стабилизатор давления

Формула изобретения

Стабилизатор давления, содержащий корпус, охватывающий с образованием полости соосный с ним центральный трубопровод с поясами перфорационных отверстий, установленный в присоединительных муфтах, закрепленных по торцам корпуса, и сообщенный через них с напорной магистралью, расположенные коаксиально в полости, последовательно от внутренней поверхности корпуса к наружной поверхности центрального трубопровода демпфирующий элемент из пористой резины, упругую мембрану, выполненную в виде цилиндрических секций пружин спиралевидного типа, охватываемый мембраной разделительный элемент в виде трубки из эластичного материала и устройство герметизации разделительного элемента в присоединительных муфтах, отличающийся тем, что демпфирующий элемент выполнен в виде колец, последовательно установленных в осевом направлении и с зазором относительно внутренней поверхности корпуса, упругая мембрана выполнена с возможностью охвата разделительного элемента с образованием при этом зазора между внутренней поверхностью последнего и гладкой наружной поверхностью центрального трубопровода, присоединительные муфты выполнены в виде стакана со штуцером, расположенным в центральной части диска, на внутренней цилиндрической поверхности стакана выполнена резьба для соединения с ответной резьбой на наружной поверхности корпуса, заканчивающаяся на торцевой поверхности диска канавкой под уплотнение, а устройство герметизации разделительного элемента выполнено в виде фланца, имеющего диск с отверстиями и втулку, с наружной цилиндрической поверхностью у диска, переходящей в коническую, и обжимающего торцевые концы разделительного элемента с помощью зажимных винтов фиксирующего кольца, имеющего внутреннюю поверхность у одного торца цилиндрическую переходящую в коническую, при этом вершина конуса направлена к другому торцу и его угол конуса при вершине на 3-5 градусов больше угла конуса при вершине втулки, причем внутренний диаметр кольца меньше наружного диаметра цилиндрической части втулки, при этом втулка своей внутренней цилиндрической поверхностью установлена на штуцере муфты с возможностью уплотнения.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к средствам пневмогидравлической техники и может быть использовано в нефте- и газодобывающей, химической промышленности для гашения колебаний давления в напорных трубопроводах при перекачивании рабочей среды насосно-компрессорными системами, устранения гидроударов, возникающих при закрытии клапанов и задвижек.

Известны устройства, предназначенные для уменьшения интенсивности гидроударов и пульсации давления рабочей среды в трубах, в частности для предотвращения аварийных ситуаций в резонансных частотах. Наибольшая эффективность присуща стабилизаторам давления, принцип работы которых основан на изменении параметров трубопроводной системы (податливости, приведенного гидравлического сопротивления), а гашение колебаний происходит за счет диссипации энергии на равномерно распределенной по длине стабилизатора перфорации и за счет податливости вспомогательных камер, стенки которых выполнены из упругого материала. RU 2133903 С1, (НИТИ)Б, 27.07.1999.

Недостатком этих устройств является их ограниченная эффективность гашения гидроудара, что обусловлено особенностями конструктивного исполнения, в частности инерционностью гидравлического тракта, сообщающего демпфирующие элементы с трубопроводной системой, а также большие габариты этих устройств.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому устройству является выбранный в качестве прототипа стабилизатор давления, содержащий корпус, охватывающий с образованием полости соосный с ним центральный трубопровод с поясами перфорационных отверстий, установленный в присоединительных муфтах, закрепленных по торцам корпуса, и сообщенный через них с напорной магистралью, расположенные коаксиально в полости, последовательно от внутренней поверхности корпуса к наружной поверхности центрального трубопровода, демпфирующий элемент из пористой резины, упругую мембрану, выполненную в виде цилиндрических секций пружин спиралевидного типа, и охватываемый упругой мембраной разделительный элемент в виде трубки из эластичного материала, и устройство герметизации разделительного элемента в присоединительных муфтах. RU 2083910 С1, (НГДУ «ЧЕКМАГУШНЕФТЬ» ПО «БАШНЕФТЬ»), 10.07.1997.

