PL232933B1

PL232933B1 - Pressure pulsation suppressor

Info

Publication number: PL232933B1
Application number: PL424788A
Authority: PL
Inventors: Łukasz Nowakowski; Wojciech Depczyński
Original assignee: Ekokanwod Czyszczon I Poltorak Spolka Jawna; Ekokanwod Czyszczon I Póltorak Spólka Jawna; Politechnika Swietokrzyska
Priority date: 2018-03-06
Filing date: 2018-03-06
Publication date: 2019-08-30
Also published as: PL424788A1

Description

Opis wynalazkuDescription of the invention

Przedmiotem wynalazku jest tłumik pulsacji ciśnienia przeznaczony do redukcji pulsacji ciśnienia, zwłaszcza w układach hydraulicznych o dużej nierównomierności pracy.The subject of the invention is a pressure pulsation damper designed to reduce pressure pulsations, especially in hydraulic systems with high non-uniformity of operation.

Tłumiki pulsacji ciśnienia, zwane też akumulatorami pulsacji, przeznaczone są do niwelowania skoków ciśnienia generowanych przez pompy nurnikowe, tłokowe i membranowe. Głównym zadaniem tłumika jest znaczące zmniejszenie pulsacji ciśnienia w możliwie szerokim paśmie częstotliwości, przy nieznacznych stratach ciśnienia, niezależnie od wahań temperatury lub ciśnienia. Tłumik pulsacji powinien mieć prostą budowę, działać skutecznie, być łatwy w obsłudze i zapobiegać tworzeniu się pęcherzyków powietrza. Nie może również zanieczyszczać cieczy hydraulicznej lub wchodzić z nią w reakcje chemiczne. Zwiększenie ciśnienia, które nie jest skompensowane przyczynia się do nieregularnej pracy systemu i może spowodować uszkodzenia orurowania.Pressure pulsation dampers, also called pulsation accumulators, are designed to compensate for pressure surges generated by plunger, piston and diaphragm pumps. The main task of the damper is to significantly reduce pressure pulsations in the broadest possible frequency range, with insignificant pressure losses, regardless of temperature or pressure fluctuations. The pulsation damper should be simple in design, function efficiently, be easy to handle and prevent the formation of air bubbles. It must also not contaminate or react chemically with the hydraulic fluid. Increase in pressure that is not compensated contributes to erratic system operation and can damage piping.

Tłumiki pulsacji są szeroko stosowane w hydraulicznych instalacjach sterujących, takich jak układy sterujące wyłącznikiem hydraulicznym, gdzie zawsze jest dostępna z góry określona minimalna objętość cieczy, przy założonym minimalnym ciśnieniu. W takich instalacjach tłumiki są zwykle okresowo ładowane lub ponownie napełniane olejem za pomocą pompy. Gaz wykorzystywany jako elastyczna poduszka w konwencjonalnych tłumikach pulsacji był pierwotnie powietrzem, lecz utleniające działanie zawartości tlenu w powietrzu bywało szkodliwe pod wysokim ciśnieniem, co powodowało korozję urządzenia. Większość tłumików jest napełniana gazami obojętnymi takimi jak azot czy hel. W praktyce duża część azotu w powietrzu pozwala porównywać charakterystykę akumulatorów napełnianych powietrzem z tłumikami napełnionymi azotem.Pulsation dampers are widely used in hydraulic control installations, such as hydraulic switch control systems, where a predetermined minimum volume of liquid is always available at a predetermined minimum pressure. In such installations, silencers are usually periodically loaded or refilled with oil using a pump. The gas used as a flexible cushion in conventional pulsation dampers was originally air, but the oxidizing effect of the oxygen content in the air was detrimental at high pressure, resulting in corrosion of the device. Most silencers are filled with inert gases such as nitrogen and helium. In practice, a large proportion of the nitrogen in the air makes it possible to compare the characteristics of air-filled batteries with nitrogen-filled silencers.

