本發(fā)明涉及一種應(yīng)對(duì)于管道壓力突變的阻尼裝置，具體涉及一種新型的應(yīng)對(duì)管道壓力突變的彈簧阻尼裝置。

背景技術(shù)：

隨著天然氣的普及使用和國(guó)家大力提倡節(jié)能減排項(xiàng)目，相關(guān)的天然氣綜合利用技術(shù)迅速發(fā)展，目前設(shè)備向著智能化、精細(xì)化的方向發(fā)展，這對(duì)氣源和天然氣運(yùn)行狀態(tài)的穩(wěn)定提出了很高的要求。由于天然氣在季節(jié)、時(shí)間以及用戶需求的不同，又或者上游設(shè)備突然發(fā)生故障，導(dǎo)致下游天然氣壓力或流量隨之改變，這將對(duì)下游設(shè)備造成不同層度的沖擊，同時(shí)帶來(lái)震動(dòng)，降低下游設(shè)備的使用壽命和效率，給下游門站或者工藝的安全和平穩(wěn)運(yùn)行提出了很大的挑戰(zhàn)，比如目前天然氣壓力能回收技術(shù)中最關(guān)鍵的設(shè)備——膨脹機(jī)，其對(duì)上游天然氣流量的需求很敏感，膨脹機(jī)的高效運(yùn)行需要上游天然氣在一定的流量和壓力范圍內(nèi)變化。所以，在天然氣的綜合利用領(lǐng)域迫切需要一種新的能應(yīng)對(duì)上游管道壓力突變的裝置。

在天然氣領(lǐng)域，目前應(yīng)對(duì)壓力突變使用的比較多的是一些高精度的控制流量閥門，通過(guò)智能感知上游壓力和流量變化來(lái)調(diào)控閥門開(kāi)度，以實(shí)現(xiàn)下游平穩(wěn)運(yùn)行的目的。該調(diào)節(jié)迅速，但此類閥門造價(jià)比較高昂，保養(yǎng)方法復(fù)雜，對(duì)于一些小型調(diào)壓站不具經(jīng)濟(jì)和操作合理性。類比其他領(lǐng)域，在建筑領(lǐng)域中常采用阻尼裝置來(lái)減緩這種壓力突變的情況，阻尼裝置是一種無(wú)剛度的速度相關(guān)型阻尼裝置，阻尼是指阻礙物體的相對(duì)運(yùn)動(dòng)、并把運(yùn)動(dòng)能量轉(zhuǎn)化為熱能或其他可以耗散能量的一種作用。中國(guó)發(fā)明專利CN102562929A涉及一種無(wú)泄漏轉(zhuǎn)動(dòng)流體阻尼裝置，利用磁力牽引阻尼裝置中的葉片轉(zhuǎn)動(dòng)，當(dāng)葉片轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，阻尼液流過(guò)葉片上的小圓通孔，阻尼液流過(guò)葉片上的小圓通孔時(shí)耗能，起到控制振動(dòng)的效果。中國(guó)發(fā)明專利CN104632989A提供了一種高性能流體阻尼隔振器，加入剛性桿的使用，提高了隔振的彎曲剛度，提高了隔振器的性能和應(yīng)用范圍，并采用波紋管和膜片彈簧作為隔振器的剛度元件,消除隔振器中相對(duì)運(yùn)動(dòng)部件之間的接觸摩擦力,避免了摩擦力對(duì)微振動(dòng)帶來(lái)的不利影響。

上述兩類阻尼裝置雖然在調(diào)節(jié)效果上能達(dá)到要求，但裝置的結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，設(shè)備制造成本較高，安裝和維護(hù)難度大，同時(shí)阻尼液泄露將對(duì)管道安全和平穩(wěn)運(yùn)行造成威脅。所以針對(duì)天然氣管道流動(dòng)的特性和下游設(shè)備的使用特點(diǎn)，參考工程上阻尼裝置的原理，研究新的適用于管道天然氣領(lǐng)域的新型阻尼裝置。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有天然氣綜合利用領(lǐng)域存在的問(wèn)題，提供一種靈敏和簡(jiǎn)便的應(yīng)對(duì)壓力突變的彈簧阻尼裝置，代替原有的復(fù)雜且昂貴的控制儀器，確保下游天然氣流量和壓力的穩(wěn)定，從而保證下游設(shè)備的穩(wěn)定和高效運(yùn)行，推動(dòng)天然氣綜合利用技術(shù)的發(fā)展。

