CN114370533A - 具有减振限位功能的通舱管件及装配方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种具有减振限位功能的通舱管件及装配方法，包括通舱管段、套装在通舱管段上的金属波纹管，所述金属波纹管与舱壁连接固定，所述金属波纹管内腔与通舱管段之间填充金属橡胶内阻尼层，金属波纹管外包裹有金属橡胶包覆阻尼层；所述金属波纹管一段部设置有直管端，另一端部设置有内大外小的锥管端，锥管端外端与通舱管段焊接，所述直管端内壁沿轴向间隔固定安装两个限位金属橡胶环，通舱管件外壁沿轴向间隔固定安装两个限位环，限位环与金属橡胶环交错设置；本通舱管件的振动由金属橡胶内部线匝之间的滑动摩擦消耗，从而降低通舱管件的振动水平，具有良好的能量吸收率，能够衰减系统管路内部振动和管内流体介质振动。
Description
技术领域
本发明涉及减振缓冲技术领域，尤其涉及一种具有减振限位功能的通舱管件及装配方法。
背景技术
船舶作为一种复杂的组合体结构，其噪声具有声源多、功率大、频段广、中低频为主的特点。人体若是长时间处于振动与噪声的环境下会引起不适的生理及心理反应；除此之外，振动与噪声会降低船体的疲劳强度和寿命。
管路系统是船舶结构必不可少的一部分，作为机械噪声的重要来源之一，管路振动噪声是管壁产生的振动与管路内流体发出的声波耦合作用，共同传播至船舶的各个结构中产生的。管路振动已成为制约船舶减振降噪技术的主要原因。其中，穿舱管件是输送高温高压流体，经由舰船各舱室的传输部件，是船舶内部能量和动力传输的基础设施。一般情况下，舱壁与管件为直接焊接，属于刚性连接，振动会沿船体结构继续传播，故需在穿舱部分采取隔振措施，以满足船舶管路的减振降噪需求。
目前针对船舶通舱管件的减振设计形式大都采用外加套筒式结构，包含套筒、端盖、阻尼材料等部分组成。阻尼材料夹在套筒与管壁之间，套筒与舱壁用紧固螺栓连接，实现管路外侧添加阻尼材料的目的。但目前常使用的是橡胶材料，而通舱管件一般运行在高温高压的环境中，橡胶材料在这种条件下容易发生老化，使用寿命低，可靠性差，在高温环境下使用时需附加冷却装置，结构复杂，较难达预期效果。
发明内容
本发明的目的是针对以上不足之处，提供了一种具有减振限位功能的通舱管件及装配方法。
本发明解决技术问题所采用的方案是，一种具有减振限位功能的通舱管件，包括通舱管段、套装在通舱管段上的金属波纹管，所述金属波纹管与舱壁连接固定，所述金属波纹管内腔与通舱管段之间填充金属橡胶内阻尼层，金属波纹管外包裹有金属橡胶包覆阻尼层；所述金属波纹管一段部设置有直管端，另一端部设置有内大外小的锥管端，锥管端外端与通舱管段焊接，所述直管端内壁沿轴向间隔固定安装两个限位金属橡胶环，通舱管件外壁沿轴向间隔固定安装两个限位环，限位环与金属橡胶环交错设置。
进一步的，所述直管端外周安装有连接环，直管端的外端部安装有限位端盖，限位端盖经螺钉与连接环锁固，连接环外周开设有连接孔，连接环经螺栓与舱壁连接固定。
进一步的，所述金属橡胶包覆阻尼层外周经钢丝绳捆绑在金属波纹管的外壁面，金属波纹管每一个波纹波谷处用一根钢丝绳约束，一根钢丝绳的两端通过卡箍连接。
进一步的，所述通舱管段两端部均设置有端部法兰。进一步的，所述金属橡胶内阻尼层、金属橡胶包覆阻尼层均采用由304不锈钢丝制成的低密度、低刚度金属阻尼材料。
