ву (22) Заявлено14.07.75 (2|) 2156036/26 с присоединением заявки № (23) Приоритет (43) Опубликовано25.05.77.Бюллетень № 19 (45) Дата опубликования описания 03.08.77

2 (51) М. Кл.

Г 16L 55/О |

Государственный комитет

Совета Министров СССР оо делам изобретений и открытий (53) УДК 621.226. (08B. 8) (72) Автор изобретения

К. Ф. Шпитальников (71) Заявитель (54) ФИЛЪТР НИЗКОЧАСТОТНЪ|Х KOfIEEAf

ДАВЛЕНИЯ ГАЗА

Изобретение предназначено для фильтрации низкочастотных колебаний давления газа в пневмосистемах машин и технологических линий иэ-за срывов потока газа в компрессорной станции. Фильтр может быть использован в различных отраслях народноР

ro хозяйства, например в легкой и газовой промышленности.

Известен фильтр низкочастотных колебаний газа, включаюший перфорированные пе- щ регородки, устанавливаемые поперек газоходв (1).

Также известен фильтр низкочастотных колебаний газа, включвюший неподвижную перегородку и врашаюшийся от привода диск 1к с окнами, установленные поперек корпуса газохода f2).

Кель изобретения — увеличение эффек» тивности процесса гашения колебаний дав ления газа путем снижения величин ампли- щ туд давлений низкочастотньrx гармоник.

Это достигается тем, что окна на врашвюшемся диске и неподвижной перегородке расположены равномерно по окружности, в количество окон на врвшаюя «мся диске кратно количеству окон на неподвижной перегородке.

Кроме того, фильтр может быть снабжен датчиком наличия колебаний газа.

Нв фиг. 1 представлена структурная схема устройства; нв фиг. 2 дан вид по стрелке А на фиг. 1; нв фиг. 3 - вид по стрелке Б на фиг. 1; на фиг. 4 — график движения газа: G - осциллограмма давлений в главном трубопроводе, о - обертон основного тона; нв фиг. 5 — обертон основного картона (кривая б) и трех первых обертонов (кривые о, g и Д )на фиг. 6 - гармоники отсеченной волны колебаний давлений газа.

Устройствоимеет корпус газохода 1,внутри которого расположены неподвижная перегородка 2 и врашвюшийся диск 3. На неподвижной перьгородке и врвшаюшемся диске имек1тся окна 4 и 5, равномерно рвзмешенные меж» ду окружностями диаметров Э и 1) . Врашаюшийся диск установлен на валу 6 электродвигателя 7.

Для впуска газа корпус 1 подключен к главному трубопроводу 8, в для выпуска559064

2%т + 2" тт Х

Ф Cos f + &ттт tX

+ », A (Сов о„, тт

XSjtT y ) или 2Етт

Р - Р„= ЬР = Е A„,Соь 4 — V гдето =А сов 1 „и Ь =А„ 1ъ Унаходятся иэ осциллограммы, разложением в ряд Фурье;

Д „ » амплитуда колебаний давления гармоник или величина максимального .о клонения давления газа в главном трубопроводе от равновесного состояния;

- давление в главном трубопроводе при равновесном, установившемся движении газа; Р— величина отклонения давления от положения равновесия в момент времени ъ - номер гармоники;

У - начальная фаза,соответствующая моменту вермени 3 =О.

Предлагаемое устройство предназначено для того, чтобы уменьшить амплитуды, проникаюшие иэ главного трубопровода потребителю, как основного тона с периодом С,твк и некоторых первых обертонов с периодами соответственно —, —, — и т

2 3 4 т,д.

В зависимости от особенностей машины или технологической линии, потребляющих газ иэ главного трубопровода, достаточно отфильтровать основной тон и первые дватри обертона, которые и наиболее опасны по своим амплитудам колебаний, так как нарушают технологию изготовления изделий.

Предлагаемый фильтр низкочастотных колебаний работает следуюшим образом.

При появлении в главном трубопроводе 8 неуствновившегося движения газа, которое к технологической линии 9; для контролт за колебаниями га(а установлен датчик 10,i а для выключения электродвигателя и фиксации диска — автоматический фиксатор 11.

Иэ главного трубопровода газа выпускается потребителю прерывисто, т.е. главный трубопровод на некоторое мгновение отклю» чается от потребителя.

