DE3627338A1

DE3627338A1 - Apparatus for vibration damping on steel chimneys and similar tower-like structures

Info

Publication number: DE3627338A1
Application number: DE19863627338
Authority: DE
Inventors: Werner Siegle
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1986-08-12
Filing date: 1986-08-12
Publication date: 1988-02-18
Also published as: DE3627338C2

Abstract

Published without abstract.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Dämpfung von Schwingungen an Stahlschornsteinen, Masten und ähnlichen turmartigen Bauwerken mit im allgemeinen gleichförmiger Massebelegung.The invention relates to a device for damping of vibrations on steel chimneys, masts and similar tower-like structures with in general uniform mass assignment.

Wird ein Kreiszylinder, nämlich z.B. ein Stahlschorn stein quer zu seiner Längsachse angeströmt, so hängt die Ausbildung des Strömungsfeldes und damit der Druck verteilung von der Reynoldszahl ab. Innerhalb eines sogenannten unterkritischen Strömungszustandes bzw. in Verbindung mit einem hohen Widerstandsbeiwert ent steht in der Nachlaufströmung hinter dem Zylinder ei ne Karmansche Wirbelstraße, deren alternierende Wir belablösungen zu einer pulsierenden Kraft am Bauwerk bzw. Schornstein führen, die zur Anströmung quergerich tet ist, also das Bauwerk auf Biegung beanspruchen. If a circular cylinder, e.g. a steel chimney flowed across the longitudinal axis of the stone, so it hangs the formation of the flow field and thus the pressure distribution from the Reynolds number. Within a so-called subcritical flow state or in connection with a high drag coefficient stands in the wake flow behind the cylinder ne Karman vortex street, the alternating we Detachments to a pulsating force on the building or chimney leading to the cross-flow flow tet is, so the structure to bend.

Man weiß, daß schlanke, insbesondere sehr starr aus geführte Stahlschornsteine schon in der natürlichen Wind strömung Reynoldszahlen besitzen, die im sogenannten überkritischen Bereich liegen, in dem ebenfalls Schwing ungen quer zur Windrichtung auftreten. Auch aus diesen Schwingungen kann man auf periodisch auftretende Er regerkräfte schließen. Solche periodischen Kräfte sind auf den zeitlichen Ablauf der Wirbelablösungen rückwärts von der Anströmrichtung zurückzuführen. Stellt sich die Wirbelfrequenz bei einer bestimmten Windanströmgeschwindigkeit auf die Eigenfrequenz des Bauwerkes ein, so tritt Resonanz auf, und man spricht dann von der für dieses Bauwerk kritischen Windgeschwin digkeit. Ist das Bauwerk nur schwach gedämpft, so können die Resonanzschwingungen sehr groß werden.We know that slim, especially very rigid guided steel chimneys already in the natural wind flow Reynolds numbers, which in the so-called supercritical range, in which also vibration occur across the wind direction. From these too One can vibrate on periodically occurring Er close excitement. Such periodic forces are on the timing of the vertebral detachments backwards from the direction of flow. The vortex frequency turns out at a certain Wind flow velocity on the natural frequency of the Building, resonance occurs and people speak then from the wind speed critical for this building efficiency. If the building is only weakly damped, then the resonance vibrations can become very large.

Es erhebt sich nun die Frage, welche Maßnahmen ge troffen werden können, um unter Berücksichtigung aller auftretenden Windgeschwindigkeiten entstehende starke Querschwingungen an schlanken, freistehenden Schornstei nen oder anderen schlanken Hochbauten mindestens so weit zu verringern,The question now arises which measures are required can be met to take into account all occurring strong wind speeds Transverse vibrations on slim, free-standing chimneys at least as far to reduce,

- That the stability and durability the building is not threatened or
- That there are in the buildings People not in their well-being be affected.

Es handelt sich also um die Reduzierung oder Abtra gung dynamischer Belastungen, die mit der statischen Last aufgrund der Anströmkraft des Windes nichts zu tun haben. Während einerseits die Wanddicke in einem bestimmten Verhältnis zur Windlast und zum Widerstands moment stehen muß, sind andererseits die oben beschrie benen dynamischen Erregerkräfte zu berücksichtigen. Die daraus resultierende dynamische Belastung mit der sich daraus errechnenden statischen Ersatzlast, kann um ein Vielfaches, z.B. 15- bis 20mal höher sein als die statische Windlast.So it is a matter of reduction or deduction dynamic loads associated with the static Do not load anything due to the oncoming force of the wind do have. While on the one hand the wall thickness in one certain relationship to wind load and resistance on the other hand are the ones described above dynamic excitation forces. The resulting dynamic load with the calculated static equivalent load, can many times, e.g. 15 to 20 times higher than the static wind load.

