CN115289312A - 一种频率可调的复合管路抑振装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种频率可调的复合管路抑振装置，用于抑制振动沿管路的传递，兼具线谱和宽频振动控制功能，使用方便、频率调节范围广，在管路振动幅值低时也可取得较好的控制效果。该频率可调复合管路抑振装置包括：卡箍和一个以上质量块；所述卡箍用于抱紧被控管路；所述质量块通过悬臂梁与所述卡箍相连；所述悬臂梁长度可调，以改变质量块刚度，使其频率可调；所述质量块内部填充有颗粒阻尼。

Description

一种频率可调的复合管路抑振装置

技术领域

本发明涉及一种抑振装置，具体涉及一种频率可调的复合管路抑振装置，属于舰船管路系统振动噪声控制技术领域。

背景技术

设备和阀门附件等振源可将振动传递到管路上，再通过管路支撑传递到生根结构上，影响结构安全性和舰船隐蔽性。

为控制管路通道的振动传递，传统的措施是在管路与振源之间设置软管、采用弹性管路支撑设置等技术措施。上述措施仅对中高频振动有较好的控制效果，对低频振动控制效果不明显。动力吸振器利用共振系统吸收物体的振动能量以减小物体振动，是一种工程上常用的针对线谱振动的控制手段，但无法控制宽频的振动。颗粒阻尼技术常用于控制振动幅值较大的宽频振动，但针对特定线谱振动控制效果不明显。

发明内容

有鉴于此，本发明提供一种频率可调的复合管路抑振装置，用于抑制振动沿管路的传递，兼具线谱振动和宽频振动控制功能，使用方便、频率调节范围广，在管路振动幅值低时也可取得较好的控制效果。

本发明的技术方案是：一种频率可调的复合管路抑振装置，包括：卡箍和一个以上质量块；所述卡箍用于抱紧被控管路；每个所述质量块通过一根悬臂梁与所述卡箍相连，所述质量块和悬臂梁的轴线与被控管路的轴线平行；

所述质量块与所述卡箍之间的悬臂梁的长度可调，用于调节所述悬臂梁的刚度；

所述质量块内部填充有颗粒阻尼。

在上述方案的基础上，进一步的，所述质量块内部用于填充所述颗粒阻尼的腔体体积可调，由此通过调节所填充的颗粒阻尼的质量，使所述质量块质量可调。

在上述方案的基础上，进一步的，所述质量块包括：套筒、活塞和颗粒阻尼；

所述活塞一端伸入所述套筒内部，与所述套筒滑动配合；另一端与所述套筒通过紧固件相连；所述活塞端部与所述套筒内底面之间的空腔用于填充颗粒阻尼；通过调节所述活塞伸入所述套筒内部的长度，调节用于填充颗粒阻尼的空腔的体积。

在上述方案的基础上，进一步的，所述活塞伸入所述套筒内的部分与所述套筒螺纹连接。

在上述方案的基础上，进一步的，所述悬臂梁为与所述质量块固接的螺杆，所述螺杆与所述卡箍螺纹连接；通过调节所述螺杆与所述卡箍螺纹连接的位置调节其位于所述质量块与所述卡箍之间的长度。

在上述方案的基础上，进一步的，所述悬臂梁与所述套筒联接部位加工有操作部，用于和工具配合拧紧所述套筒。

在上述方案的基础上，进一步的，所述活塞伸出套筒后通过轴肩上的螺栓与套筒开口端的轴肩相连；

所述套筒开口端的轴肩上与所述活塞上的螺栓配合的孔为弧形孔，所述弧形孔与所述套筒同轴。

在上述方案的基础上，进一步的，所述活塞与套筒的连接面之间设置有环形垫圈，通过调整所述垫圈的数量或厚度使所述套筒与活塞之间压紧。

在上述方案的基础上，进一步的，当设置两个以上质量块时，每个由所述质量块和螺杆形成的弹簧-振子模型的共振频率不同，用于抑制被控管路上不同频率的振动。

在上述方案的基础上，进一步的，所述卡箍为两个结构相同的具有半圆形凹槽的半圆卡箍对接后形成，两个半圆形凹槽对接后形成圆孔，用于套在被控管路后；两个半圆卡箍的对接端均设置有耳片，通过耳片上的紧固件使两个半圆卡箍紧固对接，环抱住被控管路。

