CN106382418A - 一种带有动力吸振功能的管道支撑及布置方法 - Google Patents

一种带有动力吸振功能的管道支撑及布置方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种带有动力吸振功能的管道支撑及布置方法，所述管道支撑包括支撑杆，所述支撑杆上设置有弹性支撑，所述弹性支撑上端设置有管夹，所述支撑杆上在弹性支撑的下方设置有动力吸振装置，所述动力吸振装置包括套设在支撑杆外壁的第一质量块和第二质量块，所述第一质量块和第二质量块构成一个封闭式外壳，支撑杆上在封闭式外壳内设置有第一安装板和第二安装板，在第一安装板和第一质量块之间设置有第一碟簧，在第二安装板和第二质量块之间设置有第二碟簧，所述动力吸振装置的频率表达式为：本发明所述管道支撑不仅可以在全频段范围内减小传递到基础上的振动，而且可以抑制单一线谱，且吸振装置的控制频率便于调节。

Description

一种带有动力吸振功能的管道支撑及布置方法
技术领域
本发明涉及管道支撑减震降噪技术领域，具体涉及一种带有动力吸振功能的管道支撑及布置方法。
背景技术
管道系统是现代工业中广泛应用的重要工程结构之一，同时也是振动噪声的重要传播途径。随着现代人对于生活工作环境要求的提高以及军用舰艇对于隐身性能的进一步追求，管道的振动噪声问题显得越发突出。一般而言，管道的振动噪声主要来源于激励设备的振动及管道内部流体的流动，且通过管道支撑传递到基础。经过隔振优化的管道支撑可以大大降低传递到基础上的振动噪声，如采用弹簧支吊架或采用橡胶等阻尼材料制作管夹。这类隔振支撑的优势为在全频段范围内降低传递到基础上的振动噪声，而对于单一线谱的抑制不是特别明显。大量工程经验表明，管道系统振动噪声过大的问题很大程度上是由关键线谱引起的。为解决这个问题，动力吸振器被广泛应用到工程中。
发明内容
本发明的目的在于提供一种带有动力吸振功能的管道支撑，解决现有管道支撑不能抑制单一线谱的问题。
此外，本发明还提供一种带有动力吸振功能的管道支撑的布置方法。
本发明通过下述技术方案实现：
一种带有动力吸振功能的管道支撑，包括支撑杆，所述支撑杆上设置有弹性支撑，所述弹性支撑上端设置有管夹，所述支撑杆上在弹性支撑的下方设置有动力吸振装置，所述动力吸振装置包括套设在支撑杆外壁的第一质量块和第二质量块，所述第一质量块和第二质量块构成一个封闭式外壳，支撑杆上在封闭式外壳内设置有第一安装板和第二安装板，在第一安装板和第一质量块之间设置有第一碟簧，在第二安装板和第二质量块之间设置有第二碟簧，所述动力吸振装置的频率表达式为：其中，m为第一质量块和第二质量块的重量之和，k为第一碟簧和第二碟簧的刚度之和，f为频率。
现有的减震支撑在全频段范围内降低传递到基础上的振动噪声，而对于单一线谱的抑制不是特别明显，但是管道系统振动噪声过大的问题很大程度上是由关键线谱引起的。
本发明所述管夹用于夹持管道，优选卡箍式结构的管夹，所述弹性支撑的设置能够避免管夹与支撑杆的刚性接触，在一定程度上对管道系统进行噪音吸收和减震作用；所述动力吸振装置为单自由度的振动子系统，当其固有频率与管道系统频率相近时，振动能量传递到动力吸振装置中被吸收，从而抑制管道系统特定频率(单一线谱)点的振动，动力吸振装置的主要优势在于控制低频单一线谱。
本发明通过调节动力吸振装置的刚度k重量m，使动力吸振装置的频率f与与管道系统的单一线谱(关键线谱)的频率一致，如此，动力吸振装置便能很好的吸收管道系统内的单一线谱，从而抑制单一线谱产生的噪音，再配合弹性支撑的减震降噪作用，如此，本发明所述的管道支撑不仅可以在全频段范围内减小传递到基础上的振动，而且可以抑制单一线谱产生的噪音。
进一步地，第二质量块和第二碟簧之间设置有挡板，所述第二质量块上穿设有螺钉，所述螺钉用于调节挡板与第二质量块之间的间距。
具体地，第一质量块、第二质量块和挡板上均设置有通孔，通孔的孔径略大于支撑杆直径，按照第一质量块-第一碟簧-第一安装板-第二安装板-第二碟簧-挡板-第二质量块的顺序套在支撑杆上，所述螺钉穿过设置在第二质量块底部的螺纹通孔后与挡板的底部接触，挡板与第二碟簧接触，螺钉可以设置有多个，优选设置有4个，通过旋转螺钉可以推动挡板，使挡板挤压第二碟簧，改变第二碟簧的刚度，进而调节动力吸振装置的频率。
本发明通过设置相互配合的挡板和螺钉，通过旋转螺钉便可实现对第二碟簧刚度的调节。