本發(fā)明實(shí)現(xiàn)上述目的的技術(shù)方案為：

一種新型的應(yīng)對(duì)管道壓力突變的彈簧阻尼裝置，包括箱體、擋板系統(tǒng)和彈簧系統(tǒng)三大部分。

所述箱體，前后兩端對(duì)稱分布，其形狀為由曲線繞軸線旋轉(zhuǎn)一周而成的回轉(zhuǎn)體，兩端同軸地設(shè)有直徑大小相同的出、入口及用于連接上、下游燃?xì)夤艿赖倪B接裝置；

所述擋板系統(tǒng)包括前置擋板、中間擋板與后置擋板，三者皆焊接固定在箱體內(nèi)壁；所述前置擋板包括擋板外環(huán)、阻尼擋板底座以及連接兩者的支撐臂；所述中間擋板共4塊，呈圓錐形均勻分布在箱體內(nèi)壁；所述后置擋板包括擋板外環(huán)、阻尼擋板底座以及連接兩者的支撐臂。

所述彈簧系統(tǒng)包括彈簧力臂、彈簧連接片、彈簧線圈、彈簧固定結(jié)、阻尼擋板、阻尼擋板固定結(jié)、移動(dòng)導(dǎo)輪、彈簧力臂導(dǎo)輪和彈簧力臂固定結(jié)；所述彈簧線圈一端固定在后置擋板，另一端與彈簧連接片連接，彈簧連接片受到天然氣推力的作用，帶動(dòng)彈簧線圈前后運(yùn)動(dòng)，彈簧線圈通過(guò)彈簧力臂將作用力傳遞給阻尼擋板，帶動(dòng)阻尼擋板往外展開(kāi)運(yùn)動(dòng)或者往內(nèi)縮小運(yùn)動(dòng)，從而改變上游氣體通過(guò)彈簧阻尼裝置的流動(dòng)面積，同時(shí)氣體通過(guò)粗糙的阻尼擋板表面有一定的壓力損失，所以由此達(dá)到控制下游天然氣流量和壓力穩(wěn)定運(yùn)行的目的。

進(jìn)一步地，所述箱體(2)拆分成兩部分，可由螺紋連接，方便隨時(shí)更換部件和清除污染物。

進(jìn)一步地，所述的連接裝置包括連接箱體入口的上游連接螺紋及連接箱體出口的下游連接螺紋，適用于連接直徑較小的天然氣管道。

進(jìn)一步地，所述的連接裝置包括連接箱體入口的上游連接法蘭及連接箱體出口的下游連接法蘭，適用于連接直徑較大的天然氣管道。

進(jìn)一步地，所述箱體為304不銹鋼，其具有良好的耐蝕性、耐熱性，低溫強(qiáng)度和機(jī)械特性，沖壓、彎曲等熱加工性好，容易加工成具有弧度和一定彎曲面的箱體，耐腐蝕強(qiáng)度也高。

進(jìn)一步地，所述前置、中間和后置擋板材料為ABS或者碳纖維，其抗沖擊性、耐熱性、耐低溫性及電氣性能優(yōu)良，還具有質(zhì)輕和耐腐蝕性好的特點(diǎn)；兩者形狀與大小完全相等，氣體經(jīng)過(guò)擋板的流通面積與上游管道截面積一致。

進(jìn)一步地，所述彈簧底座為正方形結(jié)構(gòu)。

進(jìn)一步地，所述彈簧力臂采用尼龍66材料，疲勞強(qiáng)度和鋼性較高，耐熱性較好，耐磨性好，抗拉伸強(qiáng)度性能好，適合作為傳動(dòng)零件，因此可適應(yīng)天然氣的流動(dòng)工況。