Любые колебания давления газа, каково бы их происхождение не было, можно запи- lO сать осциллографом в виде осциллограмм давления в зависимости от времени Р=Р(т.).

Эту осциллограмму при помоши гармонического анализа можно всегда разложить в ряд

Фурье, найти амплитуды гармоник этого ря l5 да и построить графики гармоник.

Ряд Фурье в этом случае запишется так

2Н тт 22 тт

Р(6) =Р +, ((м Gos 1+ Ъ 5ттт — t)* о ъ тт и

3О

Ъ=1 можно зафиксировать осциллограммой, (см, фиг. 4, кривая й. ) с основным тоном (см, фиг. 4, кривая 5 ), имеющим .период колебаний Г и конечную амплитуду А, а также и тремя первыми обертонами (см. фиг. 5, кривые 6, Z, и д), сопровождвюшими основной тон и имеющими соответственно кониные амплитуды А А, А, датчик 10 пода2 3 4 ет импульс в автоматический фиксатор 11, который включает электродвигатель 7. Электродвигатель приводит во врвшение диск 3.

Гаэ проходит через окна 4 и 5 при их совпадении. Через окна вместе с газом распространяются и колебания давления газа. Однако распространяются только колебания с периодом, меньшим, чем период совпадения окон 4 и 5 при врашении дис» ка 3 относительно перегородки 2. Колебания давления газа с большим периодом отсекаются врвшаюшимся диском с окнами и вследствие этого в технологической линии 9 колебания давления газа имеют более высокую частоту и меньшую амплитуду, Но они будут невредны для технологии и изготовления изделий, поскольку их амплитуды колебаний давления газа будут уже незначительны (см. фиг. 6).

Если число окот. неподвижном диске ттт, а число окон во врвшаюшемся диске

Z, и они равномерно расположены по окружности, то период подачи газа иэ главного трубопровода через эти окна в технологическую линию будет равным — XD + Э вЂ” TT<<"D +

d P *

2 36О Х 36О 2 360

0 ц %2 т1 д т13

360м

Частота подачи Ng из главного трубопровода и технологическую линию через окна дисков будет равна

1 нотт ф 7 с (Ъ где (1 -окружная скорость диска на дивМЕТРЕ )2 М СЕК

- число оборотов вращающегося диска, об/сек; й. - центральный угол окна неподвижно-, го диска; - центральный угол окна врвщающе» гася диска, Для того, чтобы начало открытия и конец закрытия были бы всегда у всех окон однов менными,-необходимо иметь отноше» ние кратным, например, если Х =8, то тл может быть ттт = 1, 2, 4 и 8, если

Z. =6, то Тп может быть тл =1,2,3 и 6. В этом случае все окна тп в неподвижном

6 шт.

6 шт диске будут открываться и закрываться одновременно.

Когда главный трубопровод работает большую часть времени при установившемся течении, то выгодное принимать Z =7п. В этом случае транзитная скорость течения газа через окна фильтра будет меньше, чем при 2 )m.

Для того, чтобы окно врашаюшегося диска не могло одновременно производить l0 выпуск из главного трубопровода в два окна неподвижного диска, должно сушествовать

360 также условиетп(. В противном случае, когдатп), возможйо проникновение из д.+Р главного трубопровода в технологическую I5 линию через окна колебаний основного тона и некоторых обертонов. Можно, следовательно, ограничить проникновение низкочастотных обертонных колебаний через врашаюшийся диск путем выбора соответствуюшего числа окон во врашаюшемся диске 777,чйсла окон в, неподвижном диске 7г и числа оборотов диска и так, чтобы не могла нарушаться работа технологической линии в целом. 35

Для случая, когда7П6 р,период разобшения главного трубопровода Ь p.g от технологической линии будет равен — — gy — — ЖЭ 360-(a ?п

?и esp 2 360 2

P0 Т1) и > и 360

Пример . Проектируют фильтр ни:-ькочастотных колебаний для пневомосистемы удаления пуха и пыли из зоны вязания группы кругловяэальных трикотажных машину ЗЬ который не должен допускать проникновения из главного трубопровода в пневомистему четыре первые гармоники при следуюших исходных данных:

Расход воздуха при установив- 40 шемся течении на все трикотаж ные машины 5 .4,2 кг/сек

Статическое давление воздуха в главном трубопроводе при установившемся течении РО 200000я/м Ф

Частота основного тона zoлебаний N 10 Гц

Транзитная скорость воздуха перед фильтром при установившемся течении воздуха Ч 30 мlсек 59