进一步地，第一质量块和第二质量块通过螺栓可拆卸式连接。
具体地，所述第一质量块和第二质量块可以是两个相互对称的结构，也可以是非对称的结构，在本发明中，优选地，第二质量块为管状结构，管状结构一端为开端，另一端设置有通孔，开端的环形壁上设置有用于卡设第一质量块的凹槽，所述第一质量块为与管状结构配合的圆盘结构，所述圆盘结构的中心设置有通孔。
所述第一质量块和第二质量可拆卸式连接便于第一质量块和第二质量块的安装与拆卸，提高操作的方便性。
进一步地，弹性支撑包括设置在支撑杆外壁的壳体，所述壳体的底部设置有弹性件，所述管夹穿过壳体与弹性件连接。
所述弹性件优选弹簧，通过弹性件的缓冲作用实现弹性支撑的减震降噪作用。
进一步地，壳体的上端可拆卸式设置有螺纹接口，所述管夹上设置有与螺纹接口配合的螺纹接头。
当需要发挥弹性支撑的刚性支撑功能时，支撑杆可以通过螺纹接口与螺纹接口的配合实现与管夹构成刚性连接。
进一步地，第一安装板的下端设置有与支撑杆外壁连接的第一加强筋，第二安装板的上端设置有与支撑杆外壁连接的第二加强筋。
所述第一加强筋和第二加强筋的设置有利于提高动力吸振装置安装在第一安装板和第二安装板上的结构稳定性。
一种带有动力吸振功能的管道支撑的布置方法，包括以下步骤：
1)、管道支撑安装位置的确定：首先获得管道系统的平均功率流，利用编程软件，将管道支撑的刚度及安装位置作为优化参数，功率流作为目标函数进行迭代计算，最终得到支撑的刚度及安装位置；
2)、刚度k与质量m的确定：
a)、当需要控制的频率为管道系统的固有频率ωi：利用有限元软件，获得管道系统需要控制的固有频率ωi对应的第i阶模态对质量矩阵[M]归一化的特征向量φi，进而获得该特征向量在支撑点的分量φij，管道系统的等效质量为由m＝μMij确定质量块的质量，质量比μ的范围为0.05-0.2；
基于加速度的最优同调条件为计算得到吸振装置的频率f，通过上述计算，确定碟簧的刚度k与质量块的质量m；
b)、当需要控制的频率为激励源的频率fi：选取与线谱频率最接近的管道系统固有频率ωi，利用步骤a)所述方法计算得到管道系统基于固有频率ωi的等效质量Mij，进而得到质量块的质量m，令吸动力吸振装置(2)的频率等于激励源的频率f＝fi，由fi与m确定碟簧的刚度；
3)、将支撑杆通过底座安装在步骤1)中确定的安装位置；
4)、将动力吸振装置按照步骤2)确定的刚度k与质量m安装在支撑杆上。
具体地，弹性支撑的参数基于管道系统传递出的功率流，利用优化算法对安装位置和碟簧(第一碟簧和第二碟簧)刚度进行分析得到。在此基础上，通过计算或试验的方法确定传递到基础上的振动，从而选择控制频率(关键线谱的频率)，并计算动力吸振装置的参数。
弹性支撑的刚度及安装位置合理，动力吸振装置具备适当的质量且频率与需要控制的频率相同，是保证支撑减振效果良好的必要前提。
基于上述前提，合理设置管道支撑的位置、获得需要控制的频率的确定、以及调节动力吸振装置的频率是布置方法的关键步骤。
弹性支撑的参数计算，以管道系统传递功率流最小为目标，通过有限元软件，计算管道系统在单位力载荷下，支撑固定端节点的单元内力和节点位移，进一步计算相应节点的速度，得到管道系统的平均功率流，利用编程软件，将管道支撑的刚度及安装位置作为优化参数，功率流作为目标函数进行迭代计算，最终得到支撑的刚度及安装位置。根据刚度选择弹簧，根据管道外径制作管夹。
动力吸振装置的力学模型为一个单自由度无阻尼系统。其频率表达式为：故而可以通过调整碟簧(第一碟簧和第二碟簧)的刚度k与质量块(第一质量块和第二质量块)的质量m来改变控制动力吸振装置的频率。
根据工程实际情况，管道系统通过支撑传递的线谱频率可分为两类，一为管道系统的固有频率ωi，主要与管道系统布局及支撑位置等相关；一为激励源的频率fi，若激励源为泵，则主要对应轴频、叶频等。针对这两类频率线谱的控制，有两种动力吸振装置的参数计算方法。首先需要通过计算仿真或试验，得到管道支撑安装基础的响应，根据优化准则来选择控制频率，然后计算吸振装置的参数。
进一步地，在第一质量块和第二质量块上设置加速度传感器，通过螺钉调节第二碟簧的刚度，并测试动力吸振装置的频率，调试完成后，用橡胶圈固定调频螺钉。
本发明与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：