進(jìn)一步地，所述彈簧線圈為琴鋼絲，具有強(qiáng)度高，彈性、抗疲勞和韌性好，表面光滑潔凈以及防銹能力強(qiáng)等特點(diǎn)，彈性系數(shù)較小，尺寸大小根據(jù)工況背景而定。

進(jìn)一步地，所述阻尼擋板采用ABS或者碳纖維，兼具抗沖擊性與質(zhì)輕的優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)表面經(jīng)過(guò)打磨，具備一定的粗糙度。

進(jìn)一步地，所述彈簧連接片采用ABS或者碳纖維，其抗沖擊性、耐熱性、耐低溫性及電氣性能優(yōu)良，還具有質(zhì)輕和耐腐蝕性好的特點(diǎn)，其表面光滑。

進(jìn)一步地，所述彈簧固定結(jié)用于固定兩個(gè)彈簧力臂的起點(diǎn)和彈簧線圈。

進(jìn)一步地，所述阻尼擋板有細(xì)小縫隙，可以滿足彈簧力臂通過(guò)。

進(jìn)一步地，所述阻尼擋板固定結(jié)用于固定阻尼擋板，保證在上游氣體在設(shè)定壓力和流量范圍內(nèi)兩個(gè)阻尼擋板保持一個(gè)穩(wěn)定的平行狀態(tài)。

進(jìn)一步地，所述移動(dòng)導(dǎo)輪與彈簧連接片連接，表面光滑，一方面起到支撐作用，另一方面幫助彈簧線圈實(shí)現(xiàn)平行運(yùn)動(dòng)。

進(jìn)一步地，所述彈簧力臂導(dǎo)輪作為傳動(dòng)結(jié)構(gòu)，表面粗糙，彈簧力臂借助導(dǎo)輪帶動(dòng)阻尼擋板運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)于氣體的阻緩作用。

進(jìn)一步地，所述彈簧力臂固定結(jié)用于連接彈簧力臂終點(diǎn)，作為作用點(diǎn)，在彈簧力臂作用下帶動(dòng)阻尼擋板運(yùn)動(dòng)。

本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有以下的有益效果：

(1)調(diào)節(jié)迅速，靈敏度高；上游天然氣流量的變化會(huì)以壓力變化的形式瞬間作用在彈簧連接片上，當(dāng)上游氣體壓力升高時(shí)，彈簧線圈往后運(yùn)動(dòng)帶動(dòng)阻尼擋板擴(kuò)張改變氣體流通截面積，同時(shí)帶來(lái)氣體的壓力損失，整體調(diào)節(jié)過(guò)程由計(jì)算可知在3S內(nèi)，調(diào)節(jié)迅速。調(diào)節(jié)過(guò)程無(wú)需引入外界電子設(shè)備，僅依靠上游氣體自身能量即可完成調(diào)節(jié)過(guò)程。

(2)操作彈性大，安全穩(wěn)定性高；本裝置理論上可以適用于目前任何天然氣流動(dòng)工況下的要求，可以根據(jù)實(shí)際工況需求更換彈簧線圈或者阻尼板，有效針對(duì)各個(gè)工況進(jìn)行調(diào)節(jié)處理，初步模擬可調(diào)節(jié)壓力變化范圍在4bar以上，當(dāng)壓力變化過(guò)大時(shí)，阻尼擋板完全關(guān)閉，與中間擋板形成閉合回路，阻擋上游氣體往下流動(dòng)，保障下游設(shè)備安全。同時(shí)本裝置無(wú)引入其他化學(xué)物質(zhì)，保證天然氣組分的穩(wěn)定性和不污染下游設(shè)備，

(3)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，易于維護(hù)；本阻尼裝置僅由箱體、彈簧系統(tǒng)和阻尼擋板系統(tǒng)三部分組成，沒(méi)有任何自控設(shè)備，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制造容易；主要結(jié)構(gòu)包括彈簧線圈和阻尼擋板原料易得，維護(hù)成本較低，便于大規(guī)模推廣使用。

