CN113513099A - 一种用于塔器的调谐质量阻尼器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于塔器的调谐质量阻尼器，包括：悬吊在调谐质量阻尼器本体中的质量球；设置在调谐质量阻尼器本体内且位于质量球下方的半球形板；将质量球与调谐质量阻尼器本体的侧壁相连接的若干个沿周向均匀分布的弹性机构；弹性机构由阻尼器和套设在阻尼器外部的弹簧构成，且弹性机构的两端均设有万向节；调谐质量阻尼器本体由顶部盖板、底部固定环以及用于连接顶部盖板和底部固定环的若干根沿周向均匀分布的竖直支撑杆构成。本发明可实现全向调谐，结构简单，施工方便，可有效对柔性高耸塔器的风载涡激振动进行动态响应控制，保证柔性高耸塔器的安全可靠性。

Description

一种用于塔器的调谐质量阻尼器

技术领域

本发明涉及建筑工程减振技术领域，尤其是一种用于塔器的调谐质量阻尼器。

背景技术

随着化工塔设备往大型化的方向发展，塔筒作为塔器的主要承力部件，塔筒的高度也变得越来越高，涡激振动的风险也随之变大。高耸塔器是一种高度较高、横向刚度较柔的结构，因此在水平风荷载作用下会引起较大的结构反应，在卡门涡街的作用下更容易产生风载荷共振，而且类似化工塔这样的高耸建筑日益增高，所用材料趋向于轻质高强，这就使结构柔度增加、阻尼下降，对风力作用更为敏感，风力作用极其频繁，且具有明显的随机性，所产生的灾害极为广泛，塔体的振动幅度过大会使塔体产生严重弯曲、倾斜、塔板效率下降，从而导致塔器无法维持正常的生产运行而造成严重的经济损失。持续而剧烈的振动还会造成塔体裙座应力变化幅度过大形成疲劳裂纹，导致设备的开裂破坏，甚至会造成人员的伤亡，引发严重的安全事故，风诱导振动导致化工塔设备破坏的事故已多次发生，如何控制柔性塔器在风载下的涡激振动也变得尤为重要。一般是通过改变风流场的形态或改变自身的结构的形状来改变振动特性，但该方式施工困难，造价高。石化生产装置的建设周期长达几年，不少设备现场安装就位后要空置一段时间后才能投入生产。空置塔设备内没有物料，对风诱导振动的阻尼不同于操作状态下的设备，即使进行了合理的操作条件下的抗振动设计，塔设备也可能在空置期间发生风诱导振动而破坏。因此，对由风诱导产生的高塔设备振动的研究，以及振动控制装置的研发是一个亟待解决的实际问题。

调谐质量阻尼器(Tuned Mass Damper)，简称TMD，由于其构造简单、成本低、性能可靠，是目前工程中应用最广的结构控制装置。调谐质量阻尼器装置减振控制原理是：把TMD接到主结构上，通过惯性质量和主结构控制振型谐振把主结构的能量传递给TMD，从而达到抑制主结构振动的目的。然而，现有技术中关于用于高耸塔器减振的调谐质量阻尼器的应用很少,而且不方便用于已建成塔器的后期加装，且减振效果也不理想。

发明内容

为了克服上述现有技术中的缺陷，本发明提供一种用于塔器的调谐质量阻尼器，全向调谐，结构简单，施工方便，可有效对柔性高耸塔器的风载涡激振动进行动态响应控制，保证柔性高耸塔器的安全可靠性。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案，包括：

一种用于塔器的调谐质量阻尼器，包括：悬吊在调谐质量阻尼器本体中的质量球，所述质量球与调谐质量阻尼器本体的顶部盖板相连接，在静止状态下，质量球位于调谐质量阻尼器本体的中轴线上。

还包括：设置在调谐质量阻尼器本体内的半球形板；所述半球形板位于质量球的下方；所述半球形板的外侧球面即凸面朝向调谐质量阻尼器本体的底部，所述半球形板的凹面朝向质量球。

还包括：将质量球与调谐质量阻尼器本体的侧壁相连接的若干个弹性机构，即弹性机构的一端与质量球相连接，另一端与质量阻尼器本体的侧壁相连接；此若干个弹性机构在质量球与调谐质量阻尼器本体的侧壁之间沿周向均匀分布，即每相邻的两个弹性机构之间的夹角相同；质量球的球心以及弹性机构与调谐质量阻尼器本体之间的连接点位于同一水平面上。

调谐质量阻尼器本体的顶部盖板通过若干根竖直的支撑杆与调谐质量阻尼器本体的底部相连接，此若干根竖直的支撑杆用于支撑顶部盖板，且此若干根竖直的支撑杆沿周向均匀分布。

采用若干个弹性机构将质量球分别与此若干根竖直的支撑杆相连接，即弹性机构的一端与质量球相连接，另一端与支撑杆相连接；此若干个弹性机构沿周向均匀分布，即每相邻的两个弹性机构之间的夹角相同；质量球的球心以及弹性机构与支撑杆之间的连接点位于同一水平面上。