1、本发明通过调节动力吸振装置的刚度k重量m，使动力吸振装置的频率f与与管道系统的单一线谱(关键线谱)的频率一致，如此，动力吸振装置便能很好的吸收管道系统内的单一线谱，从而抑制单一线谱产生的噪音，再配合弹性支撑的减震降噪作用，如此，本发明所述的管道支撑不仅可以在全频段范围内减小传递到基础上的振动，而且可以抑制单一线谱产生的噪音。
2、本发明通过设置相互配合的挡板和螺钉，通过旋转螺钉便可实现对第二碟簧刚度的调节。
3、本发明结构紧凑，动力吸振装置结构形式简单，加工成本小，易于制作和安装。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本发明实施例的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本发明实施例的限定。在附图中：
图1是管道支撑的结构示意图；
图2是弹性支撑的结构示意图；
图3是动力吸振装置的结构示意图。
附图中标记及对应的零部件名称：
1-弹性支撑，2-动力吸振装置，3-支撑杆，4-管夹，5-底座，11-壳体，12-弹性件，21-第一质量块，22-第二质量块，23-第一碟簧，24-第二碟簧，25-挡板，26-螺钉，27-螺栓，31-第一安装板，32-第二安装板。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本发明作进一步的详细说明，本发明的示意性实施方式及其说明仅用于解释本发明，并不作为对本发明的限定。
实施例1：
如图1至图3所示，一种带有动力吸振功能的管道支撑，包括支撑杆3，所述支撑杆3上设置有弹性支撑1，所述弹性支撑1上端设置有管夹4，所述支撑杆3上在弹性支撑1的下方设置有动力吸振装置2，所述动力吸振装置2包括套设在支撑杆3外壁的第一质量块21和第二质量块22，所述第一质量块21和第二质量块22构成一个封闭式外壳，支撑杆3上在封闭式外壳内设置有第一安装板31和第二安装板32，在第一安装板31和第一质量块21之间设置有第一碟簧23，在第二安装板32和第二质量块22之间设置有第二碟簧24，所述动力吸振装置2的频率表达式为：其中，m为第一质量块21和第二质量块22的重量之和，k为第一碟簧23和第二碟簧24的刚度之和；所述弹性支撑1包括设置在支撑杆3外壁的壳体11，所述壳体11的底部设置有弹性件12，所述管夹4穿过壳体11与弹性件12连接，所述弹性件12为弹簧。
具体地，第一质量块21、第二质量块22上均设置有通孔，通孔的孔径略大于支撑杆3的直径，按照第一质量块21-第一碟簧23-第一安装板31-第二安装板32-第二碟簧24-第二质量块22的顺序套在支撑杆3上。
具体地，第二质量块22为管状结构，管状结构一端为开端，另一端设置有通孔，开端的环形壁上设置有用于卡设第一质量块21的凹槽，所述第一质量块21为与管状结构配合的圆盘结构，所述圆盘结构的中心设置有通孔。
实施例2：
如图1至图3所示，本实施例基于实施例1，所述第二质量块22和第二碟簧24之间设置有挡板25，所述第二质量块22上穿设有螺钉26，所述螺钉26用于调节挡板25与第二质量块22之间的间距；所述第一质量块21和第二质量块22通过螺栓27可拆卸式连接；所述壳体11的上端可拆卸式设置有螺纹接口，所述管夹4上设置有与螺纹接口配合的螺纹接头；所述第一安装板31的下端设置有与支撑杆3外壁连接的第一加强筋，第二安装板32的上端设置有与支撑杆3外壁连接的第二加强筋。
一种带有动力吸振功能的管道支撑的布置方法，包括以下步骤：
1)、管道支撑安装位置的确定：首先获得管道系统的平均功率流，利用编程软件，将管道支撑的刚度及安装位置作为优化参数，功率流作为目标函数进行迭代计算，最终得到支撑的刚度及安装位置；
2)、刚度k与质量m的确定：
a)、当需要控制的频率为管道系统的固有频率ωi：利用有限元软件，获得管道系统需要控制的固有频率ωi对应的第i阶模态对质量矩阵[M]归一化的特征向量φi，进而获得该特征向量在支撑点的分量φij，管道系统的等效质量为由m＝μMij确定质量块的质量，质量比μ的范围为0.05-0.2；
基于加速度的最优同调条件为计算得到吸振装置的频率f，通过上述计算，确定碟簧的刚度k与质量块的质量m；
b)、当需要控制的频率为激励源的频率fi：选取与线谱频率最接近的管道系统固有频率ωi，利用步骤a)所述方法计算得到管道系统基于固有频率ωi的等效质量Mij，进而得到质量块的质量m，令吸动力吸振装置(2)的频率等于激励源的频率f＝fi，由fi与m确定碟簧的刚度；