附圖說(shuō)明

圖1a為一種新型的應(yīng)對(duì)管道壓力突變的彈簧阻尼裝置結(jié)構(gòu)示意圖。

圖1b為圖1a中AA截面示意圖。

圖1c為一種新型的應(yīng)對(duì)管道壓力突變的彈簧阻尼裝置的彈簧系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖。

圖1d為一種新型的應(yīng)對(duì)管道壓力突變的彈簧阻尼裝置力臂縫隙示意圖。

圖2a為一種新型的應(yīng)對(duì)管道壓力突變的彈簧阻尼裝置工作過(guò)程中壓力增大時(shí)，阻尼擋板擴(kuò)張的示意圖。

圖2b為一種新型的應(yīng)對(duì)管道壓力突變的彈簧阻尼裝置工作過(guò)程中壓力增大時(shí)，阻尼擋板擴(kuò)張極限的示意圖。

圖2c為一種新型的應(yīng)對(duì)管道壓力突變的彈簧阻尼裝置工作過(guò)程中壓力增小時(shí)，阻尼擋板擴(kuò)張的示意圖。

圖2d為一種新型的應(yīng)對(duì)管道壓力突變的彈簧阻尼裝置工作過(guò)程中壓力增小時(shí)，阻尼擋板擴(kuò)張極限的示意圖。

圖2e為一種新型的應(yīng)對(duì)管道壓力突變的彈簧阻尼裝置工作過(guò)程中阻尼擋板擴(kuò)張最大時(shí)的橫截面示意圖。

圖3a為一種新型的應(yīng)對(duì)管道壓力突變的彈簧阻尼裝置尺寸示意圖。

圖3b為圖3a中AA截面示意圖。

圖中所示為：1‐上游連接法蘭/螺紋；2‐箱體；3-前置擋板；4‐彈簧力臂；5‐阻尼擋板；6‐彈簧線圈；7‐后置擋板；8‐下游連接法蘭/螺紋；9‐中間擋板；10‐支撐臂；11‐擋板外環(huán)；12‐彈簧連接片；13‐阻尼擋板底座；14‐移動(dòng)導(dǎo)輪；15-彈簧固定結(jié)；16‐阻尼擋板固定結(jié)；17‐彈簧力臂導(dǎo)輪；18‐彈簧力臂固定結(jié)。

具體實(shí)施方式

為使本發(fā)明實(shí)施例的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚，下面將結(jié)合附圖，對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整的描述，但本發(fā)明的實(shí)施方式不限于此。

如圖1a-圖1d所示，一種新型的應(yīng)對(duì)管道壓力突變的彈簧阻尼裝置，包括箱體、擋板系統(tǒng)和彈簧系統(tǒng)三大部分。

所述箱體2，前后兩端對(duì)稱分布，其形狀為由曲線繞軸線旋轉(zhuǎn)一周而成的回轉(zhuǎn)體，兩端同軸地設(shè)有直徑大小相同的出、入口及用于連接上、下游燃?xì)夤艿赖倪B接裝置1和8；

所述擋板系統(tǒng)包括前置擋板3、中間擋板9與后置擋板7，三者皆焊接固定在箱體2內(nèi)壁；所述前置擋板包括擋板外環(huán)11、阻尼擋板底座13以及連接兩者的支撐臂10；所述中間擋板9共4塊，呈圓錐形均勻分布在箱體內(nèi)壁，如圖1b所示；所述后置擋板7結(jié)構(gòu)與前置擋板(3)相同；所述阻尼擋板底座13為正方形結(jié)構(gòu)。