Недостатком такого устройства является низкая надежность работы устройства при высоких давлениях в напорной магистрали и большой цикличности нагружения, особенно узла герметизации разделительного элемента из-за наличия выступов на наружной поверхности центрального трубопровода, приводящих к потере герметичности трубки. Указанных средств оказывается недостаточно для герметизации разделительного элемента в корпусе стабилизатора с высоким уровнем давления, особенно в местах контакта его с выступами. Кроме того, такое соединение не выдерживает большого крутящего момента и изгибающего усилия, возникающего в процессе работы секций спиральных пружин.

Задача изобретения заключается в том, чтобы создать более надежное устройство для герметизации разделительного элемента в корпусе стабилизатора при гораздо большей цикличности нагружения, а также задачей является повышение эффективности функционирования устройства путем расширения диапазона рабочих давлений, амплитуд гасимых колебаний давления.

Поставленная задача решается таким образом, что в стабилизаторе давления, содержащем корпус, охватывающий с образованием полости соосный с ним центральный трубопровод с поясами перфорационных отверстий, установленный в присоединительных муфтах, закрепленных по торцам корпуса, и сообщенный через них с напорной магистралью, расположенные коаксиально в полости, последовательно от внутренней поверхности корпуса к наружной поверхности центрального трубопровода, демпфирующий элемент из пористой резины, упругую мембрану, выполненную в виде цилиндрических секций пружин спиралевидного типа, и охватываемый мембраной разделительный элемент в виде трубки из эластичного материала, и устройство герметизации разделительного элемента в присоединительных муфтах, демпфирующий элемент выполнен в виде колец, последовательно установленных в осевом направлении и с зазором относительно внутренней поверхности корпуса, упругая мембрана выполнена с возможностью охвата разделительного элемента с образованием при этом зазора между внутренней поверхностью последнего и гладкой наружной поверхностью центрального трубопровода, присоединительные муфты выполнены в виде стакана со штуцером, расположенным в центральной части диска, на внутренней цилиндрической поверхности стакана выполнена резьба для соединения с ответной резьбой на наружной поверхности корпуса, заканчивающаяся на торцевой поверхности диска канавкой под уплотнение, а устройство герметизации разделительного элемента выполнено в виде фланца, имеющего диск с отверстиями и втулку, с наружной цилиндрической поверхностью у диска, переходящей в коническую, и обжимающего торцевые концы разделительного элемента с помощью зажимных винтов фиксирующего кольца, имеющего внутреннюю поверхность у одного торца цилиндрическую переходящую в коническую, при этом вершина конуса направлена к другому торцу и его угол конуса при вершине на 3-5 градусов больше угла конуса при вершине втулки, причем внутренний диаметр кольца меньше наружного диаметра цилиндрической части втулки, при этом втулка своей внутренней цилиндрической поверхностью установлена на штуцере муфты с возможностью уплотнения.

На чертеже изображен стабилизатор давления (общий вид).

Стабилизатор давления содержит корпус 1, охватывающий с образованием полости 2 соосный с ним центральный трубопровод 3 с поясами перфорационных отверстий 4, установленный в присоединительных муфтах 5, закрепленных по торцам корпуса 1, и сообщенный через них с напорной магистралью, расположенные коаксиально в полости, последовательно от внутренней поверхности корпуса 1 к наружной поверхности центрального трубопровода 3, демпфирующий элемент 6 из пористой резины, упругую мембрану 7, выполненную в виде цилиндрических секций пружин спиралевидного типа, и охватываемый мембраной 7 разделительный элемент 8 в виде трубки из эластичного материала, и устройство герметизации разделительного элемента 8 в присоединительных муфтах 5. Демпфирующий элемент 6 выполнен в виде колец, последовательно установленных в осевом направлении и с зазором относительно внутренней поверхности корпуса 1. Упругая мембрана 7 выполнена с возможностью охвата разделительного элемента 8 с образованием при этом зазора между внутренней поверхностью последнего и гладкой наружной поверхностью центрального трубопровода 3. Присоединительные муфты 5 выполнены в виде стакана со штуцером 9, расположенным с центральной части диска 10. На внутренней поверхности стакана выполнена резьба 11 для соединения с ответной резьбой на наружной поверхности корпуса 1, заканчивающаяся на торцевой поверхности диска 10 канавкой 12 под уплотнение 13. Устройство герметизации разделительного элемента выполнено в виде фланца, имеющего диск 14 с отверстиями и втулку 15, с наружной цилиндрической поверхностью у диска 14, переходящей в коническую, и обжимающего торцевые концы разделительного элемента 8 с помощью зажимных винтов 16 фиксирующего кольца 17, имеющего внутреннюю поверхность у одного торца цилиндрическую переходящую в коническую, при этом вершина конуса направлена к другому торцу и его угол конуса при вершине на 3-5 градусов больше угла конуса при вершине втулки 15, причем внутренний диаметр кольца 17 меньше наружного диаметра цилиндрической части втулки 15. Втулка 15 установлена на штуцере 9 муфты 5 с возможностью уплотнения, например, резиновыми кольцами 18, установленными на штуцере 9.

