CN113294592A - 一种适用于大口径复杂激励的管路柔性支撑 - Google Patents

一种适用于大口径复杂激励的管路柔性支撑 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种适用于大口径复杂激励的管路柔性支撑，包括下刚性支撑，所述下刚性支撑的上表面设置有内凹圆弧结构，所述下刚性支撑的顶面配合安装有上刚性支撑，上刚性支撑的呈“Ω”结构，所述上刚性支撑与下刚性支撑配合后在中部形成一个圆孔，所述圆孔内分布有多个柔性支撑块，多个柔性支撑块围成环状结构，所述环状结构内放置管道；每个柔性支撑块的外部连接有进气管，所述进气管上安装有单向阀和压力调节阀，所述进气管的端头连接气源。充分利用了弹性橡胶层和气囊空腔的减振效应，并通过三组弹性支撑结构大大提高了系统的可靠性，通过刚柔并济的结构组合，能够在宽频范围内能够实现对大口复杂激励下的管道系统的显著减振效果。

Description

一种适用于大口径复杂激励的管路柔性支撑
技术领域
本发明涉及管路柔性支撑技术领域，尤其是一种适用于大口径复杂激励的管路柔性支撑。
背景技术
管路系统在工业生产的各个领域都具有大范围的应用场景，船舶、化工、海工装备以及市政工程的等领域最为突出。然而，随着人们对设备安静性以及噪音等日益突出的改进需求，在日常应用中对设备及管路系统的减振降噪都提出了诸多的改进措施，并得到了大规模应用。
针对管路系统的减隔振措施，除了降低设备本身的振动噪声外，还需要在能量传递的途径上采取大量的减振降噪措施。以船舶系统为例，以机械设备振动噪声传递的“一通道”为了控制设备振动向基座传递，主、辅机设备大量采用单层隔振、双层隔振、浮筏隔振以及舱筏隔振装置，隔振器是这些隔振装置实现隔振与减振的重要部件，现阶段船用的隔振器形式多样，有橡胶隔振器、聚氨酯隔振器、钢丝绳隔振器以及气囊隔振器等。
在振动噪声传递的“二通道”上，为控制管路系统振动噪声能量沿管壁与管内流体介质的传递，艇用管路系统大量采用了挠性接管、波纹管、管路弹性支撑、阻尼包覆、消声器等隔振元器件。隔振元器件作为机械系统与管路系统振动能量的主要衰减部件。
管路系统的振动噪声主要来源于管路系统中的泵、阀等主被动元件以及管路与基础的部分耦合振动，频率成分较为丰富。从减振降噪的角度来说，必须实行从低频10Hz-10kHz范围内全频段的降低。因此为实现管路系统的减振隔振效果，必须在管路支撑系统中采用多种措施并行处理，从而达到预期效果。
以船舶大口径复杂激励管路系统为应用对象，以船舶管路的减振支撑为具体发明对象，就现阶段船舶管路减振支撑系统而言，主要以柔性橡胶环、各类型橡胶隔振器、气囊型减振器等产品为主，辅以支撑结构的减振框架设计，从而实现单层到多层的复合减振隔振效果，但就各类型的管路减振支撑来看，各型减振支撑的主要针对中小型管路支撑，且减振效果主要靠隔振器的减振效果，在中低频段减振效果有效；尤其是针对于大口径管道(DN300以上)而言，仅仅靠柔性橡胶和减振器，效果极为有限；而气囊型减振器在在全频段范围内均具有较好的减振效果，但一般的气囊型支撑是在管路支撑底座下布置一个或者多个气囊，虽具有较好的减振效果，但整体位移较大，且气囊仅能对垂直于气囊结构的激励有较好的减振效果，对于侧向及轴向而言很难起到较好的作用，且在使用过程中横向或轴向位移过大容易导致管路系统失稳，从而造成安全隐患。
因此有必要采用新的思路和结构方式，针对大口径复杂激励的管路减振支撑实现在全频段(10～10000Hz)具有显著的减振效果的目的，并对该型管路减振支撑的使用、控制策略建立有效的措施。