进一步的，所述通舱管段采用304不锈钢制成。
进一步的，所述金属橡胶包覆阻尼层包含一块平板状金属橡胶；所述金属橡胶内阻尼层为空心圆柱金属橡胶，空心圆柱金属橡胶内壁贴合通舱管段，空心圆柱金属橡胶与波纹波峰之间的空腔由实心圆柱金属橡胶构件和实心球形金属橡胶构件进行填充。
进一步的，所述金属波纹管的内外壁面均喷涂二硫化钼层。
进一步的，还包括安装辅助件，所述安装辅助件包括辅助环、辅助拉杆，辅助拉杆两端均设置有螺纹部，所述辅助环经螺栓安装在锥管端那侧的端部法兰上，辅助环外周开设有与连接环上的连接孔对应配合的通孔，辅助件两端分别穿设对应配合的连接孔、通孔后，分别经螺母与连接环、辅助环锁固。
一种通舱管件的装配方法，包括以下步骤；
（1）在通舱管段上安装具有金属橡胶内阻尼层的金属波纹管；
（2）在金属波纹管直管端内设置两个限位金属橡胶环、两个限位环，先将一个限位环放置到位后焊接在通舱管段，在将一限位金属橡胶环放置到位后焊接在金属波纹管上，然后，将另一个限位环放置到位后焊接在通舱管段，在将另一限位金属橡胶环放置到位后焊接在金属波纹管上；
（3）在金属波纹管直管端安装限位端盖、连接环，将限位端盖经螺钉与连接环锁固；
（4）在通舱管段两端设置端部法兰；
（5）将辅助环安装在锥管端那侧的端部法兰上，在辅助环和连接环之间安装若干根辅助拉杆，通过螺母进行紧固连接并调整各辅助拉杆的长度使各零部件处于同轴状态；确定各零部件处于同轴状态后，在端部法兰和通舱管段、通舱管段和锥形管、螺钉和限位端盖、限位端盖和连接环、连接环与金属波纹管之间通过缝焊方式使各零部件焊接在一起；
（6）焊接结束后，移除辅助拉杆和辅助环，对缝焊进行去应力处理；
（7）在金属波纹管外包覆金属橡胶包覆阻尼层，利用钢丝绳将金属橡胶包覆阻尼层约束在金属波纹管的外表面，每一个波纹波谷处用一根钢丝绳约束。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：结构紧凑，通舱管段的振动由金属橡胶内部线匝之间的滑动摩擦消耗，金属波纹管产生微米级变形将导致金属橡胶材料的线匝发生滑动，从而降低通舱管件的振动水平，能够在船舶中保证运输高温高压流体的工作下，满足减振降噪要求，具有良好的能量吸收率，能够衰减系统管路内部振动和管内流体介质振动。
附图说明
下面结合附图对本发明专利进一步说明。
图1是本通舱管件的结构示意图。
图2是安装辅助件的结构示意图。
图中：1-端部法兰A；2-通舱管段；3-限位金属橡胶环；4-限位环A；5-限位环B；6-螺钉；7-限位端盖；8-螺栓；9-连接环；10-舱壁；11-金属橡胶包覆阻尼层；12-金属波纹管；13-金属橡胶内阻尼层；14-钢丝绳；15-锥管端；16-端部法兰B；17-螺母；18-辅助拉杆；19-辅助环。
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。
