CN108317300B - 一种管道多方向粘弹性隔减振装置及管道隔减振方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种管道多方向粘弹性隔减振装置及管道隔减振方法，多方向隔减振装置包括：用于支撑管道和耗散管道竖向振动能量的竖向隔减振部件以及用于耗散管道多方向振动能量的多方向隔减振部件。本发明充分利用了高耗散粘弹性材料的耗能特性，竖向隔减振部件来提供足够的竖向刚度，能够满足承载能力要求和耗散竖向能量，同时用多方向隔减振部件多方向剪切变形耗能。本发明装置能在多个方向隔离外部激励的同时耗散振动能量，具有构造简单、造价低廉、施工方便的优点。

Description

一种管道多方向粘弹性隔减振装置及管道隔减振方法

技术领域

本发明是一种用于管道结构的被动隔减振装置及管道隔减振方法，属于管道减振领域。

背景技术

管道运输相对于公路、铁路等传统运输方式，运输效率高、经济成本低，因而成为了最主要的流体运输方式，被广泛应用于工业、农业生产的各个领域中。但是，由于管道设计不合理、机械振动不平衡、流固脉动作用等原因，管道极易发生振动，轻则影响管道运输效率，提高运输成本；重则影响设备和管道系统运行的可靠性，造成生产安全事故。因此，如何控制管道振动，减小其动力响应，恢复正常生产效率，成为了目前工程研究领域的热点。

在实际的管道系统中，要根本上消除振动是极其困难的，若改变管系的结构特性如改变管长和弯管长度需要依赖于现场环境和管道排布空间；若采用主动消振控制，振动的偶然性和喘振的不确定性使工程人员很难对振源做出准确的数学模型；若采用半主动控制，造价也十分高昂。因此，综合比较经济效益和控制效果，合理估计管道系统的振动特性，分析外界给管道系统造成振动的原因，并结合一定的被动减振方法就成为了管道系统消振的最佳解决途径。

在目前的被动减振研究中，粘弹性材料性能优良、成本低廉，因而用其制作而成的圆筒式粘弹性阻尼器得到了广泛应用，但是圆筒式粘弹性阻尼器只能在其在单个方向进行剪切变形耗散能量，而管道振动具有多维性的特征，因此在应用上不够广泛。为此，本发明采用了夹片式粘弹性减振单元，夹片式粘弹性减振单元可以在各个方向进行剪切变形耗能，应用空间更为广泛。此外，托板和柱形传力件相连采用的铰接体系使得管道在减振器处的位移较大，从而可以耗散大量振动能量。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种管道多方向粘弹性隔减振装置，该装置具有在多个方向的隔振和减振能力，能有效减小多个方向的振动反应。

为实现上述技术目的，本发明采用如下技术方案：

一种管道多方向粘弹性隔减振装置，包括安装在管道底部的沿管道轴向间隔布置的多个隔减振装置，每个隔减振装置均包括：托板，支撑连接在管道底部外壁上；连接杆，上端和所述托板的底部刚性连接，下端和多方向隔减振装置连接。多方向隔减振装置包括：用于支撑管道和耗散管道竖向振动能量的竖向隔减振部件以及用于耗散管道多方向振动能量的多方向隔减振部件。

其中，竖向隔减振部件包括竖向布置的外筒、粘弹性层以及设置于外筒轴心处的柱形传力件，所述柱形传力件的顶部依次通过变角度传力机构、连接杆以及托板和管道连接，柱形传力件的外壁和外筒的内壁之间设置粘弹性材料层。

其中，所述柱形传力件上方具有空腔，空腔内设置所述多方向隔减振部件，多方向隔减振部件包括沿连接杆杆壁周向对称布置的多个夹片式粘弹性减振单元。

其中，每个夹片式粘弹性减振单元均由两层粘弹性材料层和三层刚性板高温高压硫化而成，最中间的一层刚性板的端部和连接杆固定连接，外侧两层刚性板的另一端和外筒内壁固定，连接每层粘弹性材料层的厚度为1-10mm。

其中，外筒内壁和柱形传力件外壁之间通过高温高压硫化连接粘弹性材料层，所述外筒内壁和柱形传力件外壁之间的粘弹性材料层厚度为2-20mm。

其中，所述柱形传力件为实心柱体或空心圆筒，当为实心柱体时，实心柱体的顶部通过变角度传力机构、连接杆以及托板和管道连接；当为空心圆筒时，空心圆筒的内壁设有环形支撑件，环形支撑件的中心处依次通过连接杆、变角度传力机构、连接杆以及托板和管道连接。

