CN108488532A - 管道约束阻尼减振结构及其敷设方法 - Google Patents

管道约束阻尼减振结构及其敷设方法 Download PDF

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吴江海
尹志勇
孙凌寒
安方
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    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16L—PIPES; JOINTS OR FITTINGS FOR PIPES; SUPPORTS FOR PIPES, CABLES OR PROTECTIVE TUBING; MEANS FOR THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16L55/00—Devices or appurtenances for use in, or in connection with, pipes or pipe systems
    • F16L55/04—Devices damping pulsations or vibrations in fluids
    • F16L55/045—Devices damping pulsations or vibrations in fluids specially adapted to prevent or minimise the effects of water hammer
    • F16L55/05—Buffers therefor

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Abstract

管道约束阻尼减振结构，包括沿管道的周向间隔粘接在管道外壁上的多个阻尼条，阻尼条沿管道的轴向延伸；金属网铺设在所有阻尼条的外周，并形成一个将所有阻尼条包裹在管道外壁上的套体结构，金属网由纵横交错的多根金属丝连接形成。本发明还提供了本发明所述管道约束阻尼减振结构的敷设方法。本发明能够有效地对管路弯曲振动能量进行吸收，且易贴于管壁，易于敷设。

Description

管道约束阻尼减振结构及其敷设方法
技术领域
本发明涉及管道振动控制技术领域，具体涉及能衰减管道振动传递的管道约束阻尼减振结构及其敷设方法。
背景技术
阻尼是指系统损耗能量的能力，从减振的角度来说就是将机械振动的能量转变成热能、电能、磁能或其他形式能量而消耗掉，从而达到减振的目的。管理阻尼减振一般是在管路表面贴上或涂上内损耗、内摩擦大的粘弹性高阻尼材料，使管路振动因阻尼作用而得到衰减。
目前针对船舶充液管道的常用振动控制措施主要有：在管道中串联挠性接管，从水泵激励源处将振动能量隔离；在管路传递路径上安装橡胶弹性支撑，减小振动向船体结构传递。现有在船舶采用敷设阻尼的方法大多为自由阻尼敷设，而管道截面属性较大，自由阻尼敷设对其振动弯曲波的吸收效果不明显。实际工程操作中也有在管道外壁敷设约束阻尼层，但由于阻尼包覆层刚度较大，在实际操作过程中，工艺上难以做到让阻尼层与管壁紧密贴合。
发明内容
本申请人针对现有技术中的上述缺点进行改进，提供一种管道约束阻尼减振结构，其能够有效地对管路弯曲振动能量进行吸收，且易贴于管壁，易于敷设。
本发明的技术方案如下：
本发明之管道约束阻尼减振结构，包括沿管道的周向间隔粘接在管道外壁上的多个阻尼条，阻尼条沿管道的轴向延伸；金属网铺设在所有阻尼条的外周，并形成一个将所有阻尼条包裹在管道外壁上的套体结构，金属网由纵横交错的多根金属丝连接形成。
其进一步技术方案为：
所述阻尼条由经过硫化的粘弹性阻尼材料制成。
所述粘弹性阻尼材料为橡胶。
所述金属丝的外径为0.5mm～0.8mm。
本发明之管道约束阻尼减振结构的敷设方法，包含以下步骤：
第一步，对管道外壁进行打磨；
第二步，在管道的外壁上涂覆环氧树脂黏贴层；
第三步，将经过硫化的多个阻尼条通过所述环氧树脂黏贴层粘接在管道的外壁上，且多个阻尼条沿管道的周向间隔粘接在管道外壁上；
第四步，将两端未闭合的金属网铺设在所有阻尼条的外周，并形成一个将所有阻尼条包裹在管道外壁上的套体结构，通过将所述套体结构的未闭合的两端焊接连接，使所述套体结构的两端闭合。
本发明的技术效果：
本发明所述阻尼层采用经过硫化的粘弹性阻尼材料，沿管道的周向粘接在管道外壁上，并采用具有弹性的金属网，将所有阻尼条包裹在管道外壁上，能够有效地对管路弯曲振动能量进行吸收；所述阻尼层的刚度较小，使得阻尼层易于包裹在管道外壁上，且对不同口径的管道外壁都能进行包裹；将金属网包覆在阻尼层的外侧，增加了阻尼层最外侧的杨氏模型，提高约束层的刚度，进一步提高了吸振效果。
附图说明
图1为本发明的轴侧视图。
图2为本发明的横剖视图。