所述弹性机构由阻尼器和套设在阻尼器外部的弹簧构成。

所述弹性机构的两端均设有万向节。

调谐质量阻尼器本体的底部为底部固定环，所述底部固定环用于与塔体固定连接。

所述半球形板靠近质量球且不与质量球相接触，半球形板的凹面的半径等于质量球球底到顶部盖板之间的距离。

所述底部固定环由半圆环或四分之一圆环拼接构成。

本发明的优点在于：

(1)本发明调谐质量阻尼器采用质量球，结构简单，施工方便，避免了采用质量块悬吊所面临的质量块的安装个数以及安装方位的问题，且质量球采用悬吊式，与滑轨式相比降低了摩擦力，使阻尼器寿命更长，反应也更灵敏，可有效对柔性高耸塔器的风载涡激振动进行动态响应控制，保证柔性高耸塔器的安全可靠性。

(2)本发明位于质量球的下方的半球形板，用于保证悬吊的质量球坠落时能够支撑质量球，从而保护塔体免遭破坏，相当于一个冗余保护装置；此外，坠落的质量球可以在半球形板的凹面即圆形面上滚动，从而使得调谐质量阻尼器不会丧失全部的性能。

(3)本发明位于质量球的下方的半球形板，其凹面即圆形面的半径等于质量球球心到顶部盖板之间的距离，能够使得使质量球尽量保持原来的运动轨迹，最大限度地保留调谐质量阻尼器的性能。

(4)本发明采用若干个弹性机构将质量球与调谐质量阻尼器本体的侧壁相连接，最大限度地使质量球拥有更大的有效行程，使调谐质量阻尼器对各个方向的振动都拥有良好的减振效果。

(5)本发明的调谐质量阻尼器的顶部盖板通过若干根竖直的支撑杆与其底部相连接，由于支撑杆即非工作件的质量轻、刚性强、成本低的优点，从而使得调谐质量阻尼器本体的结构简化，重量减轻。

(6)本发明的弹性机构由阻尼器和套设在阻尼器外部的弹簧构成，结构更为紧凑，方便布置。

(7)本发明的弹性机构两端均设有万向节，使得质量球拥有更大的移动空间和更广泛的移动角度，使得调谐质量阻尼器对由各个方向来风所造成的各个方向的振动均有抑制作用，从而提高调谐质量阻尼器的减振性能。

(8)本发明的调谐质量阻尼器的底部采用底部固定环，使调谐质量阻尼器为整体式装配结构，便于安装。

(9)由于塔器通常为钢制结构，塔器顶端会存在焊缝和紧固连接点等薄弱点，因此在安装调谐质量阻尼器时需避开这些点，现有技术的用于塔器的调谐质量阻尼器与塔体之间采用多垫板焊接，为保证性能垫板之间角度及位置要十分精确，增加了安装难度，而本发明的底部固定环直接外套接于塔器顶端，解决了方位布置问题，并且本发明底部固定环直接外套接于塔器顶端，还增加了接触面积，能够与塔体紧密的固定连接，使得塔体受力更加均匀。

(10)底部固定环与塔体之间的连接可采用焊接或箍接的方式，底部固定环由半圆环或四分之一圆环拼接构成，使得底部固定环在箍接时更加方便；另外，箍接时在底部固定环的下方塔体上焊接支撑挡板，可以解决了部分塔器无法大面积焊接的问题。

1.附图说明

图1为一种用于塔器的调谐质量阻尼器的主视图。

图2为一种用于塔器的调谐质量阻尼器的侧视图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

由图1和图2所示，本发明的一种用于塔器的调谐质量阻尼器，包括：

底部固定环9，所述底部固定环9用于与塔体固定连接；所述底部固定环9由四个四分之一圆环构成，所述四分之一圆环的两端均设有向外突出的固定板，相邻的两个四分之一圆环之间的固定板彼此贴合，且通过螺栓和螺母进行固定连接，从而实现相邻的两个四分之一圆环之间的固定连接；采用底部固定环9使调谐质量阻尼器为整体式装配结构，便于安装；底部固定环9直接外套接于塔器顶端，解决了方位布置问题；底部固定环9能够与塔体紧密的固定连接，使得塔体受力更加均匀；所述底部固定环9与塔体之间的连接可采用焊接或箍接的方式，且箍接时在底部固定环9的下方塔体上焊接支撑挡板，解决了部分塔器无法大面积焊接的问题。

顶部盖板1，所述顶部盖板1通过竖直的八根支撑杆3与底部固定环9相连接，此竖直的八根支撑杆3即用于支撑顶部盖板1，且此竖直的八根支撑杆3在底部固定环9上沿周向均匀分布。

质量球4，所述质量球4通过铁链2与调谐质量阻尼器的顶部盖板1连接，使得质量球4悬吊在调谐质量阻尼器的内部，且在静止状态下，质量球4位于调谐质量阻尼器的中轴线上，即质量球4与每根支撑杆3之间的水平距离相等。