其中，变角度传力机构为万向节或螺栓铰接件，保证连接杆可以在多方向旋转。

其中，外筒的顶部设有用于将外筒内部密封的柔性防护罩，用于防止多维隔减振装置受风雨侵蚀，柔性防护罩上设有供连接杆穿过的孔。

本发明还公开了一种管道隔减振方法，基于所述管道多方向粘弹性隔减振装置，竖向隔减振部件中的粘弹性层除提供支撑作用外，当管道发生竖向振动时，通过竖向隔减振部件中的粘弹性材料层进行竖向剪切变形耗散振动能量，而多方向隔减振部件则耗散部分振动能量；当管道发生水平振动时，多方向隔减振部件中的粘弹性材料层发生剪切变形耗散振动能量，而竖向隔减振部件中的粘弹性材料层由于水平位移较小，基本不耗散振动能量。

有益效果

本发明管道多方向粘弹性隔减振装置，该装置将夹片式粘弹性减振单元和粘弹性层的优越耗能能力结合在一起，不仅在多个方向具有优越的隔振和减振能力，还可以通过夹片式粘弹性减振单元的灵活布置改变装置的耗能与隔振效果。此外，该装置将高耗散粘弹性材料的耗能能力进行了充分发挥，力学特性清晰，安装方便。

附图说明

图1为本发明管道多方向粘弹性隔减振装置的剖面示意图；

图2为本发明管道多方向粘弹性隔减振装置的夹片式粘弹性减振单元的剖面详图。

图3为管道和托板连接的立体图；

图4为夹片式粘弹性减振单元在外筒内的布置示意图一；

图5为夹片式粘弹性减振单元在外筒内的布置示意图二；

图6为夹片式粘弹性减振单元在外筒内的布置示意图三；

图7为万向轴连接示意图；

其中，1为管道；

2为托板；

3为连接杆；

4为柔性防护罩；

5为夹片式粘弹性减振单元；

6为外筒；

7为变角度传力机构；

8为柱形传力件；

9为粘弹性层。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本发明的技术方案进行详细说明。

本发明的管道多方向粘弹性隔减振装置，该装置包括多个隔减振装置沿管道轴向间隔安装在管道底部。

如图1~3所示，每个隔减振装置均包括：托板2，支撑连接在管道1底部外壁上；连接杆3，上端和所述托板2的底部刚性连接，下端和多方向隔减振装置连接。多方向隔减振装置包括：用于支撑管道和耗散管道竖向振动能量的竖向隔减振部件以及用于耗散管道多方向振动能量的多方向隔减振部件，竖向隔减振部件包括竖向布置的外筒6、粘弹性层9以及设置于所述外筒6内部轴心处的柱形传力件8，所述柱形传力件8的顶部依次通过变角度传力机构7、连接杆3以及托板2和管道1连接，柱形传力件8的外壁和外筒6的内壁之间设有粘弹性材料层9。所述柱形传力件8上方具有空腔，空腔内设置所述多方向隔减振部件，多方向隔减振部件包括沿连接杆3杆壁周向对称布置的多个夹片式粘弹性减振单元5。

本装置每个夹片式粘弹性减振单元均由两层粘弹性材料层和三层刚性板高温高压硫化而成，形成类似于“三明治”的结构。每层粘弹性材料层的厚度为1-10mm，最中间的一层刚性板的端部和连接杆连接，外侧两层刚性板的另一端和外筒内壁固定连接，每层粘弹性材料层的厚度为1-10mm。

本装置托板下端通过连接杆以及变角度传力机构和柱形传力件连接，以增加其多方向变形能力，使夹片式粘弹性减振单元可以在各个方向剪切变形，并且为保证夹片式粘弹性减振单元拥有足够的空间，连接杆相对于柱形传力件直径较小。

本装置外筒内壁和柱形传力件外壁之间通过高温高压硫化连接粘弹性材料层，所述外筒内壁和柱形传力件外壁之间的粘弹性材料层厚度为2-20mm。柱形传力件为实心柱体或空心圆筒，若为实心柱体，其顶部通过变角度传力机构、连接杆以及托板和管道连接；若为空心圆筒，空心圆筒的内壁设有环形支撑件，环形支撑件的中心处依次通过连接杆、变角度传力机构、连接杆以及托板和管道连接。

本装置变角度传力机构为万向节或螺栓铰接件，位于连接杆和柱形传力件的交界处，使连接杆可以在多个方向旋转增加其变形能力。

本装置外筒的顶部设有用于将外筒内部密封的柔性防护罩，柔性防护罩上设有供连接杆穿过的孔。

当管道发生竖向振动时，连接杆和柱形传力件分别引起夹片式粘弹性减振单元和粘弹性层剪切变形；当管道发生横向或轴向振动时，托板随着管道发生运动，带动连接杆旋转，引起夹片式粘弹性减振单元剪切变形。另外，因为采用铰接体系，所以夹片式粘弹性减振单元在横向或轴向的剪切位移要远远大于粘弹性层在该方向的位移，从而大大增加其耗能能力。