图3为本发明金属网沿管道径向展开的示意图，图中还示意出了所有阻尼条。
其中：1、管道；2、阻尼条；3、金属网。
具体实施方式
下面结合附图，说明本发明的具体实施方式。
见图1、图2、图3，本发明之管道约束阻尼减振结构，包括沿管道1的周向间隔粘接在管道1外壁上的多个阻尼条2，阻尼条2沿管道1的轴向延伸；金属网3铺设在所有阻尼条2的外周，并形成一个将所有阻尼条2包裹在管道1外壁上的套体结构，金属网3由纵横交错的多根金属丝连接形成。
所述阻尼条2由经过硫化的粘弹性阻尼材料制成，所述粘弹性阻尼材料选用高阻尼且刚度较低的橡胶材料。
本发明之管道约束阻尼减振结构的敷设方法，包含以下步骤：
第一步，对管道1外壁进行打磨，通过打磨，一方面可以进行管道外壁的除锈，另一方面光滑的管道1外易于粘接阻尼条2；
第二步，在管道1的外壁上涂覆环氧树脂黏贴层，环氧树脂黏贴层的涂覆方式可与阻尼条2的粘接方式一致，即在需要粘接阻尼条2的位置处涂覆环氧树脂黏贴层；
第三步，将经过硫化的多个阻尼条2通过所述环氧树脂黏贴层粘接在管道1的外壁上，且多个阻尼条2沿管道1的周向间隔粘接在管道1外壁上；
第四步，将两端未闭合的金属网3铺设在所有阻尼条2的外周，并形成一个将所有阻尼条2包裹在管道1外壁上的套体结构，通过将所述套体结构的未闭合的两端焊接连接，使所述套体结构的两端闭合，从而在管道1的外壁上沿管道1的径向自内向外依次设有阻尼层和约束层，其中，所述阻尼层由所有阻尼条2形成，所述约束层为闭合的金属网3。
见图1、图2，本发明所述管道约束阻尼减振结构包括三层结构，即在管道1、阻尼层和约束层，为方便进行说明，其中管道1为第一层结构，所述阻尼层为第二层结构，所述约束层为第三层结构，基于复刚度法，推导出本发明所述减振结构的损耗因子计算公式，其中，复刚度法是一种相对简单且实用的成熟的现有的数值分析法，建立图3所示直角坐标系，其中x表示管道1的轴向方向，y表示管道1的径向方向，假设管道1与所述阻尼层、所述约束层具有完全相同的横向位移，同时三者的弯曲模态也一致，在计算所述阻尼层的弯矩时，不仅考虑所述阻尼层的拉伸变形，还考虑所述阻尼层的剪切变形，则基于管道1的壁厚h0、所述阻尼层的厚度h1、约束层的厚度h2等可计算所述阻尼层的弯矩M2，见下式(1)；
式(1)中，M2表示所述阻尼层的弯矩，E2表示所述阻尼层阻尼材料的杨氏模量，I2表示所述阻尼层横截面关于中心轴的惯性矩，θ表示所述管道横截面的转角，x表示沿管道1轴向方向所在的位置，γ0表示所述阻尼层剪切变形的初始幅值，r0表示管道1的内径，h0表示管道1的壁厚，h1表示所述阻尼层的厚度。
如果管道1做简谐振动，则所述阻尼层的应变也做简谐运动，此时，可以计算得出所述阻尼层的剪切应变γ与θ的简谐变形规律，见下式(2)：
式(2)中：
g表示剪切参数，且，
E3表示所述约束层的杨氏模量，h2表示所述约束层的厚度，γ表示所述阻尼层的剪切应变，r0表示管道1的内径，h0表示管道1的壁厚，h1表示所述阻尼层的厚度，θ表示所述管道横截面的转角，γ0表示所述阻尼层剪切变形的初始幅值，G2表示所述阻尼层的剪切模量，K表示波数，α表示所述阻尼层横截面上任意一点所在半径方向与水平面的夹角，图2中示出了所述夹角α。
通过式(1)和式(2)求取本发明所述减振结构的复合弯曲刚度EI，见下式(3)：
令EI＝E′I(1+jη),EiIi＝E′iIi(1+jηi)。其中η是本发明所述减振结构的总损耗因子，ηi是第i层的损耗因子，Ei是第i层的杨氏模量，Ii是第i层的横截面关于中心轴的惯性矩，Ei’表示第i层的杨氏模型中的实部，其中i＝1,2,3，第1层、第2层、第3层分别用于表示管道、所述阻尼层、所述约束层，j表示虚数。如果忽略管道管壁和约束层的损耗因子，根据上式(3)计算得到本发明所述减振结构的总损耗因子表达式如下，见下式(4)：
式(4)中，X＝3I2Re(g)/(3I2-a)，a＝π(r0+h0)[(r0+h0+h1)3-(r0+h0)3]，Y＝E′2I2/(E′1I1+E′3I3)；其中，I1、I2、I3分别表示所述管道、所述阻尼层、所述约束层的横截面关于中心轴的惯性矩，Re(g)表示取g变量的实部，g为式(2)中的剪切参数，E1’、E2’、E3’分别表示管道、所述阻尼层、所述约束层的杨氏模型中的实部，r0表示管道1的内径，h0表示管道1的壁厚，h1表示所述阻尼层的厚度，β表示所述阻尼层的阻尼因子。
从上式(4)可见本发明所述减振结构的总损耗因子不仅与阻尼材料的杨氏模量有关，还与所述约束层和所述阻尼层的横截面厚度及截面惯性矩比有关。在所述约束层不产生翘曲变形的条件下，所述约束层的厚度越小则越有利于提高所述阻尼层的阻尼效果，因此，本发明所述约束层采用外径为0.5mm～0.8mm的所述金属丝。
以上描述是对本发明的解释，不是对发明的限定，本发明所限定的范围参见权利要求，在本发明的保护范围之内，可以作任何形式的修改。