有益效果：

(1)本发明的管路抑振装置结合了动力吸振器控制线谱振动和颗粒阻尼控制宽频振动的优点，提出了一种复合的管路抑振方案，兼具窄带和宽频控制效果，提升了传统颗粒阻尼的控制效果；且该管路抑振装置能够通过调节质量块的距离，实现抑振频率和幅值可控，扩大了吸振装置的应用范围；采用该装置中颗粒阻尼布置方案，利用颗粒阻尼控制管路的宽频振动，同时利用颗粒阻尼的质量效应，对管路的线谱也有控制效果。

(2)本发明的管路抑振装置中，质量块内部用于填充所述颗粒阻尼的腔体体积可调，由此能够同时调节质量块的距离和质量，实现抑振频率和幅值的精确可控，提高抑振效果。

(3)本发明中质量块采用螺杆与卡箍相连的方式，将螺杆作为弹簧--振子模型的弹簧，直接旋转质量块便可调节质量块重心与卡箍的距离，改变悬臂梁的长度，进而调节弹簧--振子模型的刚度，结构简单且调节方便。

(4)本发明中为了保证套筒与活塞之间的紧固和密封，套筒与活塞之间采用双层接触方式，即活塞伸入套筒内的一端与套筒螺纹连接，伸出套筒的一端与套筒通过垫圈和螺栓连接紧固，采用旋转活塞的方式使得套筒与活塞之间用于填充颗粒阻尼的空腔体积可调，同时也可保证套筒与活塞之间的紧固和密封。

(5)本发明中套筒端面设置弧形孔，可以使得套筒与活塞之间的距离接近连续可调，增大了颗粒阻尼填充质量的范围。

(6)本发明设计的质量块与卡箍联接方式简单，可以根据现场空间需求以及被控管路的振动特性，布置多个质量块；通过不同的质量块控制不同频率的多根线谱。

附图说明

图1为本发明的频率可调的复合管路抑振装置的三维视图；

图2为本发明的频率可调的复合管路抑振装置中质量块的剖视图；

图3为套筒端面视图。

其中：1-卡箍、2-套筒、3-活塞、4-垫圈、5-颗粒阻尼、6-螺杆

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本发明做进一步的详细说明。

实施例1：

本实施例提供一种频率可调的复合管路抑振装置，该抑振装置将动力吸振和颗粒阻尼技术相结合，能够同时抑制管路上幅值较低的线谱和宽频振动。

如图1所示，该频率可调的复合管路抑振装置包括：卡箍1和多个质量块；卡箍1抱紧在被控管路上，在卡箍1一侧端面上沿周向均匀间隔分布多个质量块，质量块通过螺杆6与紧固在管路上的卡箍1联接，质量块和螺杆6的轴线与被控管路的轴线平行；质量块和螺杆6形成一个弹簧-振子模型。

如图2所示，质量块包括：套筒2、活塞3、垫圈4和颗粒阻尼5。套筒2为一端开口一端封闭的筒形结构，螺杆6固接在套筒2的封闭端，且与套筒2同轴；本例中套筒2和螺杆6一体成型。套筒2通过螺杆6上的螺纹与卡箍1上的螺纹孔配合，并通过螺母实现螺杆6与卡箍1的联接。螺杆6与套筒2的联接部位参照标准螺母的尺寸加工有一个六边形凸台，以方便使用工具如扳手拧紧套筒2。

活塞3和颗粒阻尼5均安装在套筒2的中心孔内；当将质量块安装在卡箍1上后，螺杆6为悬臂梁，其长度(位于质量块与卡箍1之间部分的长度)决定了所形成的弹簧-振子模型中弹簧的刚度k，质量块的质量决定了振子的质量m。根据单自由度的振动理论模型，弹簧-振子模型的振动固有频率为：

通过调节螺杆6位于质量块与卡箍1之间部分的长度，改变质量块重心与卡箍1的距离，能够实现弹簧-振子模型的刚度可调，进而改变弹簧-振子模型的共振频率，抑制管路上该频率的振动。