发明内容
本申请人针对上述现有生产技术中的缺点，提供一种适用于大口径复杂激励的管路柔性支撑，从而能够实现低频宽带的减振效果，该装置结构紧凑、安装简便，使用简单，并可以在局部破损的复杂环境下具有自动再平衡的结构，具有显著地减振效果。
本发明所采用的技术方案如下：
一种适用于大口径复杂激励的管路柔性支撑，包括下刚性支撑，所述下刚性支撑的上表面设置有内凹圆弧结构，所述下刚性支撑的顶面配合安装有上刚性支撑，上刚性支撑的呈“Ω”结构，所述上刚性支撑与下刚性支撑配合后在中部形成一个圆孔，所述圆孔内分布有多个柔性支撑块，多个柔性支撑块围成环状结构，所述环状结构内放置管道；每个柔性支撑块的外部连接有进气管，所述进气管上安装有单向阀和压力调节阀，所述进气管的端头连接气源。
其进一步技术方案在于：
单个柔性支撑块的结构为：包括内部空腔结构，所述内部空腔结构的一侧设置有充气管，所述充气管连接单向阀；所述内部空腔结构的外部设置有柔性腔硫化橡胶层，在柔性腔硫化橡胶层的内部间隔设置有外支撑板和内支撑板，所述外支撑板和内支撑板的端面设置有限位卡槽。
单个柔性支撑块呈扇形结构。
所述上刚性支撑的两端通过螺栓与下刚性支撑固定。
所述下刚性支撑的内凹圆弧面固定多个柔性支撑块，上刚性支撑的底部固定多个柔性支撑块。
所述下刚性支撑的底面为平面，下刚性支撑的底面通过多个紧固件与地面固定。
所述下刚性支撑的中部采用中空结构。
本发明的有益效果如下：
本发明结构紧凑、合理，操作方便，安装方便，可靠性好，充分利用了弹性橡胶层和气囊空腔的减振效应，并通过三组9个的弹性支撑结构大大提高了系统的可靠性，通过刚柔并济的结构组合，能够在宽频范围内能够实现对大口复杂激励下的管道系统的显著减振效果。
同时，本发明还存在如下优点：
(1)带刚性骨架结构的硫化橡胶和弹性空腔结构对管路复杂激励进行减振，在宽频范围内对管道振动进行减振；
(2)通过预调压的柔性腔结构实现对管道结构的支撑作用，可以根据管道载荷的大小进行预压调节，进而调节弹性腔体刚度，适应载荷特性，有利于降低管道振动；
(3)通过管道周向3组9个的柔性支撑结构均布的管道周向，每组柔性支撑均可以实现对管道系的有效支撑；大幅提高支撑系统的可靠性；同时可以根据所用管径的不同从而选择更多分组进行调节，不限于3组9个的使用；
(4)每一组柔性支撑可以通过向弹性空腔内预充不气压的压缩气体，实现单组柔性支撑的不同支撑刚度，实现针对载荷的频率范围选择性减振；
(5)柔性支撑内刚性骨架及限位保护机构，既可以实现利用骨架间的橡胶阻尼切向形变来实现高频振动的衰减，也可以对大脉冲载荷或冲击载荷下导致的大形变对柔性支撑块体的保护，提高支撑系统的实用性；即使受到冲击破坏，系统仍然可以再刚性支撑下继续工作，直至达到可维护的场所；
(6)单个的柔性支撑结构简单，在实际使用中一旦受到破坏，可以迅速更换，不需要整体更换柔性支撑，便于检修和维护。
附图说明
图1为本发明的结构示意图。
图2为本发明的主视图(全剖视图)。
图3为本发明单个弹性支撑的内部结构示意图。
图4为本发明弹性支撑的充气系统图。
其中：1、管道；2、上刚性支撑；3、柔性支撑块；4、螺栓；5、下刚性支撑；6、单向阀；7、进气管；8、压力调节阀；9、气源；
301、柔性腔硫化橡胶层；302、外支撑板；303、内部空腔结构；304、内支撑板；305、充气管。
具体实施方式
下面结合附图，说明本发明的具体实施方式。
