7.7. Компенсаторы гидравлического удара

Компенсатор (гаси­тель) гидравлического удара обычно представляет собой соеди­ненный с трубопроводом сосуд различной формы и конструкции с упругим элементом, обладающим более высокой сжимаемостью, чем жидкость в трубопроводе (рис. 26, а и б).

Распространены поршневые компенсаторы с пружинным (рис. 26, а) и газовым (рис.26, б) упругими элементами.

Рис. 26. Схемы гасителей гидравлического удара:

а, б – гасители гидравлического удара поршневого;

в – клапанного типа

Снижение компенсатором ударного давления происходит в ре­зультате поглощения при деформации упругим его элементом некоторой части энергии ударной волны, поступающей в компен­сатор в виде потока жидкости, соответствующего приращению скорости в ударной волне над начальной скоростью. Поскольку доля поглощенной компенсатором энергии будет тем большей, чем больше будет деформация упругого его элемента, характеристика упругости этого элемента в пределах возможной деформации должна быть по возможности постоянной. Для этого объем газо­вой камеры компенсатора (см. рис. 26, б) следует выбирать таким, чтобы изменение давления воздуха в процессе поглощения ударной волны было минимальным. Практически объем газовой камеры такого компенсатора (аккумулятора) выбирается равным 2 - 3 -секундному расходу жидкости в трубопроводе и начальное давление зарядки газом — равным (или несколько выше) максимальному рабочему давлению в системе. В том случае, если это допускается требованиями в части жесткости гидросистемы, давление предва­рительной зарядки выбирается равным 60% нормального давле­ния в магистрали в точке, в которой установлен аккуму­лятор.

Присоединение аккумулятора к рабочей магистрали гидросистемы следует осуществлять трубкой возможно малой длины и большого сечения, что диктуется влиянием на динамический процесс присоединенной (приведенной) массы жидкости.

Расчеты показывают, что влияние приведенной массы жид­кости во многих случаях (при длинных трубопроводах и малых их диаметрах) значительно (в 5—6 раз) преобладает над влиянием массы подвижных механических частей компенсатора. Увеличение в 2 раза диаметра трубопровода сопровождается уменьшением в 4 раза приведенной массы жидкости.

Расчет приведенной массы жидкости рассчитывается по выражению

где m – масса жидкости;

D и d – диаметр цилиндра компенсатора и трубопровода.

Недостатками поршневых компенсаторов являются большая их инерционность, обусловленная массой поршня, а также наличие трения в его цилиндре; к инерционности поршня добавляется инерционность столба жидкости в канале (трубке) а, соединяющем жидкостный резервуар компенсатора с рабочей магистралью гидросистемы. Вследствие этого поршень компенсатора может вступить в колебания в результате действия ударной волны или колебаний давления в системе, что приведет к асинхронному, по отношению к действию ударной волны изменению знака направления движения жидкости в этом канале (к появлению «отрицательной» скорости). При этом давление в канале может превысить ударной волны в защищаемой магистрали, в результате чего подобный компенсатор не только не будет поглощать энергию волны, а усугублять ее действием, что приведет к увеличению ударных давлений.

Рис. 27. Гаситель гидравлического удара

мембранного типа

В целях уменьшения инерционности подвижного элемента компенсатора разделение жидкостной и газовой сред выполняют с помощью эластичной резиновой мембраны (рис. 27, а). Емкость газовой полости обычно составляет 200 – 250 см³. Приведенные выше рекомендации по снижению инерционности столба жидкости в соединительном канале сохраняются в силе и для последнего компенсатора, поскольку при несоблюдении их эффективность погашения компенсатором гидравлического удара может быть полностью нарушена (ударная волна будет проходить мимо резервуара компенсатора).

Последнее подтверждение испытаниями пневмогидравлического диафрагменного компенсатора (рис. 27, б) результаты испытания (длина трубки 100 см и диаметр 12 х 10 мм) которого показали, что влияние на колебания давления в гидросистеме (частота колебаний 100 гц и выше), этот компенсатор, практически не оказывал.

Наблюдались также случаи, когда присоединение компенсатора трубкой большой длины (1,0 м) и малого сечения привело к повышению ударных давлений по сравнению с работой без компенсатора. Однако при правильной установке диафрагменного компенсатора заброс ударного давления у перекрывного крана (заслонки) при прямом гидроударе не превышает 10 % значения давления зарядки компенсатора.