如图1-2所示，一种具有减振限位功能的通舱管件，包括通舱管段2、套装在通舱管段上的金属波纹管12，所述金属波纹管与舱壁10连接固定，所述金属波纹管内腔与通舱管段之间填充金属橡胶内阻尼层13，金属橡胶内阻尼层为蓬松状金属橡胶，填充满通舱管段与波纹管的空间，金属波纹管外包裹有金属橡胶包覆阻尼层11；所述金属波纹管一段部设置有直管端，另一端部设置有内大外小的锥管端15，锥管端外端与通舱管段焊接，所述直管端内壁沿轴向间隔焊接安装两个限位金属橡胶环3，通舱管件外壁沿轴向间隔焊接安装两个限位环4、5，限位环与金属橡胶环交错设置；限位金属橡胶环在轴向与相邻的限位环之间的间距为5mm，限位金属橡胶环外径与波纹管直管端的内径相同，限位金属橡胶环的内径比通舱管段的外径大5mm；通过限位金属橡胶环的结构尺寸设计可确保正常轴向/径向变形补偿区间内限位金属橡胶环不起作用，而在冲击大变形情况下均能产生软限位（刚度急剧增大而非突变）。
在本实施例中，金属波纹管采用薄壁金属波纹管，其作为弹性元件，利用波纹管的波纹状薄壁结构提高通舱结构的柔性进而提供一定的变形补偿能力，通过选择合适壁厚金属波纹管并对各零部件采用缝焊的方式进行连接满足密封承压的要求。
在本实施例中，金属橡胶是经过特殊工艺将一定质量的定螺距细金属丝螺旋卷放置于配套的模具中，经过冷冲压工艺制备而成的弹性多孔金属材料。金属橡胶材料以金属丝为原材料，具有与橡胶类似的弹性和多孔性，特别适合于解决高低温、大温差、高压、高真空、强辐射、剧烈振动及腐蚀等环境下的阻尼减振、过滤、密封、节流及吸音降噪等疑难问题，可以根据不同工况需要制备出各种结构形状，选择不同的金属丝还可以在腐蚀环境中工作，不产生老化现象。故采用金属橡胶作为阻尼材料代替橡胶，可以使通舱管件得到良好、可靠的减振降噪性能。
在本实施例中，所述直管端外周安装有连接环9，直管端的外端部安装有限位端盖7，限位端盖经螺钉6与连接环锁固，连接环外周开设有连接孔，连接环经螺栓8与舱壁连接固定。
在本实施例中，所述金属橡胶包覆阻尼层外周经钢丝绳14捆绑在金属波纹管的外壁面，金属波纹管每一个波纹波谷处用一根钢丝绳约束，一根钢丝绳的两端通过卡箍连接；钢丝绳为金属橡胶提供预紧力，克服金属橡胶自身的刚度，尽可能的将金属橡胶包覆层贴合于波纹管外表面。
在本实施例中，所述通舱管段两端部均设置有端部法兰1、16，端部法兰通过螺栓连接相邻的部件，采用螺栓连接的方式固定，方便拆卸与安装。限位金属橡胶、限位环、端部法兰等可实现通舱管段的轴向与径向限位。
在本实施例中，所述金属橡胶内阻尼层、金属橡胶包覆阻尼层均采用由304不锈钢丝制成的低密度、低刚度金属阻尼材料。因通舱结构的弹性主要由金属波纹管提供，金属橡胶构件仅提供阻尼，即金属橡胶构件不承载（不存在蠕变问题）。金属橡胶是利用金属线匝之间的滑动摩擦消耗振动能量。金属波纹管产生微米级变形将导致金属橡胶材料的线匝发生滑动，从而降低通舱管件的振动水平。因所采用的金属橡胶材料均为低刚度形式，不会对波纹管的力学特性产生影响。
在本实施例中，所述通舱管段采用304不锈钢（06Cr19Ni10）制成，该材料具有优异的耐腐蚀特性，可满足湿热、油污、盐雾、毒性等环境条件要求。因304不锈钢具有良好的耐高温、耐辐照特性，可保证所设计的弹性通舱件能满足湿热、油污、盐雾、毒性等环境下的减振，同时为了避免不同金属之间产生电化学反应。
在本实施例中，金属波纹管上均有8端外波纹，金属橡胶包覆阻尼层包含一块平板状金属橡胶，其中平板状金属橡胶宽度为金属波纹管的8个外波纹周长，长度为金属波纹管波纹径向上两波峰之间的距离；所述金属橡胶内阻尼层为8个空心圆柱金属橡胶，空心圆柱金属橡胶内壁贴合通舱管段，空心圆柱金属橡胶的外径大小为金属波纹管波纹径向上两波谷之间的距离，内径大小为通舱管段2直径大小，空心圆柱金属橡胶与波纹波峰之间的空腔由各不同大小的实心圆柱金属橡胶构件和实心球形金属橡胶构件进行填充，直至充盈整个空腔。