Eine bekannte Vorrichrung zur passiven Dämpfung eines schwingenden Schornsteines bewirkt eine dort in geeig neter Höhe aufgehängte ringförmige Dämpfermasse, die mittels Stoßdämpfern am Schornstein angeschlossen ist. Die schwingende Masse muß unter Berücksichtigung der statischen Ersatzlast so groß sein, daß sie z. B. in Form dieses Masseringes in der Lage ist, eine beträcht liche Dämpfung mit einem entsprechend hohen Dämpfungs dekrement zu erreichen. A known device for passive damping of a swinging chimney causes one there in appropriate ring-shaped damper mass suspended in height is connected to the chimney by means of shock absorbers. The vibrating mass must take into account the static equivalent load be so large that they z. B. in Shape of this mass ring is capable of a considerable Liche damping with a correspondingly high damping to achieve decrement.

Die bekannte Vorrichtung, die an drei gleichmäßig ver teilten Stellen des Masserings mit jeweils zwei ent gegenwirkenden hydraulischen Dämpfern ausgestattet ist, hat den Nachteil, daß mindestens drei Dämpferpaare notwendig sind, um Schwingungen zu beseitigen, die aus beliebig unterschiedlichen Windrichtungen entstehen können. Zwangsläufig ist dabei niemals die optimale Wirkungsweise für jedes Dämpfungsglied möglich, weil je nach Windrichtung immer nur bestimmte Anteile zur Wir kung kommen, d. h., die bestmögliche maximale Dämpfungs kraft wirkt fast nie in Richtung der Schwingungen.The known device, the ver evenly at three divided parts of the mass ring with two each counteracting hydraulic dampers, has the disadvantage that at least three pairs of dampers are necessary to eliminate vibrations that arise from any different wind directions can. Inevitably, this is never the optimal one Mode of action possible for each attenuator because depending on the wind direction, only certain parts of the we come, d. that is, the best possible maximum damping force almost never acts in the direction of the vibrations.

Nachteilig ist andererseits eine Dämpfungsvorrichtung , bei der einzelne Pendel sich gegenüber einer Reibplatte bewegen, aufgrund der fehlenden Gleichförmigkeit des Reibungsfaktors zwischen Einbauzustand und während der Betriebszeit. Der Reibungsfaktor kann sich durch Abrieb und äußere Wetter- und Raucheinwirkungen usw. mehr oder weniger verändern.On the other hand, a damping device is disadvantageous, the single pendulum faces a friction plate move due to the lack of uniformity of the Friction factor between the installation state and during the Operating time. The friction factor can change due to abrasion and external weather and smoke effects etc. more or change less.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrich tung zur Dämpfung dynamischer Schwingungen bei schlan ken Hochbauten, insbesondere Stahlschornsteinen zu schaf fen, die sich mit verhältnismäßig einfachen baulichen Mitteln herstellen und am Bauwerk anbringen läßt und sich darüber hinaus hinsichtlich ihrer Dämpfungscharakteristik zuverlässig einstellen und auch an verschieden ausge führte Bauwerke bequem anpassen läßt. The invention has for its object a Vorrich device for damping dynamic vibrations in slaves ken buildings, especially steel chimneys fen dealing with relatively simple structural Produce funds and attach to the structure and in addition with regard to their damping characteristics set reliably and also on different out led buildings can be easily adjusted.

Die vorgezeichnete Aufgabe wird bei einer Dämpfungs vorrichtung mit einem am Bauwerk aufgehängten Masse ring und mit zwischen Massering und Bauwerk wirksamen Dämpfungsmitteln der vorbeschriebenen Art erfindungs gemäß dadurch gelöst, daß der Massering mit veränder barer Pendellänge am Bauwerk aufgehängt ist, daß an der Unterseite des Masserings ein oder mehrere senkrecht nach außen weisende Tauchbolzen befestigt sind, daß jedem Tauchbolzen ein mit einer temperaturunab hängigen Dämpfungsmasse gefülltes Dämpfungsgefäß zu geordnet und am Bauwerk unterhalb des Masserings an geordnet ist, und daß die Oberseite des Dämpfungsgefäßes durch eine nachgiebige Membran mit einer oberen Öffnung abgeschlos sen ist, durch die der Tauchbolzen hindurchragt und in die viskose Dämpfungsmasse eintaucht.The prescribed task is with a damping device with a mass suspended from the structure ring and with effective between mass ring and building Damping means of the type described above solved according to that the mass ring with change bar pendulum length is suspended from the structure, that one or more at the bottom of the earth ring plunger bolts pointing vertically outwards are, that each plunger has a temperature independent dependent damping mass filled damping vessel ordered and on the structure below the mass ring is ordered and that the top of the damping vessel by a compliant membrane closed with an upper opening through which the plunger protrudes and into the viscous damping mass is immersed.