Znany jest z publikacji US3856048A hydropneumatyczny akumulator tłokowy wykonany z uszczelnionego cylindra podzielonego przez tłok na dwa przedziały objętości, które są odwrotnie zamienne. Jeden przedział zamyka poduszkę gazu pod ciśnieniem, tworząc sprężysty bufor, zaś drugi przedział zawiera ciecz, na ogół olej, który jest w ten sposób przechowywany i zawsze dostępny pod ciśnieniem ustalonym przez poduszkę gazu.There is known from the publication US3856048A a hydropneumatic piston accumulator made of a sealed cylinder divided by a piston into two volume compartments which are inversely interchangeable. One compartment encloses the cushion of pressurized gas to form a resilient buffer, and the other compartment contains a liquid, generally oil, which is thus stored and always available under the pressure set by the cushion of gas.

Znany jest z publikacji US3064686A akumulator hydrauliczny posiadający tłok wyposażony w mechanizm dociskający uszczelnienie do ścianek cylindra akumulatora za pomocą sprężyny spiralnej zamocowanej na trzpieniu. Sprężyna skraca dystans pomiędzy dwoma odpowiednio ukształtowanymi częściami tłoka, wypychając uszczelnienie w miarę zużywania się jego powierzchni.It is known from the publication US3064686A a hydraulic accumulator having a piston equipped with a mechanism for pressing the seal against the walls of the accumulator cylinder by means of a spiral spring mounted on the mandrel. The spring shortens the distance between the two suitably shaped parts of the piston, pushing up the seal as the surface wears out.

Budowa oraz schemat pracy tłokowych tłumików pulsacji przedstawiony został w publikacjach US214716A, US3856048A, US1590587A, US2734531A oraz US2800924A. Przywoływane rozwiązania nie są przeznaczone do pracy z cieczami zawierającymi sedymentujące cząstki, zawiesinami, mieszankami betonowymi czy z płuczkami górniczymi.The construction and operation diagram of piston pulsation dampers are presented in publications US214716A, US3856048A, US1590587A, US2734531A and US2800924A. The solutions mentioned are not intended to work with liquids containing sedimenting particles, slurries, concrete mixes or with mining washes.

Wyjątek stanowią tłumiki membranowe pomp płuczkowych takie jak opisane w publikacji US2757689A, gdzie membrany mają niewielki skok i do skutecznego tłumienia skoków ciśnienia potrzebne są znaczne rozmiary tej membrany.Exceptions are diaphragm dampers for mud pumps, such as those described in US2757689A, where the diaphragms have a small stroke and a large size of the diaphragm is needed to effectively dampen pressure peaks.

Niedogodnością konstrukcji wyżej wspomnianych tłumików pulsacji jest ograniczona możliwość samooczyszczania podczas ciągłej pracy w wskutek czego w komorze tłumika pozostaje duża ilość zanieczyszczeń.A disadvantage of the construction of the above-mentioned pulsation dampers is the limited possibility of self-cleaning during continuous operation, as a result of which a large amount of dirt remains in the damper chamber.

Celem niniejszego wynalazku jest opracowanie tłokowego tłumika pulsacji z systemem ciągłego czyszczenia wewnętrznych powierzchni cylindra w czasie jego pracy.The object of the present invention is to provide a piston pulsation damper with a system for continuously cleaning the inner surfaces of the cylinder during operation.