在本实施例中，为避免金属橡胶与波纹管接触界面发生摩擦导致波纹管性能和寿命下降，所述金属波纹管的内外壁面均喷涂二硫化钼层，以降低金属橡胶对波纹管的影响，同时保证结构具有良好的环境适应性。
在本实施例中，还包括安装辅助件，所述安装辅助件包括辅助环19、辅助拉杆18，辅助拉杆两端均设置有螺纹部，所述辅助环经螺栓安装在锥管端那侧的端部法兰上，辅助环外周开设有与连接环上的连接孔对应配合的通孔，辅助件两端分别穿设对应配合的连接孔、通孔后，分别经螺母17与连接环、辅助环锁固，辅助拉杆的作用是确定金属波纹管在通舱管段上的具体位置。
一种通舱管件的装配方法，包括以下步骤；
（1）在通舱管段上安装具有金属橡胶内阻尼层的金属波纹管；
（2）在金属波纹管直管端内设置两个限位金属橡胶环、两个限位环，先将一个限位环放置到位后焊接在通舱管段，在将一限位金属橡胶环放置到位后焊接在金属波纹管上，然后，将另一个限位环放置到位后焊接在通舱管段，在将另一限位金属橡胶环放置到位后焊接在金属波纹管上；
（3）在金属波纹管直管端安装限位端盖、连接环，将限位端盖经螺钉与连接环锁固；
（4）在通舱管段两端设置端部法兰；
（5）将辅助环安装在锥管端那侧的端部法兰上，在辅助环和连接环之间安装若干根辅助拉杆，通过螺母进行紧固连接并调整各辅助拉杆的长度使各零部件处于同轴状态；确定各零部件处于同轴状态后，在端部法兰和通舱管段、通舱管段和锥形管、螺钉和限位端盖、限位端盖和连接环、连接环与金属波纹管之间通过缝焊方式使各零部件焊接在一起；
（6）焊接结束后，移除辅助拉杆和辅助环，对缝焊进行去应力处理；
（7）在金属波纹管外包覆金属橡胶包覆阻尼层，利用钢丝绳将金属橡胶包覆阻尼层约束在金属波纹管的外表面，每一个波纹波谷处用一根钢丝绳约束。
本专利如果公开或涉及了互相固定连接的零部件或结构件，那么，除另有声明外，固定连接可以理解为：能够拆卸地固定连接( 例如使用螺栓或螺钉连接)，也可以理解为：不可拆卸的固定连接(例如铆接、焊接)，当然，互相固定连接也可以为一体式结构( 例如使用铸造工艺一体成形制造出来) 所取代(明显无法采用一体成形工艺除外)。
在本专利的描述中，需要理解的是，术语“ 纵向”、“ 横向”、“ 上”、“ 下”、“ 前”、“ 后”、“ 左”、“ 右”、“ 竖直”、“ 水平”、“ 顶”、“ 底”、“ 内”、“ 外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本专利，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本专利的限制。
上列较佳实施例，对本发明的目的、技术方案和优点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较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (9)