所述彈簧系統(tǒng)包括彈簧力臂4、阻尼擋板5、彈簧線圈6、彈簧連接片12、移動(dòng)導(dǎo)輪14、彈簧固定結(jié)15、阻尼擋板固定結(jié)16、彈簧力臂導(dǎo)輪17和彈簧力臂固定結(jié)18；所述彈簧線圈6一端固定在后置擋板7，另一端與彈簧連接片12連接，彈簧連接片12受到天然氣推力的作用，帶動(dòng)彈簧線圈6發(fā)生前后運(yùn)動(dòng)，彈簧線圈6通過(guò)彈簧力臂4將作用力傳遞給阻尼擋板5，帶動(dòng)阻尼擋板5往外展開(kāi)運(yùn)動(dòng)或者往內(nèi)縮小運(yùn)動(dòng)，從而改變上游氣體通過(guò)彈簧阻尼裝置的流動(dòng)面積，同時(shí)氣體通過(guò)粗糙的阻尼擋板5表面有一定的壓力損失，所以由此達(dá)到控制下游天然氣流量和壓力穩(wěn)定運(yùn)行的目的。

具體來(lái)說(shuō)，所述箱體拆分成兩部分，可由螺紋連接，方便隨時(shí)更換部件和清除污染物。

具體來(lái)說(shuō)，所述的連接裝置包括連接箱體2入口的上游連接螺紋1及連接箱體出口的下游連接螺紋8，適用于連接直徑較小的天然氣管道。

具體來(lái)說(shuō)，所述的連接裝置包括連接箱體2入口的上游連接法蘭1及連接箱體出口的下游連接法蘭8，適用于連接直徑較大的天然氣管道。

具體來(lái)說(shuō)，所述箱體2為304不銹鋼，其具有良好的耐蝕性、耐熱性，低溫強(qiáng)度和機(jī)械特性，沖壓、彎曲等熱加工性好，容易加工成具有弧度和一定彎曲面的箱體，耐腐蝕強(qiáng)度也高。

具體來(lái)說(shuō)，所述前置3、中間9和后置擋板7材料為ABS或者碳纖維，其抗沖擊性、耐熱性、耐低溫性及電氣性能優(yōu)良，還具有質(zhì)輕和耐腐蝕性好的特點(diǎn)；兩者形狀與大小完全相等，氣體經(jīng)過(guò)擋板的流通面積與上游管道截面積一致。

具體來(lái)說(shuō)，所述彈簧力臂4采用尼龍66材料，疲勞強(qiáng)度和鋼性較高，耐熱性較好，耐磨性好，抗拉伸強(qiáng)度性能好，適合作為傳動(dòng)零件。根據(jù)天然氣工況背景選用直徑為2mm～5mm的材料，彈簧力臂4均勻分布在4塊阻尼擋板5上，力的作用點(diǎn)位于阻尼擋板中心線上。

具體來(lái)說(shuō)，所述阻尼擋板5采用ABS或者碳纖維，兼具抗沖擊性與質(zhì)輕的優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)表面經(jīng)過(guò)打磨，具備一定的粗糙度，氣體經(jīng)過(guò)其表面有一定的壓損，與阻尼擋板的接觸面積越大，天然氣流經(jīng)的局部阻力系數(shù)就越大，即壓損就越大。可根據(jù)不同工況需求決定打磨程度，以滿足不同工況的需求。

具體來(lái)說(shuō)，所述彈簧線圈6為琴鋼絲，具有強(qiáng)度高，彈性、抗疲勞和韌性好，表面光滑潔凈以及防銹能力強(qiáng)等特點(diǎn)，彈性系數(shù)較小，尺寸大小根據(jù)工況背景而定。

具體來(lái)說(shuō)，所述彈簧連接片12采用ABS或者碳纖維，其抗沖擊性、耐熱性、耐低溫性及電氣性能優(yōu)良，還具有質(zhì)輕和耐腐蝕性好的特點(diǎn)，其表面光滑，表面積的大小決定了天然氣作用在彈簧系統(tǒng)上的作用力，大小根據(jù)工況背景和下游所要保護(hù)的設(shè)備而定。