如图1-图4所示，本实施例的适用于大口径复杂激励的管路柔性支撑，包括下刚性支撑5，下刚性支撑5的上表面设置有内凹圆弧结构，下刚性支撑5的顶面配合安装有上刚性支撑2，上刚性支撑2的呈“Ω”结构，上刚性支撑2与下刚性支撑5配合后在中部形成一个圆孔，圆孔内分布有多个柔性支撑块3，多个柔性支撑块3围成环状结构，环状结构内放置管道1；每个柔性支撑块3的外部连接有进气管7，进气管7上安装有单向阀6和压力调节阀8，进气管7的端头连接气源9。
单个柔性支撑块3的结构为：包括内部空腔结构303，内部空腔结构303的一侧设置有充气管305，充气管305连接单向阀6；内部空腔结构303的外部设置有柔性腔硫化橡胶层301，在柔性腔硫化橡胶层301的内部间隔设置有外支撑板302和内支撑板304，外支撑板302和内支撑板304的端面设置有限位卡槽。
单个柔性支撑块3呈扇形结构。
上刚性支撑2的两端通过螺栓4与下刚性支撑5固定。
下刚性支撑5的内凹圆弧面固定多个柔性支撑块3，上刚性支撑2的底部固定多个柔性支撑块3。
下刚性支撑5的底面为平面，下刚性支撑5的底面通过多个紧固件与地面固定。
下刚性支撑5的中部采用中空结构。
本发明所述的单向阀6一端与柔性支撑块3导出的管相连，一端与进气管7相连；
进气管7一端与气源9进气端相连，另一端连于单向阀6的进气端，用于补充柔性支撑块3内的气体，保证一定的内压。
本发明所述的柔性支撑块3利用内部空腔结构303，预充一定压力的气体使之处于弹性可控的状态，可以根据管路系统激励和载荷来进行适应性调整。
柔性腔硫化橡胶层301对管路高频振动有一定的减振作用，同时避免了外支撑板302和内支撑板304与上刚性支撑2、下刚性支撑5的刚性接触，有利于减小振动传递。同时内部可调压的内部空腔结构303相当于一个弹性气囊，对管路中低频振动具有较好的减振作用；外支撑板302和内支撑板304相互完全通过柔性腔硫化橡胶层301隔开，但两者在端面附近有一个限位卡槽，防止在超载载荷时柔性腔硫化橡胶层301被破坏，从而起到了限位保护的作用。
柔性支撑块3在本发明实施例中一共分为A、B、C三组，每组三个，共九个柔性支撑块3；每组三个柔性支撑块3沿着管道1周向均布，并在每个柔性支撑块3外设置一个单向阀6用于确保气体不会反向流动。三个均布的柔性支撑块3可以保证支撑结构在周向对管道1均有上下平衡的支撑力作用，通过三点固定一个轴心结构，保证管道1的稳定支撑。本发明实施例正常工作时有三组共九个周向的柔性支撑腔均匀的向心作用在管道1上，同时对管道1进行支撑和减振作用。一旦一组中任一柔性支撑块3发生破损导致泄漏，另外两组支撑结构也会保证系统的支撑和减振作用，从而大大提高了系统的可靠性。
本发明的具体结构和功能如下：
如图1所示，管道1为适用的减振对象，为管道系统中任一局部光滑可安装的短直段管子，用于安装管路柔性支撑。
管道1插入由多个柔性支撑块3构成的环状支撑结构内；
柔性支撑块3通过外缘的卡槽周向固定在上刚性支撑2和下刚性支撑5中间；上刚性支撑2和下刚性支撑5两者通过螺栓4来进行紧固连接；下刚性支撑5通过螺栓组件或其他紧固结构与安装面进行连接。
如图2所示，多个柔性支撑块3在管道1周围均匀布置，使得管道1周向均处于类似于自由边界条件下的浮动支撑中，同时根据激励载荷的频率和大小特性，可以分多组调节柔性支撑块3内的预充气压，进而调节支撑刚度，调整减振频率范围。
如图3所示，柔性支撑块3为一个由柔性腔硫化橡胶层301、外支撑板302、内部空腔结构303、内支撑板304、充气管305以及外置的单向阀6组成。