Амплитуды колебаний семи гармоник ряда Фурье, полученные из осциллограммы давлений:

А„ 20000 и/м

А2

1 0000 н/м 56

А 5000 и/м

А4 4000 н/м

А 3000 н/м

А6 2000 и/м

А 1000 н/м

На чел,на я фаза f „coo T ветствуюшая моменту времени т.. =0 0

Статическая температура воздуха в главном трубопроводе при установившемО ся течении Ро 300 Е

Газовая постоянная воздуха R 287,3дж/к 1-рнц

Число окон; во врашаюшемся диске в неподвижном диске тп

Диаметр окон: наружный 2 2 500 мм. внутренний Э„ 120 мм

Период сообшения окон Г 0,02 сек

Центральный угол: ф о окна неподвижного диска d. 23 о окна врашаюшегося диска 23

Ряд Фурье, записанный для рассматриваемой осциллограммы, которая как указывалось уже, имеет всего лишь 7 гармоник, будет иметь вид:

V\=7 2кп 2 Е др= 2;А Cos t=A Cos t+ г Д Cos t+А Cps t+А Cos — t+

476 617 8Я

4 .р

10% 121 14 оД Cos — - 6+ A Cps — 1+А Cos

Ф Г 6 Г 7 Г

2 К 4З Г

-20000 Со — 1+ 10000 Cos t+ с.

+5000 Cos t 1-4 000 Соs — t

И ВK Г Г

t3Q00 Cos т+2000 Со&

10 12 Il с. Г

14 И

+4000 Ca5 . ° Г

Для того, чтобы ограничить проникновение основного тона с амплитудой А и

/ первых трех обертонов с амплитудами

А и А, необходимо, чтобы период 2

3 соответствовал неравенству Х < †. Так как Г =у =„— = 0,1 сек, а ч =0,02сек, это неравенство соблюдается.

Диаметр трубопровода определится по заданному расходу воздуха, проходяшему через главный трубопровод Ci =4,2 кг/сек и по заданным значениям Ч,Р иТО ° Согласно уравнению неразрывности получается;

<12

46Ято 12 4 42 7873.300

t СР,Ч 3,14 2ооооо.30 1 ™

Принимаем 3 =280 мм.

Таким образом, проходное сечение тру» бопровода будет равно

17. 8

=0,787.0,28 = О 061 м

Проходное сечение окон дисков 7: при их совпадении с окнами перегородки будет равно

РХ ХР TtР„ 23 6

f 3ьо 4 4 36о — О,Т81-0,5—

z 2

"0785 0>12 п0,06+1 м Ф

55906 с1

8 мосистему машины колебаний с конечными амплитудами возможно в данном случае. только пятой, шестой и седьмой гармоник.

Первая же, вторая, третья и четвертая гармоники будут отсечены дисками, не успев проникнуть сквозь вращающиеся окна диска на всю их длину, или

0 =384 об/мин.

Причем, выполняется и:условие

36 О а1+

36О

Период разобщения окон будет равен

Збо -(д + (3) т жабо -46 6 р 8" П т 1 360 6 4 -6 360,00609сек З) I !

Таким образом, проникновение из главного трубопровода 8 через фильтр в пневт.е. проходное сечение окон несколько больше проходного сечении главного трубопровода (для уменьшения гидравлического сопро тивления).

Число оборотов в секунду вращающегося диска определится из написанной ранее формулы

aL.+ P 46

Tl 6,4 o6 /сак

360 T ЭЬО 0102 1

Формула изобретении

1. Фильтр низкочастотных колебаний давления газа, включающий корпус, установленные поперек него неподвижную перегородку и вращающийся от привода диск, в которых выполнены окна, о т л и ч а юшийся тем, что, с целью увеличения эффективности процесса гашения колебаний давления газа путем снижения величин амплитуд давлений низкочастотных гармоник, окна на вращающемся диске и неподвижной перегородке расположены равномерно по окружности, а количество окон на вращающемся диске кратно количеству окон на неподвижной перегородке.

2. Фильтр по п. 1, о т л и ч а ю ш и й» с я тем, что он снабжен датчиком наличия колебаний газа.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе:

1. Патент Франции №2083112, класс

Р 164 55/ОО,опубл, 1972 r.

2. Патент США №3601313, класс

239«2, опубл. 1971 г.