PL232933B1 - Tłumik pulsacji ciśnienia - Google Patents

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest tłumik pulsacji ciśnienia przeznaczony do redukcji pulsacji ciśnienia, zwłaszcza w układach hydraulicznych o dużej nierównomierności pracy.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

Niedogodnością konstrukcji wyżej wspomnianych tłumików pulsacji jest ograniczona możliwość samooczyszczania podczas ciągłej pracy w wskutek czego w komorze tłumika pozostaje duża ilość zanieczyszczeń.

Celem niniejszego wynalazku jest opracowanie tłokowego tłumika pulsacji z systemem ciągłego czyszczenia wewnętrznych powierzchni cylindra w czasie jego pracy.

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.

Korzystnie, dysza ma kształt stożka ściętego z otworami rozmieszczonymi promieniowo na tworzącej stożka oraz otworem umiejscowionym osiowo na czole dyszy.

Korzystnie, element sprężysty ma przekrój o zarysie kwadratu albo prostokąta albo trójkąta albo trapezu albo ich pochodnych z wklęsłymi lub wypukłymi ścianami.

PL 232 933 B1

Korzystnie, tłok ma gniazdo, którego kształt odpowiada kształtowi dyszy.

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.

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.

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).

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.

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 we

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.

Claims (4)

1. Zastrzeżenia patentowe

   1. 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, znamienny tym, że w cylindrze (4) osadzony jest element sprężysty (12), korzystnie w postaci spiralnej sprężyny, przytwierdzony jednym końcem do tłoka (9), a drugim końcem przytwierdzony do górnej części korpusu (1), tak że krawędzie boczne elementu sprężystego (12) oparte są o wewnętrzną powierzchnię cylindra (4), przy czym w dolnej części korpusu (1) zainstalowana jest tuleja (13) w postaci stożka ściętego, w której osadzona jest rura (15) z przymocowaną dyszą (16) rozprowadzającą ciecz wewnątrz dolnej komory (11).
2. 2. Tłumik, według zastrz. 1, znamienny tym, że dysza (16) ma kształt stożka ściętego z otworami (22) rozmieszczonymi promieniowo na tworzącej stożka oraz otworem (23) umiejscowionym osiowo na czole dyszy (16).
3. 3. Tłumik, według zastrz. 1, znamienny tym, że element sprężysty (12) ma przekrój o zarysie kwadratu albo prostokąta albo trójkąta albo trapezu albo ich pochodnych z wklęsłymi lub wypukłymi ścianami.
4. 4. Tłumik, według zastrz. 1, znamienny tym, że tłok (9) ma gniazdo (25), którego kształt odpowiada kształtowi dyszy (16).