Zgodnie z wynalazkiem, tłumik pulsacji ciśnienia posiadający korpus z otworami doprowadzającymi i odprowadzającymi czynnik roboczy, w którym osadzony jest cylinder uszczelniony oringami, na którym to cylindrze zainstalowana jest głowica wraz z manometrem i czwórnikiem doprowadzającym gaz do wnętrza cylindra przymocowanego śrubami do korpusu, przy czym w cylindrze osadzony jest suwliwie tłok, który dzieli komorę cylindra na komorę górną nad tłokiem i komorę dolną pod tłokiem, charakteryzuje się tym, że w cylindrze osadzony jest element sprężysty, korzystnie w postaci spiralnej sprężyny, przytwierdzony jednym końcem do tłoka, a drugim końcem przytwierdzony do górnej części korpusu, tak że krawędzie boczne elementu sprężystego oparte są o wewnętrzną powierzchnię cylindra. W dolnej części korpusu zainstalowana jest tuleja w postaci stożka ściętego, w której osadzona jest rura z przymocowaną dyszą rozprowadzającą ciecz wewnątrz dolnej komory.According to the invention, a pressure pulsation damper having a body with openings for supplying and discharging the working medium, in which a cylinder sealed with O-rings is mounted, on which cylinder a head is installed, together with a pressure gauge and a cross-section supplying gas to the inside of the cylinder bolted to the body, whereby the a piston is slidably mounted in the cylinder, which divides the cylinder chamber into an upper chamber above the piston and a lower chamber under the piston, characterized in that an elastic element is mounted in the cylinder, preferably in the form of a spiral spring, fixed with one end to the piston, and the other end attached to upper body part so that the side edges of the resilient element rest against the inner surface of the cylinder. A frusto-conical sleeve is installed in the lower part of the body, in which a pipe is mounted with a fixed nozzle distributing the liquid inside the lower chamber.

Korzystnie, dysza ma kształt stożka ściętego z otworami rozmieszczonymi promieniowo na tworzącej stożka oraz otworem umiejscowionym osiowo na czole dyszy.Preferably, the nozzle is frusto-conical with holes arranged radially on the cone generatrix and an opening axially located on the face of the nozzle.

Korzystnie, element sprężysty ma przekrój o zarysie kwadratu albo prostokąta albo trójkąta albo trapezu albo ich pochodnych z wklęsłymi lub wypukłymi ścianami.Preferably, the elastic element has a cross section with the contours of a square or a rectangle or a triangle or a trapezoid or their derivatives with concave or convex walls.

PL 232 933 B1PL 232 933 B1

Korzystnie, tłok ma gniazdo, którego kształt odpowiada kształtowi dyszy.Preferably, the piston has a seat the shape of which corresponds to that of the nozzle.

Tłumik pulsacji ciśnienia, według wynalazku, umożliwia tłumienie pulsacji ciśnienia czynnika podawanego w wyniku pracy pompy hydraulicznej tłokowej lub nurnikowej. Tłumik dzięki swojej konstrukcji oraz swojej uniwersalności, może być stosowany do wszystkich rodzajów cieczy, zawiesin, zaczynu cementowego, bentonitu i ich mieszanin. Dysza z otworami rozmieszczonymi promieniowo, na tworzącej stożka, ukierunkowuje strugę cieczy, wpływającą do komory pod tłokiem, która opłukuje i oczyszcza wewnętrzne ścianki cylindra oraz dodatkowo powoduje drgania elementu sprężystego, który trąc o powierzchnie wewnętrzną cylindra oczyszcza ją. Dzięki powstałym w komorze pod tłokiem zawirowaniom ciecz jest ciągle mieszana, co zapobiega jej sedymentacji. Dodatkowo cały element sprężysty wprawiany jest w ruch przez tłok przemieszczający się pod wpływem zmiany ciśnienia pompowanej cieczy. Łatwą i szybką wymianę zużytego elementu sprężystego umożliwia modułowa konstrukcja tłumika, poprzez zastosowane połączenie śrubowe.The pressure pulsation damper, according to the invention, enables the damping of the pressure pulsation of the medium supplied as a result of the operation of a hydraulic piston or plunger pump. The silencer, thanks to its design and its versatility, can be used for all types of liquids, suspensions, cement slurry, bentonite and their mixtures. The nozzle with holes arranged radially on the cone creates a stream of liquid flowing into the chamber under the piston, which rinses and cleans the inner walls of the cylinder and additionally causes vibrations of the elastic element, which rubs against the inner surface of the cylinder and cleans it. Thanks to the swirls formed in the chamber under the piston, the liquid is constantly mixed, which prevents sedimentation. In addition, the entire elastic element is set in motion by a piston that moves under the influence of pressure changes of the pumped liquid. Easy and quick replacement of the worn spring element is possible thanks to the modular structure of the damper, thanks to the screw connection used.