具體來(lái)說(shuō)，所述彈簧固定結(jié)15用于固定兩個(gè)彈簧力臂4的起點(diǎn)和彈簧線圈6。

具體來(lái)說(shuō)，所述阻尼擋板5有4條相互垂直的細(xì)小縫隙，可以滿足彈簧力臂4通過(guò)，如圖1d所示。

具體來(lái)說(shuō)，所述阻尼擋板固定結(jié)16用于固定阻尼擋板5，保證在上游氣體在設(shè)定壓力和流量范圍內(nèi)兩個(gè)阻尼擋板5保持一個(gè)穩(wěn)定的平行狀態(tài)。

具體來(lái)說(shuō)，所述移動(dòng)導(dǎo)輪14與彈簧連接片12連接，表面光滑，一方面起到支撐作用，另一方面幫助彈簧線圈6實(shí)現(xiàn)平行運(yùn)動(dòng)。

具體來(lái)說(shuō)，所述彈簧力臂導(dǎo)輪17作為傳動(dòng)結(jié)構(gòu)，表面粗糙，彈簧力臂4借助導(dǎo)輪帶動(dòng)阻尼擋板運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)于氣體的阻緩作用。

具體來(lái)說(shuō)，所述彈簧力臂固定結(jié)18用于連接彈簧力臂4的終點(diǎn)，作為作用點(diǎn)，在彈簧力臂4作用下帶動(dòng)阻尼擋板5運(yùn)動(dòng)。

本實(shí)施例對(duì)目前天然氣管道上游壓力突變對(duì)下游設(shè)備、裝置以及安全用氣的影響，設(shè)計(jì)一個(gè)彈簧阻尼的裝置，可快速應(yīng)對(duì)上游壓力突變對(duì)下游的影響，減緩上游壓力變化對(duì)下游設(shè)備或者工藝的沖擊，其具體工作原理及過(guò)程如下：

(1)上游天然氣壓力穩(wěn)定時(shí)；當(dāng)上游天然氣的壓力在設(shè)計(jì)范圍內(nèi)時(shí)，天然氣推動(dòng)力與彈簧線圈6的形變力平衡，即彈簧線圈6處于靜止過(guò)程，由于彈簧力臂4有一定的設(shè)計(jì)余量，對(duì)阻尼擋板5無(wú)作用力，所以阻尼擋板5也處于靜止?fàn)顟B(tài)，此時(shí)天然氣通過(guò)彈簧阻尼裝置的流通截面積與通過(guò)管道截面積一致，即天然氣通過(guò)彈簧阻尼裝置幾乎無(wú)壓力損失，流量不發(fā)生改變，此時(shí)彈簧阻尼裝置僅起通過(guò)作用。

(2)上游天然氣壓力突然增大；如圖2中(a)和(b)所示，當(dāng)上游天然氣壓力突然超過(guò)設(shè)計(jì)范圍時(shí)，由于流向彈簧連接片12的氣體要比流經(jīng)阻尼擋板5上方的氣體速度快，所以天然氣推動(dòng)彈簧連接片12帶動(dòng)彈簧線圈6往前運(yùn)動(dòng)，同時(shí)帶動(dòng)彈簧力臂4運(yùn)動(dòng)，此時(shí)彈簧力臂4變得緊致，發(fā)生作用力瞬間帶動(dòng)阻尼擋板5張開(kāi)運(yùn)動(dòng)，改變天然氣通過(guò)的流通面積，同時(shí)由于阻尼擋板5表面粗糙，天然氣流過(guò)會(huì)造成一定的壓力損失，所以天然氣流過(guò)彈簧阻尼裝置時(shí)壓力降低，質(zhì)量流量也會(huì)降低，該過(guò)程調(diào)節(jié)時(shí)間很快，在1S內(nèi)即可完成。根據(jù)慣性定律，彈簧線圈6在兩力平衡時(shí)也會(huì)往前運(yùn)動(dòng)一段路程，待速度降低至零時(shí)，彈簧線圈6在彈簧形變力的驅(qū)使下會(huì)往回運(yùn)動(dòng)，重新達(dá)到新的平衡狀態(tài)，整個(gè)調(diào)節(jié)過(guò)程經(jīng)模擬計(jì)算可得在3S內(nèi)完成。