套筒2的内圆周面具有内螺纹，活塞3下端具有外螺纹，活塞3下端伸入套筒2内部，与套筒2螺纹联接；活塞3端部与套筒2内底面之间的空腔填充颗粒阻尼5；颗粒阻尼5为金属或非金属材料的微小球状物，当管路振动进而通过螺杆6引起质量块整体振动时，质量块内部的颗粒阻尼5相互摩擦、碰撞，颗粒阻尼5与套筒2和活塞3之间也相互摩擦、碰撞，消耗能量，从而降低管路的宽频振动。

通过控制活塞3下端伸入套筒2内部的长度，能够控制用于填充颗粒阻尼5的空腔的体积，进而控制所填充的颗粒阻尼5的质量(根据被控管路的振动窄带频率，计算质量块的质量，来确定所需的颗粒阻尼5的数量)，实现弹簧-振子模型的质量可调，进而也能改变弹簧-振子模型的共振频率，抑制管路上该频率的振动。

该复合管路抑振装置能够同时调节质量块的距离和质量，即能够同时实现弹簧-振子模型的质量和刚度的调节，由此在对弹簧-振子模型的振动固有频率进行调节时，可以先调其中一个参数，使弹簧-振子模型的振动固有频率接近被控管路的振动窄带频率时，再对另一个参数进行调节，实现对弹簧-振子模型的振动固有频率的精确调节，保证抑振效果。

活塞3上端伸出套筒2后通过轴肩上的螺栓与套筒2开口端的轴肩相连，为使得活塞3旋转一定角度后，仍可通过螺栓与套筒2联接并紧固；在套筒2开口端的轴肩上加工弧形槽，如图3所示，活塞3与套筒2之间通过沿周向分布的四个螺栓联接，基于此，在套筒2开口端的轴肩上沿周向均匀间隔分布有四个弧形槽，分别作为活塞3上四个螺栓的连接孔。

为保证活塞3与套筒2的连接紧固，在用于连接活塞3与套筒2的螺栓上设置有环形垫圈4，能够通过调整垫圈4的数量或厚度来保证套筒2轴肩与活塞3轴肩的压紧。

该复合管路抑振装置的使用方法为：

首先，根据被控管路的振动特性(即窄带线谱的频率)，计算得到质量块的重量和质量块重心距卡箍1的距离(即计算弹簧-振子模型的m和k，使弹簧-振子模型的共振频率与窄带线谱的频率一致)。依据计算得到的质量块的重量将称量好的颗粒阻尼5填充至套筒2的空腔中，然后再将活塞3塞入套筒2中并旋紧。根据套筒2与活塞3端面的间距，确定垫圈4的数量(或厚度)，然后用螺栓将套筒2与活塞3紧固。用同样的方法装配好多个质量块。

其次，将卡箍1套在被控管路上，抱紧被控管路。

其次，将组装好的质量块中套筒2的底部螺杆6塞入卡箍套1的螺栓孔中，旋转质量块，使得质量块重心与卡箍1的距离满足设计要求(即前述计算值)。

最后，拧紧套筒2与卡箍的紧固螺母。

如果被控管路的线谱降低幅值未达到设计要求，可松开套筒2与卡箍1之间的紧固螺母，重新调整质量块与卡箍1的距离。

使用时，可以根据现场空间需求以及被控管路的振动特性，布置多个共振频率不同的质量块；通过不同的质量块控制不同频率的多根线谱(即抵销被控管路不同频率的振动)。

该复合管路抑振装置的工作原理为：

当被控管路振动时，振动通过卡箍1、螺杆6传递到质量块上，引起质量块内部的阻尼颗粒5振动。阻尼颗粒5之间的碰撞、摩擦，以及阻尼颗粒5与套筒2、活塞3之间的碰撞、摩擦会消耗能量，从而降低管路的宽频振动；而质量块的共振频率提前设计，与管路的振动存在的窄带线谱的频率相同，因此能够使管路的振动线谱也受到抑制。该抑振装置采用的颗粒阻尼-质量块布置方案，能够放大质量块处的振动，而增大质量块的振动有利于发挥颗粒阻尼的作用，增强控制效果。

