В [9] представлена схема пневмостабилизатора с разделенной на отсеки газовой полостью (рис. 6). Он состоит из корпуса 1, с присоединительными патрубками 2. В корпусе 1 размещен упругий демпфирующий элемент 3 с газовой полостью 4, которая сообщается с источником сжатого газа (не показан), посредством подводящих 5 и отводящих 6 патрубков. Кольцевая полость разделена поперечными перегородками 7 с отверстиями 8 и радиальными перегородками 9 с отверстиями 10 на отсеки 11.
Устройство для гашения пульсаций давления работает следующим образом.
Пульсирующий поток рабочей среды поступает в корпус 1 через присоединительный патрубок 2, проходит вдоль кольцевой газовой полости 4, вызывая деформацию отсеков 11. При этом газ перетекает между отсеками 11 через отверстия 8 и 10, что обеспечивает гашение пульсаций давления рабочей среды. Регулировка демпфирующей способности устройства осуществляется путем подбора толщины упругих перегородок 7 и 9, диаметров и количества отверстий 8 и 10 и давления наддува от источника сжатого газа.
В [6] представлены схемы различных пневмостабилизаторов пульсаций давления в трубопроводах.
Фирмой Pulsation Соntrоls Соrроrаtion запатентовано устройство (рис. 7), представляющее собой перфорированный участок трубопровода 4, герметично закрепленный на нем корпус 3, образующий с этим участком камеру, заполненную упругими шариками 2, либо полыми податливыми капсулами с газом. Гашение колебаний давления производится за счет диссипации энергии на перфорации 5 и при взаимодействии с капсулами.
Фирма Phillips Petroleum Corporation предложила устройство (рис. 8), включающее перфорированный участок трубопровода 4, наружный корпус 1 и камеру 8. Эластичный элемент 2, расположенный между участком трубопровода и корпусом, делит камеру на две герметичные полости: газовую и жидкостную. Жидкостная камера через перфорацию 5 соединяется с внутренней частью трубопровода, а газовая 3-с источником газа. Гашение колебаний давления происходит вследствие диссипации энергии на перфорации и поглощения энергии разделительным элементом и газом в полости 3.
На рис 9. представлена конструкция пневмостабилизатора с гибким разделительным элементом. Пневмостабилизатор состоит из наружного корпуса 2 и участка трубопровода 6 с равномерно распределенной по длине перфорацией 3. Полость между корпусом 2 и внутренним участком магистрали 6 разделена гибким разделительным элементом 5, который служит для разделения жидкой и газовой сред пневмостабилизатора. В процессе работы разделительный элемент 5 может перемещаться между корпусом 2 и внутренним участком 6. Жидкостная полость пневмостабилизатора соединена посредством перфорации с основной гидромагистралью, а газовая - через штуцер 4 с аккумулятором давления.
В зависимости от агрессивности рабочей среды и ее температуры, гибкий разделительный элемент 5 может быть как неметаллическим (различные резины, каучуки, фторопласт и т.д.), так и металлическим. Уплотнение гибкого элемента 5 производится путем обжатия его концов между внутренней полусферой корпуса 2 и конусными поверхностями трубопровода 6 и кольца 1.
Пневмостабилизатор работает следующим образом. При установившемся режиме жидкость, протекающая по трубопроводу 6, через перфорацию 3 заполняет полость между трубопроводом 6 и гибким элементом 5. Полость между корпусом 2 и гибким элементом 5 заполнена газом с тем же давлением, что и в основной магистрали. Таким образом, гибкий элемент 5, являющийся разделителем двух сред, находится в среднем положении.
В момент возникновения колебаний давления в магистрали давление в жидкостной полости пневмостабилизатора становится либо больше, либо меньше давления в газовой полости, и гибкий элемент 5 под воздействием перепада давлений перемещается в какую-либо сторону. Вследствие большой податливости гибкого элемента 5 и газовой полости происходит увеличение скорости на сосредоточенных сопротивлениях, что приводит к диссипации энергии колебаний давления. Выбором податливости гибкого элемента 5, суммарной площади перфорации 3 и объема газовой полости можно добиться заданной степени уменьшения амплитуды колебаний.
Рассмотренный пневмостабилизатор пригоден для использования в гидромагистралях диаметром не более 0,5 м.
Для стабилизации колебаний давления в трубопроводах диаметром 0,5 м и более целесообразно использовать пневмостабилизатор, схема которого изображена на рис. 10.
Пневмостабилизатор представляет собой участок трубопровода 3, снабженный предкамерой 2, выполненной в виде цилиндра с отверстиями по образующей, которая охватывает снаружи поверхность участка трубопровода. Демпфирующие элементы выполнены в виде цилиндрических камер 9 с укрепленными в них двумя упругими мембранами 8, разделяющими камеру на три полости.
Средняя полость (гидравлическая) соединяется через предкамеру 2 и распределенную перфорацию 4 с магистралью трубопровода. Полости 6, образованные мембраной и корпусом камеры, соединены с аккумулятором давления газа.
С целью ограничения хода и предотвращения разрыва мембран при отсутствии давления в жидкостной полости в камере установлены сферические диафрагмы 1 с отверстиями, суммарная площадь которых равна или больше площади поперечного сечения основного отверстия 5, связывающего камеру 7 с предкамерой 2. Количество рабочих камер, их геометрические размеры, податливость и перфорацию (необходимое число поясов отверстий и количество отверстий в поясе, а также их диаметр) подбирают заранее, в зависимости от рабочих параметров гидросистемы и конструктивных особенностей данного стабилизатора давления.
Пневмостабилизатор работает следующим образом. При отсутствии давления в магистрали упругие элементы (мембраны) под действием давления наддува перемещаются в сторону гидравлической полости и занимают крайнее положение на диафрагме. Непосредственно при подаче номинального рабочего давления жидкости упругий элемент принимает среднее положение. При резком изменении давления в гидромагистрали (наличие колебательных процессов) упругие элементы в результате перепада давления в газовой и гидравлической полостях перемещаются в ту или иную сторону от среднего положения.
Главными достоинствами рассмотренных пневмостабилизаторов являются:
1. высокая надежность работы и эффективность использования их в системах с умеренным и номинальным давлением и температурой химически неактивной среды;
2. применение в конструкции пневмостабилизаторов недорогих и недефицитных материалов(пластмассы, резины).
Вместе с тем, использование неметаллических элементов ограничивает область применения пневмостабилизаторов в химически активных средах, при высоких температурах и давлениях среды. Кроме того, использование пневмостабилизаторов для гашения колебаний давления в трубопроводах связано с необходимостью обеспечения подачи какого-либо газа, находящегося под давлением, в наддувную полость пневмостабилизатора. Поэтому создание стабилизаторов давления без использования неметаллических упругих разделительных элементов и без дополнительного наддува является актуальной задачей.