Przedmiot wynalazku uwidoczniono w przykładzie wykonania na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia widok izometryczny tłumika pulsacji ciśnienia, fig. 2 - widok z boku tłumika, fig. 3 - przekrój A-A z fig. 2, fig. 4 - przekrój A-A z fig. 2 z uwidocznionym tłokiem w dolnym skrajnym położeniu, fig. 5 przekrój A-A z fig. 2 z uwidocznionym tłokiem w skrajnym górnym położeniu, fig. 6 - przekroju A-A z fig. 2 w powiększeniu z uwidocznioną górną częścią komory tłumika, fig. 7 - przekroju A-A z fig. 2 w powiększeniu z uwidocznioną dolną częścią komory tłumika, fig. 8 - widok izometryczny dyszy, fig. 9 - widok elementu sprężystego z przykładowymi przekrojami poprzecznymi.The subject of the invention is shown in the embodiment in the drawing, in which fig. 1 shows an isometric view of the pressure pulsation damper, fig. 2 - side view of the damper, fig. 3 - section AA in fig. 2, fig. 4 - section AA in fig. 2 with the piston in the lower end position, fig. 5 section AA in fig. 2 with the piston in the upper end position, fig. 6 - section AA in fig. 2, enlarged, with the upper part of the muffler chamber, fig. 7 - sectional view AA of Fig. 2, enlarged with the lower part of the damper chamber, Fig. 8 - isometric view of the nozzle, Fig. 9 - view of the elastic element with exemplary cross-sections.