弹性机构，所述弹性机构包括弹簧5和阻尼器6，且弹簧5套设在阻尼器6的外部；所述阻尼器6为套筒式液压阻尼器；所述弹性机构的一端通过万向节7与质量球4相连接，另一端通过万向节7与支撑杆3相连接；质量球4通过八个弹性机构分别与每根支撑杆3相连接，且质量球4的球心以及质量球与每根支撑杆3的连接点均处于同一水平面上；所述万向节7使得质量球4拥有更大的移动空间和更广泛的移动角度，使得调谐质量阻尼器对由各个方向来风所造成的各个方向的振动均有抑制作用，从而提高调谐质量阻尼器的减振性能。

半球形板8，所述半球形板8位于底部固定环9与顶部盖板1之间，且位于质量球4的下方；所述半球形板8分别与八根支撑杆3固定连接；所述半球形板8的外侧球面即凸面朝向底部固定环9，所述半球形板8的圆形面朝向质量球4；所述半球形板8靠近质量球4且不与质量球4相接触，相当于是一个冗余保护机构，用于保证铁链2断裂后能够支撑质量球4，从而保护塔体免遭破坏，此外，当铁链2断裂后，质量球4在半球形板8的圆形面即凸面上滚动，从而使得调谐质量阻尼器不会丧失全部的性能；所述半球型底板8的圆形面即凸面的半径等于铁链2长度与质量球4直径之和，即半球型底板8的圆形面即凸面的半径等于质量球4球底到顶部盖板1之间的距离，从而能够使质量球的运动轨迹不发生变化，保留部分性能。

以上仅为本发明创造的较佳实施例而已，并不用以限制本发明创造，凡在本发明创造的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明创造的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种用于塔器的调谐质量阻尼器，其特征在于，包括：悬吊在调谐质量阻尼器本体中的质量球(4)，所述质量球(4)与调谐质量阻尼器本体的顶部盖板(1)相连接，在静止状态下，质量球(4)位于调谐质量阻尼器本体的中轴线上。

2.根据权利要求1所述的一种用于塔器的调谐质量阻尼器，其特征在于，还包括：设置在调谐质量阻尼器本体内的半球形板(8)；所述半球形板(8)位于质量球(4)的下方；所述半球形板(8)的外侧球面即凸面朝向调谐质量阻尼器本体的底部，所述半球形板(8)的凹面朝向质量球(4)。

3.根据权利要求1所述的一种用于塔器的调谐质量阻尼器，其特征在于，还包括：将质量球(4)与调谐质量阻尼器本体的侧壁相连接的若干个弹性机构，即弹性机构的一端与质量球(4)相连接，另一端与质量阻尼器本体的侧壁相连接；此若干个弹性机构在质量球(4)与调谐质量阻尼器本体的侧壁之间沿周向均匀分布，即每相邻的两个弹性机构之间的夹角相同；质量球(4)的球心以及弹性机构与调谐质量阻尼器本体之间的连接点位于同一水平面上。

4.根据权利要求1所述的一种用于塔器的调谐质量阻尼器，其特征在于，调谐质量阻尼器本体的顶部盖板(1)通过若干根竖直的支撑杆(3)与调谐质量阻尼器本体的底部相连接，此若干根竖直的支撑杆(3)用于支撑顶部盖板(1)，且此若干根竖直的支撑杆(3)沿周向均匀分布。

5.根据权利要求4所述的一种用于塔器的调谐质量阻尼器，其特征在于，采用若干个弹性机构将质量球(4)分别与此若干根竖直的支撑杆(3)相连接，即弹性机构的一端与质量球(4)相连接，另一端与支撑杆(3)相连接；此若干个弹性机构沿周向均匀分布，即每相邻的两个弹性机构之间的夹角相同；质量球(4)的球心以及弹性机构与支撑杆(3)之间的连接点位于同一水平面上。

6.根据权利要求3或5所述的一种用于塔器的调谐质量阻尼器，其特征在于，所述弹性机构由阻尼器(6)和套设在阻尼器(6)外部的弹簧(5)构成。

7.根据权利要求3或5所述的一种用于塔器的调谐质量阻尼器，其特征在于，所述弹性机构的两端均设有万向节(7)。

8.根据权利要求1-5中任意一项所述的一种用于塔器的调谐质量阻尼器，其特征在于，调谐质量阻尼器本体的底部为底部固定环(9)，所述底部固定环(9)用于与塔体固定连接。

9.根据权利要求2所述的一种用于塔器的调谐质量阻尼器，其特征在于，所述半球形板(8)靠近质量球(4)且不与质量球(4)相接触，半球形板(8)的凹面的半径等于质量球(4)球底到顶部盖板(1)之间的距离。

10.根据权利要求8所述的一种用于塔器的调谐质量阻尼器，其特征在于，所述底部固定环(9)由半圆环或四分之一圆环拼接构成。

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