1.一种具有减振限位功能的通舱管件，其特征在于：包括通舱管段、套装在通舱管段上的金属波纹管，所述金属波纹管与舱壁连接固定，所述金属波纹管内腔与通舱管段之间填充金属橡胶内阻尼层，金属波纹管外包裹有金属橡胶包覆阻尼层；所述金属波纹管一段部设置有直管端，另一端部设置有内大外小的锥管端，锥管端外端与通舱管段焊接，所述直管端内壁沿轴向间隔固定安装两个限位金属橡胶环，通舱管件外壁沿轴向间隔固定安装两个限位环，限位环与金属橡胶环交错设置；所述金属橡胶包覆阻尼层外周经钢丝绳捆绑在金属波纹管的外壁面，金属波纹管每一个波纹波谷处用一根钢丝绳约束，一根钢丝绳的两端通过卡箍连接。
2.根据权利要求1所述的具有减振限位功能的通舱管件，其特征在于：所述直管端外周安装有连接环，直管端的外端部安装有限位端盖，限位端盖经螺钉与连接环锁固，连接环外周开设有连接孔，连接环经螺栓与舱壁连接固定。
3.根据权利要求1所述的具有减振限位功能的通舱管件，其特征在于：所述通舱管段两端部均设置有端部法兰。
4.根据权利要求1所述的具有减振限位功能的通舱管件，其特征在于：所述金属橡胶内阻尼层、金属橡胶包覆阻尼层均采用由304不锈钢丝制成的低密度、低刚度金属阻尼材料。
5.根据权利要求1所述的具有减振限位功能的通舱管件，其特征在于：所述通舱管段采用304不锈钢制成。
6.根据权利要求1所述的具有减振限位功能的通舱管件，其特征在于：所述金属橡胶包覆阻尼层包含一块平板状金属橡胶；所述金属橡胶内阻尼层为空心圆柱金属橡胶，空心圆柱金属橡胶内壁贴合通舱管段，空心圆柱金属橡胶与波纹波峰之间的空腔由实心圆柱金属橡胶构件和实心球形金属橡胶构件进行填充。
7.根据权利要求1所述的具有减振限位功能的通舱管件，其特征在于：所述金属波纹管的内外壁面均喷涂二硫化钼层。
8.根据权利要求2所述的具有减振限位功能的通舱管件，其特征在于：还包括安装辅助件，所述安装辅助件包括辅助环、辅助拉杆，辅助拉杆两端均设置有螺纹部，所述辅助环经螺栓安装在锥管端那侧的端部法兰上，辅助环外周开设有与连接环上的连接孔对应配合的通孔，辅助件两端分别穿设对应配合的连接孔、通孔后，分别经螺母与连接环、辅助环锁固。
9.一种通舱管件的装配方法，采用如权利要求8所述的具有减振限位功能的通舱管件，其特征在于，包括以下步骤；
步骤一，在通舱管段上安装具有金属橡胶内阻尼层的金属波纹管；
步骤额，在金属波纹管直管端内设置两个限位金属橡胶环、两个限位环，先将一个限位环放置到位后焊接在通舱管段，在将一限位金属橡胶环放置到位后焊接在金属波纹管上，然后，将另一个限位环放置到位后焊接在通舱管段，在将另一限位金属橡胶环放置到位后焊接在金属波纹管上；
步骤三，在金属波纹管直管端安装限位端盖、连接环，将限位端盖经螺钉与连接环锁固；
步骤四，在通舱管段两端设置端部法兰；
步骤五，将辅助环安装在锥管端那侧的端部法兰上，在辅助环和连接环之间安装若干根辅助拉杆，通过螺母进行紧固连接并调整各辅助拉杆的长度使各零部件处于同轴状态；确定各零部件处于同轴状态后，在端部法兰和通舱管段、通舱管段和锥形管、螺钉和限位端盖、限位端盖和连接环、连接环与金属波纹管之间通过缝焊方式使各零部件焊接在一起；
步骤六，焊接结束后，移除辅助拉杆和辅助环，对缝焊进行去应力处理；
步骤七，在金属波纹管外包覆金属橡胶包覆阻尼层，利用钢丝绳将金属橡胶包覆阻尼层约束在金属波纹管的外表面，每一个波纹波谷处用一根钢丝绳约束。
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