Claims (5)

1.管道约束阻尼减振结构，其特征在于：包括沿管道(1)的周向间隔粘接在管道(1)外壁上的多个阻尼条(2)，阻尼条(2)沿管道(1)的轴向延伸；金属网(3)铺设在所有阻尼条(2)的外周，并形成一个将所有阻尼条(2)包裹在管道(1)外壁上的套体结构，金属网(3)由纵横交错的多根金属丝连接形成。
2.按权利要求1所述的管道约束阻尼减振结构，其特征在于：所述阻尼条(2)由经过硫化的粘弹性阻尼材料制成。
3.按权利要求2所述的管道约束阻尼减振结构，其特征在于：所述粘弹性阻尼材料为橡胶。
4.按权利要求1所述的管道约束阻尼减振结构，其特征在于：所述金属丝的外径为0.5mm～0.8mm。
5.管道约束阻尼减振结构的敷设方法，其特征在于，包含以下步骤：
第一步，对管道(1)外壁进行打磨；
第二步，在管道(1)的外壁上涂覆环氧树脂黏贴层；
第三步，将经过硫化的多个阻尼条(2)通过所述环氧树脂黏贴层粘接在管道(1)的外壁上，且多个阻尼条(2)沿管道(1)的周向间隔粘接在管道(1)外壁上；
第四步，将两端未闭合的金属网(3)铺设在所有阻尼条(2)的外周，并形成一个将所有阻尼条(2)包裹在管道(1)外壁上的套体结构，通过将所述套体结构的未闭合的两端焊接连接，使所述套体结构的两端闭合。
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