Tłumik posiada korpus 1 z pierścieniowym rowkiem 2, w którym osadzony jest cylinder 4 uszczelniony oringiem 3. Cylinder 4 przytwierdzony jest do korpusu 1 śrubami 5, którymi dokręcana jest głowica 6 z pierścieniowym rowkiem 7, osadzona na górnej części cylindra 4 i uszczelniona oringiem 8. W cylindrze 4 osadzony jest suwliwie tłok 9, który dzieli komorę cylindra 4 na komorę górną 10 nad tłokiem 9 i komorę dolną 11 pod tłokiem 9. Tłok wyposażony jest w pierścienie uszczelniające, dzięki czemu nie dochodzi do wymieszania się cieczy z komory dolnej 11 z gazem komory górnej 10. W cylindrze 4 osadzony jest element sprężysty 12 w postaci spiralnej sprężyny, przytwierdzony jednym końcem do podstawy tłoka 9, zaś drugim końcem przytwierdzony do górnej części korpusu 1, tak że krawędzie boczne elementu sprężystego 12 oparte są o wewnętrzną powierzchnię cylindra 4. W dolnej części korpusu 1 przymocowana jest za pomocą śrub stożkowa tuleja 13, w której osadzona jest złączka 14 doprowadzająca tłoczony czynnik roboczy do dolnej komory 11. Tuleja 13 ma kształt stożka ściętego, dzięki czemu przepływająca przez tłumik ciecz jest kierowana bezpośrednio do wylotu 18, dzięki czemu wyeliminowane są miejsca w których mogą gromadzić się zanieczyszczenia. W górnej części tulei 13 osadzona jest rura 15 z zainstalowaną dyszą 16. Dysza 16 ma kształt stożka ściętego z walcową podstawą. Osiowo na czole dyszy 16 usytuowany jest otwór 23 oraz promieniowo na tworzącej stożka dyszy rozmieszczone są otwory 22, przez które podawana jest ciecz do wnętrza dolnej komory 11. W korpusie 1 z jednej strony wykonany jest otwór rewizyjny 17 zaślepiony korkiem 19, a z drugiej strony wykonany jest otwór 18, będący wylotem tłumika pulsacji, przez który wypływa ciecz. W głowicę 6 tłumika wkręcony jest, za pośrednictwem nypla 24, czwórnik 20, do którego wkręcony jest manometr 21 oraz zawór bezpieczeństwa, nie pokazany na rysunku. Przez jeden z króćców czwórnika 20 podawany jest gaz wypełniający górną komorę 10 nad tłokiem 9. Tłok 9 ma gniazdo 25, którego kształt odpowiada kształtowi dyszy 16, co pozwala na zasłonięcie otworów wylotowych 22, 23 dyszy 16, przez zwiększenie ciśnienia w komorze 10 nad tłokiem 9, wynikiem czego jest przemieszczenie tłoka 9 w dolne skrajne położenie (fig. 4).The muffler has a body 1 with an annular groove 2, in which a cylinder 4 sealed with an O-ring 3 is mounted. The cylinder 4 is attached to the body 1 by screws 5, which tighten the head 6 with an annular groove 7, mounted on the upper part of the cylinder 4 and sealed with an O-ring 8. The piston 9 is slidably mounted in the cylinder 4, which divides the cylinder chamber 4 into an upper chamber 10 above the piston 9 and a lower chamber 11 under the piston 9. The piston is equipped with sealing rings, thanks to which the liquid from the lower chamber 11 does not mix with the gas the upper chamber 10. In the cylinder 4 is mounted an elastic element 12 in the form of a spiral spring, fixed with one end to the base of the piston 9, and with the other end fixed to the upper part of the body 1, so that the side edges of the elastic element 12 rest on the inner surface of the cylinder 4. In the lower part of the body 1, a conical sleeve 13 is fastened with screws, in which a nipple 14 supplying pressure is mounted. it enters the lower chamber 11. The sleeve 13 is frusto-conical, so that the fluid flowing through the damper is directed directly to the outlet 18, thus eliminating places where dirt can accumulate. In the upper part of the sleeve 13, a pipe 15 is mounted with the nozzle 16 installed. The nozzle 16 has the shape of a frusto-conical shape with a cylindrical base. An opening 23 is located axially on the face of the nozzle 16, and openings 22 are arranged radially on the cone-forming nozzle, through which the liquid is fed to the inside of the lower chamber 11. An inspection opening 17 is made in the body 1 on one side, closed with a plug 19, and on the other hand there is an opening 18, which is the outlet of the pulsation damper, through which the liquid flows. A cross-section 20 is screwed into the head 6 of the muffler through a nipple 24, to which a pressure gauge 21 and a safety valve, not shown in the drawing, are screwed. Through one of the nozzles of the cross section 20, gas is fed to fill the upper chamber 10 above the piston 9. The piston 9 has a seat 25, the shape of which corresponds to the shape of the nozzle 16, which allows the exit holes 22, 23 of the nozzle 16 to be covered by increasing the pressure in the chamber 10 above the piston 9, with the result that the piston 9 is moved to the lower extreme position (Fig. 4).