Durch diesen Vorrichtungsaufbau wird eine optimale Aus nutzung des Dämpfungsvermögens des mit viskoser Dämpfungs masse gefüllten Dämpfungsgefäßes erreicht, in das die Tauchbolzen praktisch über den gesamten Schwingungsbereich des Masseringes eintauchen und dort dem gleichen Bewe gungswiderstand ausgesetzt sind. Durch Verstellung der Pendellänge bzw. der Länge der Aufhängungsmittel wird auch die Eintauchtiefe der Bolzen in die Dämpfungsmasse verändert und dadurch das Dämpfungsdekrement beeinflußt. Über die verstellbare Pendellänge läßt sich auch die Schwingungsfrequenz der Dämpfungseinrichtung auf die erforderlichen errechneten Werte einjustieren. Zur Veränderung der Pendellänge können beliebige Verstell glieder vorgesehen sein. Die Dämpfungswirkung wird mit zunehmender Eintauchtiefe der Tauchbolzen erhöht, wobei jedoch die Manschette keine Rolle spielt. Es versteht sich, daß durch Anheben des Masserings und Herausziehen der Tauchbolzen aus dem Dämpfungsbehälter sich die Dämpfungswirkung verringert.This device structure is an optimal use of the damping capacity of the with viscous damping mass-filled damping vessel reached, in which the Plunger bolts practically over the entire vibration range Immerse the mass ring and there the same movement resistance to exposure. By adjusting the Pendulum length or the length of the suspension means also the immersion depth of the bolts in the damping mass changed and thereby affects the damping decrement. The adjustable pendulum length can also be used Vibration frequency of the damping device on the Adjust the required calculated values. To Any adjustment can be made to the pendulum length limbs are provided. The damping effect is with increasing immersion depth of the plunger increases, whereby however the cuff doesn't matter. It understands yourself by lifting the mass ring and pulling it out the plunger from the damping container Damping effect reduced.

Mit der vorgeschlagenen Bauform der erfindungsgemäßen Dämpfungsvorrichtung läßt sich eine geschwindigkeits proportionale Dämpfung ohne Federsteifigkeit erzielen. Dadurch wird eine genaue Vorausberechnung, insbesondere der Pendellänge, erreicht, und Toleranzzuschläge können vermieden werden. With the proposed design of the invention Damping device can be a speed Achieve proportional damping without spring stiffness. This will make an accurate forecast, in particular the pendulum length, reached, and tolerance surcharges can be avoided.

Weiterhin läßt sich der Dämpfungswiderstand berechnen oder auch stationär im Vorversuch ermitteln und er ist schließlich auch sehr einfach veränderbar, z. B. durch Einfüllhöhe der Dämpferflüssigkeit.The damping resistance can also be calculated or determine stationary in the preliminary test and it is finally also very easy to change, e.g. B. by Fill level of the damper fluid.

Außerdem ändert sich die Dämpfung nicht durch Korrosion und auch nicht durch Abnutzung infolge von Material reibung. Eine wesentliche Kostenersparnis ergibt sich auch dadurch, daß aufwendige Vorversuche an einer zu sammengebauten vollständigen Vorrichtung zur Ermittlung der Dämpfung entfallen können.In addition, the damping does not change due to corrosion and also not due to material wear friction. This results in a significant cost saving also in that complex preliminary tests on one Assembled complete device for identification the damping can be omitted.