Стабилизатор давления работает следующим образом. В исходном состоянии при поступлении рабочей среды из напорной магистрали через присоединительные муфты 5 в центральный трубопровод 3 она проходит через перфорационные отверстия 4 и заполняет полость 2 в зазоре между внутренней поверхностью разделительного элемента 8 и гладкой наружной поверхностью центрального трубопровода 3.

При резком повышении давления рабочей среды в центральном трубопроводе 3 начинается дополнительное перетекание рабочей среды через перфорации 4. При этом растягивается упругий разделительный элемент 8 (диаметр трубки увеличивается) и деформируются секции пружин 7 спирального типа, взаимодействующие с демпфирующими элементами 6. Это приводит к пропаданию зазора между внутренней поверхностью корпуса 1 и наружной поверхностью демпфирующих элементов 6 и к увеличению зазора между внутренней поверхностью упругого разделительного элемента 8 и наружной поверхностью центрального трубопровода 3, в котором проходит рабочая среда, за счет чего уменьшается давление в центральном трубопроводе 3.

При падении давления в центральном трубопроводе 3 упругий разделитель 8 под действием сил упругости со стороны секций пружин 7 и демпфирующих элементов 6 возвращается в исходное положение, вызывая обратное движение рабочей среды в центральный трубопровод 3 и повышение давления в нем.

И в том, и в другом случае помимо упругого демпфирования колебаний давления на упругих элементах стабилизатора (разделитель 8, секции пружин 7, демпфирующих элементов 6) происходит интенсивная диссипация энергии на перфорационных отверстиях 4, и также за счет трения витков пружин 7 друг о друга и о демпфирующие элементы 6, а также трения последних между собой и о внутреннюю поверхность корпуса 1.

Диапазон гасимых частот колебаний давления определяется диапазоном изменения суммарной площади перфорационных отверстий 4, упругими характеристиками разделительного элемента 8 секции пружин 7, демпфирующих элементов 6.

Работа устройства герметизации разделительного элемента 8 в присоединительных муфтах 5 аналогична работе узла герметизации и не требует специального пояснения. Однако при этом хочется отметить, что фиксирующее кольцо 17, установленное на винтах 16 в отверстиях диска 14, постоянно испытывает осевую нагрузку со стороны демпфирующих элементов 6, находящихся под давлением текучей среды, и благодаря наличию конической поверхности оказывает постоянно заклинивающее усилие, обеспечивающее дополнительную герметизацию.

Использование предлагаемого устройства обеспечивает по сравнению с существующими аналогами следующие преимущества:

Заполнение полости между внешней поверхностью секций пружин спирального типа и внутренней поверхностью корпуса стабилизатора демпфирующими элементами из упругого материала в виде колец позволяет увеличить амплитуду гасимых колебаний и расширить диапазон рабочих давлений, при которых стабилизатор сохраняет работоспособность.

Кроме того, отсутствие в узле герметизации упругого разделителя выступов и также их отсутствие на центральном трубопроводе повышает долговечность разделителя.

Таким образом, использование заявляемого устройства позволяет улучшить демпфирующие и диссипативные свойства стабилизатора, оптимизировать режимы его работы.