本装置管道多方向粘弹性隔减振装置安装于管道结构底部，夹片式粘弹性减

振单元通过在不同方向布置可以应对不同方向的振动，分别为沿轴向布置、沿横向布置与横轴向布置，如图4所示，如果夹片式粘弹性减振单元沿管道横向布置，则夹片式粘弹性减振单元在横向和竖向均可剪切变形耗散能量。

如图5所示，如果夹片式粘弹性减振单元沿管道轴向布置，夹片式粘弹性减振单元在轴向和竖向剪切变形耗散能量；

另一方面，如图6所示通过改变夹片式粘弹性减振单元的个数和大小可以改变装置的刚度和耗能效果，进而改变装置的隔减振效果。

本装置管道多方向粘弹性隔减振装置的粘弹性层主要耗散竖向振动能量，当管道发生竖向振动时，粘弹性层除提供支撑作用外，其可以通过在竖向剪切变形耗散大量振动能量，而夹片式粘弹性减振单元则耗散部分振动能量。当发生水平振动时，夹片式粘弹性减振单元发生较大的剪切变形耗散振动能量，而粘弹性层由于水平位移较小基本不耗散振动能量。以夹片式粘弹性减振单元沿管道轴向布置为例，当管道发生振动时，粘弹性层主要在竖向耗散振动能量，而夹片式粘弹性减振单元则主要在管道轴向和竖向耗散振动能量，装置的两个结构分工合作，以达到比较好的隔减振效果。

本发明装置将高耗散粘弹性材料的耗能能力进行了充分发挥，使装置在各个方向都能进行剪切变形进而耗散振动能量。此外，由于本装置相对于橡胶支座水平刚度和竖向刚度都较小，因而隔振效率较高，从而使得装置无论在竖向和水平

向都能有效隔振的同时在多个方向耗散振动能量。

显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而这些属于本发明的精神所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种管道多方向粘弹性隔减振装置，包括安装在管道底部的沿管道轴向间隔布置的多个隔减振装置，其特征在于：每个隔减振装置均包括：托板，支撑连接在管道底部外壁上；

连接杆，上端和所述托板的底部刚性连接，下端和多方向隔减振装置连接；

多方向隔减振装置，包括：用于支撑管道和耗散管道竖向振动能量的竖向隔减振部件以及用于耗散管道多方向振动能量的多方向隔减振部件；

竖向隔减振部件包括外筒、粘弹性层以及设置于外筒轴心处的柱形传力件，柱形传力件的顶部依次通过变角度传力机构、连接杆以及托板和管道连接，柱形传力件外壁和外筒内壁之间设置粘弹性材料层；

柱形传力件上方设置多方向隔减振部件，多方向隔减振部件包括沿连接杆杆壁周向对称布置的多个夹片式粘弹性减振单元；

每个夹片式粘弹性减振单元均由两层粘弹性材料层和三层刚性板高温高压硫化而成，最中间的一层刚性板的端部和连接杆固定连接，外侧两层刚性板的另一端和外筒内壁固定，每层粘弹性材料层的厚度为1-10mm；

所述变角度传力机构为万向铰或螺栓铰接件；

所述外筒内壁和柱形传力件外壁之间通过高温高压硫化连接粘弹性材料层，所述外筒内壁和柱形传力件外壁之间的粘弹性材料层厚度为2-20mm；

当管道发生竖向振动时，连接杆和柱形传力件分别引起夹片式粘弹性减振单元和粘弹性层剪切变形；当管道发生横向或轴向振动时，托板随着管道发生运动，带动连接杆旋转，引起夹片式粘弹性减振单元剪切变形，通过所述万向铰或螺栓铰接件，所述夹片式粘弹性减振单元在横向或轴向的剪切位移远大于粘弹性层在该方向的位移。

2.根据权利要求1所述的管道多方向粘弹性隔减振装置，其特征在于，所述柱形传力件为实心柱体，实心柱体的顶部通过变角度传力机构、连接杆以及托板和管道连接。

3.根据权利要求1所述的管道多方向粘弹性隔减振装置，其特征在于，所述柱形传力件为空心圆筒，空心圆筒的内壁设有环形支撑件，环形支撑件的中心处依次通过变角度传力机构、连接杆以及托板和管道连接。

4.根据权利要求1所述的管道多方向粘弹性隔减振装置，其特征在于，所述外筒的顶部设有用于将外筒内部密封的柔性防护罩，柔性防护罩上设有供连接杆穿过的孔。

5.一种管道隔减振方法，基于权利要求1所述管道多方向粘弹性隔减振装置，其特征在于，竖向隔减振部件中的粘弹性层除提供支撑作用外，当管道发生竖向振动时，通过竖向隔减振部件中的粘弹性材料层进行竖向剪切变形耗散振动能量，而多方向隔减振部件则耗散部分振动能量；当管道发生水平振动时，多方向隔减振部件中的粘弹性材料层发生剪切变形耗散振动能量，而竖向隔减振部件中的粘弹性材料层由于水平位移较小，基本不耗散振动能量。