可知當(dāng)壓力突然增大幅度越大時(shí)，阻尼擋板5張開(kāi)運(yùn)動(dòng)越發(fā)激烈，氣體流經(jīng)阻尼擋板和箱體之間的局部阻力系數(shù)就越大，即降壓越明顯。

但如果壓力突然增加過(guò)大時(shí)，4塊阻尼擋板5張開(kāi)運(yùn)動(dòng)到極限與原有的中間擋板9形成閉合區(qū)間，相當(dāng)于臨時(shí)切斷了管路，如圖2中(e)所示，此時(shí)阻尼裝置充當(dāng)切斷閥的作用，給操作員工提供了充足的時(shí)間去操作設(shè)備與儀表。

(3)上游天然氣壓力突然增??；如圖2中的(c)和(d)所示，當(dāng)上游天然氣壓力突然降低到設(shè)計(jì)范圍外時(shí)，同理，彈簧線圈6的彈簧力大于天然氣推動(dòng)力，即帶動(dòng)彈簧連接片12往后運(yùn)動(dòng)，此時(shí)彈簧力臂4變得緊致，發(fā)生作用力瞬間帶動(dòng)阻尼擋板5張開(kāi)運(yùn)動(dòng)，改變天然氣通過(guò)的流動(dòng)面積，造成一定的壓力損失。但由于在該瞬間流向彈簧連接片12的氣體要比流經(jīng)阻尼擋板5上方的氣體速度慢，即阻尼擋板5發(fā)生擴(kuò)張運(yùn)動(dòng)的阻力更大，比起上游管道壓力突增的情況彈簧系統(tǒng)此時(shí)更容易達(dá)到平衡狀態(tài)，整個(gè)調(diào)節(jié)過(guò)程經(jīng)模擬計(jì)算可得在2S內(nèi)完成。

但當(dāng)壓力突然降低過(guò)多時(shí)，阻尼擋板5迅速?gòu)堥_(kāi)運(yùn)動(dòng)到極限與原有的中間擋板9形成閉合區(qū)間，相當(dāng)于臨時(shí)切斷了管路，如圖2中(e)所示，此時(shí)阻尼裝置充當(dāng)單向閥的作用，給操作員工提供了充足的時(shí)間去操作設(shè)備與儀表。

綜上所述，由于阻尼擋板的運(yùn)動(dòng)減緩了上游天然氣的壓力突升對(duì)于下游設(shè)備的影響過(guò)程，本發(fā)明可保證下游管網(wǎng)和工藝的安全和平穩(wěn)運(yùn)行。

下面結(jié)合具體例子對(duì)發(fā)明一種新型的應(yīng)對(duì)管道壓力突變的彈簧阻尼裝置的工作過(guò)程作進(jìn)一步描述：

某調(diào)壓站穩(wěn)態(tài)時(shí)天然氣壓力P1為8.0bar，質(zhì)量流量約1500kg/h，氣體流速V1約15m/s，管道直徑D1為80mm，含有壓力能發(fā)電工藝，主要設(shè)備為螺桿式膨脹機(jī)，上游天然氣壓力和流量存在波動(dòng)。

根據(jù)此工況在膨脹機(jī)前加一個(gè)本發(fā)明裝置，設(shè)計(jì)尺寸如圖3a和圖3b所示。箱體(2)直徑D2為120mm，R為64mm，阻尼擋板底座(13)D3為90mm；彈簧線圈(6)外直徑即彈簧連接片(12)直徑D4為80mm；此時(shí)當(dāng)阻尼擋板(5)不張開(kāi)運(yùn)動(dòng)，經(jīng)計(jì)算可得天然氣流過(guò)管道和流過(guò)阻尼裝置時(shí)的流通面積一樣。