3)、将支撑杆3通过底座5安装在步骤1)中确定的安装位置；
4)、将动力吸振装置2按照步骤2)确定的刚度k与质量m安装在支撑杆3上；
同时，在第一质量块21和第二质量块22上设置加速度传感器，通过螺钉26调节第二碟簧24的刚度，并测试动力吸振装置2的频率，调试完成后，用橡胶圈固定调频螺钉26。
以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种带有动力吸振功能的管道支撑，其特征在于，包括支撑杆(3)，所述支撑杆(3)上设置有弹性支撑(1)，所述弹性支撑(1)上端设置有管夹(4)，所述支撑杆(3)上在弹性支撑(1)的下方设置有动力吸振装置(2)，所述动力吸振装置(2)包括套设在支撑杆(3)外壁的第一质量块(21)和第二质量块(22)，所述第一质量块(21)和第二质量块(22)构成一个封闭式外壳，支撑杆(3)上在封闭式外壳内设置有第一安装板(31)和第二安装板(32)，在第一安装板(31)和第一质量块(21)之间设置有第一碟簧(23)，在第二安装板(32)和第二质量块(22)之间设置有第二碟簧(24)，所述动力吸振装置(2)的频率表达式为：其中，m为第一质量块(21)和第二质量块(22)的重量之和，k为第一碟簧(23)和第二碟簧(24)的刚度之和。
2.根据权利要求1所述的一种带有动力吸振功能的管道支撑，其特征在于，所述第二质量块(22)和第二碟簧(24)之间设置有挡板(25)，所述第二质量块(22)上穿设有螺钉(26)，所述螺钉(26)用于调节挡板(25)与第二质量块(22)之间的间距。
3.根据权利要求1所述的一种带有动力吸振功能的管道支撑，其特征在于，所述第一质量块(21)和第二质量块(22)通过螺栓(27)可拆卸式连接。
4.根据权利要求1所述的一种带有动力吸振功能的管道支撑，其特征在于，所述弹性支撑(1)包括设置在支撑杆(3)外壁的壳体(11)，所述壳体(11)的底部设置有弹性件(12)，所述管夹(4)穿过壳体(11)与弹性件(12)连接。
5.根据权利要求4所述的一种带有动力吸振功能的管道支撑，其特征在于，所述壳体(11)的上端可拆卸式设置有螺纹接口，所述管夹(4)上设置有与螺纹接口配合的螺纹接头。
6.根据权利要求1所述的一种带有动力吸振功能的管道支撑，其特征在于，所述第一安装板(31)的下端设置有与支撑杆(3)外壁连接的第一加强筋，第二安装板(32)的上端设置有与支撑杆(3)外壁连接的第二加强筋。
7.一种如权利要求1-6任一项所述的带有动力吸振功能的管道支撑的布置方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)、管道支撑安装位置的确定：首先获得管道系统的平均功率流，利用编程软件，将管道支撑的刚度及安装位置作为优化参数，功率流作为目标函数进行迭代计算，最终得到支撑的刚度及安装位置；
2)、刚度k与质量m的确定：
a)、当需要控制的频率为管道系统的固有频率ωi：利用有限元软件，获得管道系统需要控制的固有频率ωi对应的第i阶模态对质量矩阵[M]归一化的特征向量φi，进而获得该特征向量在支撑点的分量φij，管道系统的等效质量为由m＝μMij确定质量块的质量，质量比μ的范围为0.05-0.2；
基于加速度的最优同调条件为计算得到吸振装置的频率f，通过上述计算，确定碟簧的刚度k与质量块的质量m；
b)、当需要控制的频率为激励源的频率fi：选取与线谱频率最接近的管道系统固有频率ωi，利用步骤a)所述方法计算得到管道系统基于固有频率ωi的等效质量Mij，进而得到质量块的质量m，令吸动力吸振装置(2)的频率等于激励源的频率f＝fi，由fi与m确定碟簧的刚度；
3)、将支撑杆(3)通过底座(5)安装在步骤1)中确定的安装位置；
4)、将动力吸振装置(2)按照步骤2)确定的刚度k与质量m安装在支撑杆(3)上。
8.根据权利要求7所述的带有动力吸振功能的管道支撑的布置方法，其特征在于，在第一质量块(21)和第二质量块(22)上设置加速度传感器，通过螺钉(26)调节第二碟簧(24)的刚度，并测试动力吸振装置(2)的频率，调试完成后，用橡胶圈固定调频螺钉(26)。
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