Tłoczony przez pompę tłokową lub nurnikową płynny czynnik w postaci cieczy, w tym cieczy nieniutonowskiej lub zawiesiny, podawany jest do tłumika pulsacji za pomocą przewodu podłączonego do wlotu złączki 14 osadzonej w tulei 13. Następnie, ciecz przepływa przez rurę 15 i dyszę 16, tym samym wypełniając dolną komorę 11 pod tłokiem 9. Zadaniem dyszy 16 jest mieszanie, uformowanie oraz ukierunkowanie strugi cieczy, tak aby opłukiwała wewnętrzne ścianki cylindra 4 i wprawiała element sprężysty 12 w dodatkowe drgania, które będą intensyfikowały proces mechanicznego czyszczenia wewnętrznych powierzchni cylindra 4.A liquid medium pumped by a piston or plunger pump, in the form of a liquid, including a non-Newtonian liquid or a suspension, is fed to the pulsation damper by means of a conduit connected to the inlet of the coupler 14 embedded in the sleeve 13. Then, the liquid flows through the tube 15 and the nozzle 16, thus filling the lower chamber 11 under the piston 9. The task of the nozzle 16 is to mix, shape and direct the stream of liquid so that it rinses the inner walls of the cylinder 4 and causes the elastic element 12 to vibrate, which will intensify the process of mechanical cleaning of the inner surfaces of the cylinder 4.

Ciągła zmiana ciśnienia wywołana pracą pompy oddziałuje na tłok 9, który przemieszcza się w osiowo w górę i dół wzdłuż komory 4. Zmiana położenia tłoka 9 wywołana zmianą objętości dolnej komory 11 względem górnej komory 10, pozwala na tłumienie pulsacji tłoczonego czynnika, dzięki sprężaniu i rozprężaniu gazu znajdującego się w górnej komorze 10 nad tłokiem 9. Poruszający się naprzemiennie w górę i dół tłok 9 wprawia w ruch element sprężysty 12, którego krawędzie ocierają się o weThe constant pressure change caused by the pump operation acts on the piston 9, which moves axially up and down along the chamber 4. The change in the position of the piston 9 caused by the change in the volume of the lower chamber 11 in relation to the upper chamber 10, allows to dampen the pulsation of the pumped medium, thanks to compression and expansion of gas located in the upper chamber 10 above the piston 9. The piston 9 moves alternately up and down and sets the spring element 12 in motion, the edges of which rub against the

PL 232 933 B1 wnętrzną powierzchnię cylindra 4 powodując jego mechaniczne czyszczenie. Element sprężysty 12 wykonany jest z materiału sprężystego zwiniętego spiralnie, którego przekrój może mieć zarys koła, kwadratu, prostokąta, trójkąta, trapezu oraz ich pochodnych z wklęsłymi lub wypukłymi bokami.The inner surface of the cylinder 4 causing its mechanical cleaning. The resilient element 12 is made of a spirally wound resilient material, the cross-section of which may have the outline of a circle, square, rectangle, triangle, trapezoid and their derivatives with concave or convex sides.

Claims

Patent claims

1. A pressure pulsation damper having a body with openings for supplying and discharging the working medium, in which the cylinder is seated with O-rings, on which the head is installed, together with a pressure gauge and a cross-section for supplying gas to the inside of the cylinder attached to the body with bolts, while the cylinder is seated in there is a slideable piston that divides the cylinder chamber into an upper chamber above the piston and a lower chamber under the piston, characterized in that an elastic element (12) is mounted in the cylinder (4), preferably in the form of a spiral spring, fixed with one end to the piston (9) , with the other end fixed to the upper part of the body (1), so that the side edges of the elastic element (12) rest against the inner surface of the cylinder (4), a cone-shaped sleeve (13) is installed in the lower part of the body (1) in which the pipe (15) is seated with a fixed nozzle (16) distributing the liquid inside the lower chamber (11).

2. Muffler, according to claim The method of claim 1, characterized in that the nozzle (16) has the shape of a truncated cone with holes (22) arranged radially on the cone generatrix and an opening (23) positioned axially on the face of the nozzle (16).

3. Muffler, according to claim A method according to claim 1, characterized in that the elastic element (12) has a cross section with the contours of a square or a rectangle or a triangle or a trapezoid or their derivatives with concave or convex walls.

4. Muffler, according to claim The piston as claimed in claim 1, characterized in that the piston (9) has a seat (25) the shape of which corresponds to that of the nozzle (16).