阻尼擋板(5)長(zhǎng)度L1為40mm；彈簧力臂導(dǎo)輪(17)到彈簧力臂固定結(jié)(18)距離L2為30mm；前置擋板(3)到中間擋板(9)的直線距離L3為37mm；中間擋板(9)到后置擋板(7)的直線距離L4為40mm；彈簧線圈支撐板L5為15mm；箱體(2)長(zhǎng)度L6為117mm；彈簧線圈(6)材料的彈性系數(shù)K為400000。

主要計(jì)算原理如下：

(1)彈簧伸縮量計(jì)算

彈簧線圈所受天然氣推力F＝P1·S2，所以彈簧伸縮量為Δd＝F/K。

(2)天然氣經(jīng)過(guò)彈簧阻尼器流速、流量和壓損計(jì)算

◆P1到P2的過(guò)程，受到局部管道阻力

W為管道斷面的燃?xì)馄骄俣?，近似可取為V1

ζ1為計(jì)算管段中局部阻力系數(shù)的總和，根據(jù)阻尼擋板張開(kāi)值取值。

◆P2到P3的過(guò)程，受到局部管道阻力

W為管道斷面的燃?xì)馄骄俣?，近似可取為V2

ζ2為計(jì)算管段中局部阻力系數(shù)的總和，P2到P3的過(guò)程，天然氣只受到局部彎道阻力的作用，作用輕微，可認(rèn)為近似不變。

表1彈簧阻尼裝置工作作用情況

由上表可知，當(dāng)上游管道設(shè)計(jì)壓力為8.0bar時(shí)，上游管道天然氣壓力在8.0～12.0bar變動(dòng)范圍內(nèi)，通過(guò)阻尼擋板(5)的擴(kuò)張運(yùn)動(dòng)，下游天然氣壓力變化范圍在設(shè)計(jì)范圍的±20％，可有效減緩調(diào)節(jié)上游氣體壓力對(duì)膨脹機(jī)的影響，保持一個(gè)較高的運(yùn)行效率。當(dāng)上游壓力波動(dòng)超過(guò)13.0bar時(shí)，由于阻尼擋板(5)擴(kuò)張運(yùn)動(dòng)達(dá)到極限，與中間擋板(9)形成閉合回路，即切斷上游和下游的管道通路，保護(hù)下游設(shè)備使用安全。整個(gè)調(diào)節(jié)過(guò)程經(jīng)模擬計(jì)算可得在3S內(nèi)完成。

當(dāng)上游氣體壓力突然降低時(shí)，彈簧線圈(6)運(yùn)往后運(yùn)動(dòng)，帶動(dòng)阻尼擋板(5)的同樣發(fā)生擴(kuò)張運(yùn)動(dòng)，由表1可知隨著壓力的降低，天然氣到達(dá)下游的壓力更低。但如果壓力突然降低過(guò)大至3.0bar時(shí)，阻尼擋板(5)擴(kuò)張運(yùn)動(dòng)達(dá)到極限切斷上游和下游的管道通路，此時(shí)本發(fā)明裝置充當(dāng)止回閥的作用，有效防止下游氣體倒流，保護(hù)管道安全。整個(gè)調(diào)節(jié)過(guò)程經(jīng)模擬計(jì)算可得在2S內(nèi)完成。

綜上所述，這種新型的應(yīng)對(duì)管道壓力突變的彈簧阻尼裝置在合理的設(shè)計(jì)壓力內(nèi)可以穩(wěn)定和高效工作，且在壓力突增時(shí)工作效果更佳，可保證下游設(shè)備的穩(wěn)定運(yùn)行和供氣安全。

本發(fā)明的上述實(shí)施例僅僅是為清楚地說(shuō)明本發(fā)明所作的舉例，而并非是對(duì)本發(fā)明的實(shí)施方式的限定。對(duì)于所屬領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，在上述說(shuō)明的基礎(chǔ)上還可以做出其它不同形式的變化或變動(dòng)。這里無(wú)需也無(wú)法對(duì)所有的實(shí)施方式予以窮舉。凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明權(quán)利要求的保護(hù)范圍之內(nèi)。