实施例2：

在上述实施例1的基础上，本例中，卡箍1为两个结构相同的具有半圆形凹槽的半圆卡箍对接后形成，两个半圆形凹槽对接后形成圆孔，用于套在管路后；两个半圆卡箍的对接端均设置有耳片，通过耳片上的螺栓使两个半圆卡箍紧固对接，环抱住管路，保证与管路不发生窜动。

且本例中，该复合管路抑振装置具有六个质量块，为方便质量块的定位安装，卡箍1外轮廓为正六边形(两个半圆卡箍沿正六边形的一条边的中线对称)，六个质量块分别通过螺栓连接在正六边形的六个顶点位置；即每个半圆卡箍具有三个顶点，每个顶点处设置一个螺纹孔，用于和质量块中套筒螺杆部分的螺纹配合。

虽然，上文中已经用一般性说明及具体实施例对本发明作了详尽的描述，但在本发明基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。

Claims (10)

1.一种频率可调的复合管路抑振装置，其特征在于，包括：卡箍(1)和一个以上质量块；所述卡箍(1)用于抱紧被控管路；每个所述质量块通过一根悬臂梁与所述卡箍(1)相连，所述质量块和悬臂梁的轴线与被控管路的轴线平行；

所述质量块与所述卡箍(1)之间的悬臂梁的长度可调，用于调节所述悬臂梁的刚度；

所述质量块内部填充有颗粒阻尼(5)。

2.如权利要求1所述的频率可调的复合管路抑振装置，其特征在于，所述质量块内部用于填充所述颗粒阻尼(5)的腔体体积可调，由此通过调节所填充的颗粒阻尼(5)的质量，使所述质量块质量可调。

3.如权利要求2所述的频率可调的复合管路抑振装置，其特征在于，所述质量块包括：套筒(2)、活塞(3)和颗粒阻尼(5)；

所述活塞(3)一端伸入所述套筒(2)内部，与所述套筒(2)滑动配合；另一端与所述套筒(2)通过紧固件相连；所述活塞(3)端部与所述套筒(2)内底面之间的空腔用于填充颗粒阻尼(5)；通过调节所述活塞(3)伸入所述套筒(2)内部的长度，调节用于填充颗粒阻尼(5)的空腔的体积。

4.如权利要求3所述的频率可调的复合管路抑振装置，其特征在于，所述活塞(3)伸入所述套筒(2)内的部分与所述套筒(2)螺纹连接。

5.如权利要求1-4任一项所述的频率可调的复合管路抑振装置，其特征在于，所述悬臂梁为与所述质量块固接的螺杆，所述螺杆与所述卡箍(1)螺纹连接；通过调节所述螺杆与所述卡箍(1)螺纹连接的位置调节其位于所述质量块与所述卡箍(1)之间的长度。

6.如权利要求5所述的频率可调的复合管路抑振装置，其特征在于，所述悬臂梁与所述套筒联接部位加工有操作部，用于和工具配合拧紧所述套筒(2)。

7.如权利要求4所述的频率可调的复合管路抑振装置，其特征在于，所述活塞(3)伸出套筒(2)后通过轴肩上的螺栓与套筒(2)开口端的轴肩相连；

所述套筒(2)开口端的轴肩上与所述活塞(3)上的螺栓配合的孔为弧形孔，所述弧形孔与所述套筒(2)同轴。

8.如权利要求7或8所述的频率可调的复合管路抑振装置，其特征在于，所述活塞(3)与套筒(2)的连接面之间设置有环形垫圈(4)，通过调整所述垫圈(4)的数量或厚度使所述套筒(2)与活塞(3)之间压紧。

9.如权利要求1-4任一项所述的频率可调的复合管路抑振装置，其特征在于，当设置两个以上质量块时，每个由所述质量块和螺杆形成的弹簧-振子模型的共振频率不同，用于抑制被控管路上不同频率的振动。

10.如权利要求1-4任一项所述的频率可调的复合管路抑振装置，其特征在于，所述卡箍(1)为两个结构相同的具有半圆形凹槽的半圆卡箍对接后形成，两个半圆形凹槽对接后形成圆孔，用于套在被控管路后；两个半圆卡箍的对接端均设置有耳片，通过耳片上的紧固件使两个半圆卡箍紧固对接，环抱住被控管路。

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