外支撑板302和内支撑板304通过上下两个结构构成一个空腔结构，然后通过在两者表明进行橡胶硫化形成一个阻隔的橡胶层，但两块板并不相互接触，并通过两边的凸出结构形成一个具有一定间隔的限位保护装置。
两块支撑板和柔性腔硫化橡胶层301构成一个隔振结构，在内部没有预充一定压力的气体的情况下相当于一个减振支撑，通过阻尼和弹性结构对中高频振动具有明显的衰减作用。通过单向阀6充入一定压力的压缩气体经由充气管305进入到内部空腔结构303内，可以形成一个弹性气腔结构，通过充入不同的气压使该结构具有不同的刚度比，从而实现对载荷的适应性和可调性，针对不同的振动频率进行调节。预充压缩气体的内部空腔结构303可以有效的在中低频段对管道1振动进行大福的降低。
如图4所示，由于本发明实施例中柔性支撑结构由三组(分为A\B\C三组)共九个柔性支撑块3共同构成，单组柔性支撑块3内的压力相同，其他两组压力可以相同也可以根据载荷的特性进行调节从而与其他两组压力不同。由气源9处输入一定的压缩气体，先经过三路压力调节阀8后分为三路，经过进气管7分别进入A、B、C三组柔性支撑块3前置的气管内，然后经由单向阀6进入到柔性支撑块3内，对内部空腔结构303进行充气；每一组压力均可以不相同，但在单组内三个空腔结构内压力相同，从而保证管道1无论何时都在周向分布内至少有三个均布的支撑点，从而保证支撑结构的稳定性和弹性减振的效果。
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 (7)

1.一种适用于大口径复杂激励的管路柔性支撑，其特征在于：包括下刚性支撑(5)，所述下刚性支撑(5)的上表面设置有内凹圆弧结构，所述下刚性支撑(5)的顶面配合安装有上刚性支撑(2)，上刚性支撑(2)的呈“Ω”结构，所述上刚性支撑(2)与下刚性支撑(5)配合后在中部形成一个圆孔，所述圆孔内分布有多个柔性支撑块(3)，多个柔性支撑块(3)围成环状结构，所述环状结构内放置管道(1)；每个柔性支撑块(3)的外部连接有进气管(7)，所述进气管(7)上安装有单向阀(6)和压力调节阀(8)，所述进气管(7)的端头连接气源(9)。
2.如权利要求1所述的一种适用于大口径复杂激励的管路柔性支撑，其特征在于：单个柔性支撑块(3)的结构为：包括内部空腔结构(303)，所述内部空腔结构(303)的一侧设置有充气管(305)，所述充气管(305)连接单向阀(6)；所述内部空腔结构(303)的外部设置有柔性腔硫化橡胶层(301)，在柔性腔硫化橡胶层(301)的内部间隔设置有外支撑板(302)和内支撑板(304)，所述外支撑板(302)和内支撑板(304)的端面设置有限位卡槽。
3.如权利要求1所述的一种适用于大口径复杂激励的管路柔性支撑，其特征在于：单个柔性支撑块(3)呈扇形结构。
4.如权利要求1所述的一种适用于大口径复杂激励的管路柔性支撑，其特征在于：所述上刚性支撑(2)的两端通过螺栓(4)与下刚性支撑(5)固定。
5.如权利要求1所述的一种适用于大口径复杂激励的管路柔性支撑，其特征在于：所述下刚性支撑(5)的内凹圆弧面固定多个柔性支撑块(3)，上刚性支撑(2)的底部固定多个柔性支撑块(3)。
6.如权利要求1所述的一种适用于大口径复杂激励的管路柔性支撑，其特征在于：所述下刚性支撑(5)的底面为平面，下刚性支撑(5)的底面通过多个紧固件与地面固定。
7.如权利要求1所述的一种适用于大口径复杂激励的管路柔性支撑，其特征在于：所述下刚性支撑(5)的中部采用中空结构。
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