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausfüh rungsbeispiels, ferner aus den Unteransprüchen 2 bis 11 und auch aus der Zeichnung, die erfindungswesentliche Einzelheiten zeigt. Die einzelnen Merkmale der Ansprüche können jeweils einzeln für sich oder zu mehreren in be liebiger Kombination bei einer oder mehreren anderen Aus führungsformen der Erfindung verwirklicht sein. Nur zur schriftlichen Vereinfachung sind solche einzelnen Merk male und andere Kombinationen enthaltenden unabhängigen Ansprüche nicht gesondert aufgeführt. In der Zeichnung ist Further features and advantages of the invention result from the following description of an execution tion example, further from subclaims 2 to 11 and also from the drawing, the essential to the invention Shows details. The individual characteristics of the claims can be used individually or in groups any combination with one or more other Aus be implemented forms of the invention. Only for written simplifications are such individual notes independent male and other combinations Claims not listed separately. In the drawing is

Fig. 1 eine Draufsicht auf einen Stahlkamin mit einer Dämpfungsvorrichtung gemäß der Er findung und Fig. 1 is a plan view of a steel fireplace with a damping device according to the invention and

Fig. 2 einen Teilschnitt durch die Vorrichtung gemäß Fig. 1. Fig. 2 is a partial section through the device of FIG. 1.

An einem Stahlschornstein 10 sind auskragende Konsolen 12 befestigt, an denen jeweils mit Stahlseilen, Pendelstangen oder anderen Aufhängemitteln sowie oberen und unteren Anschlußeinrichtungen 15 bzw. 16 ein beispielsweise aus Stahl bestehender Massering 18 als Dämpfungskörper auf gehängt ist.On a steel chimney 10 projecting brackets 12 are attached, on each of which with steel cables, pendulum rods or other suspension means as well as upper and lower connecting devices 15 and 16 , for example, a steel ring 18 is hung as a damping body.

An im gezeigten Ausführungsbeispiel gewählten, über den Umfang des Schornsteins gleichmäßig verteilten drei Stellen sind auf angeschweißten Stützen 20 jeweils Dämpfungsgefäße 22 befestigt. Unter Umständen kann auch ein einziges Dämpfungsgefäß ausreichen. Jedes Dämpfungs gefäß 22 enthält eine termperaturunabhängige zähe Däm pfungsmasse 24 und ist an seiner Oberseite durch eine nachgiebige oder elastische Manschette 26 abgeschlossen. At the three locations chosen in the embodiment shown and evenly distributed over the circumference of the chimney, damping vessels 22 are each attached to welded-on supports 20 . Under certain circumstances, a single damping vessel can be sufficient. Each damping vessel 22 contains a temperature-independent viscous damping compound 24 and is completed on its top by a resilient or elastic sleeve 26 .

Zweckmäßigerweise sind die Dämpfungsgefäße mit Abstand von der Außenwand des Bauwerkes 10 angebracht, so daß hier eine ausreichende Belüftung gewährleistet ist und keine Korrosion auftreten kann.The damping vessels are expediently arranged at a distance from the outer wall of the building 10 , so that here adequate ventilation is ensured and no corrosion can occur.

Oberhalb jedes Dämpfungsgefäßes 22 ist am Massenring 18, gegebenenfalls mit einer dort angeschweißten Anschluß platte 28 ein nach unten weisender Tauchbolzen 30 so be festigt, daß er sich etwa zentrisch oberhalb des Gefäßes 22 befindet. Die Befestigung des Tauchbolzens 30 kann gemäß Fig. 2 auch direkt unterhalb des Masseringes oder von diesem radial nach außen versetzt erfolgen. Die nachgiebige Dichtmanschette 26 enthält eine Öffnung, durch die sich der Tauchbolzen 30 abgedichtet hindurch erstreckt. Bei einer nicht gezeigten Ausführungsform kann die Position der Tauchbolzen 30 gegenüber dem Massering 18 gegebenenfalls nachträglich zwischen Positionen radial innerhalb und radial außerhalb des Masserings verstellt werden.Above each damping vessel 22 is at the ground ring 18, optionally with a welded connector plate 28 there is a so be strengthened by pointing down plungers 30 that it is located approximately centrally above the vessel 22nd According to FIG. 2, the immersion bolt 30 can also be fastened directly below the earth ring or offset radially outward therefrom. The flexible sealing collar 26 contains an opening through which the plunger 30 extends in a sealed manner. In an embodiment that is not shown, the position of the plunger pins 30 relative to the mass ring 18 can optionally be subsequently adjusted between positions radially inside and radially outside the mass ring.

Je nachdem, ob der Massering konzentrisch innerhalb oder außerhalb des hier zylindrisch angenommenen Bauwerkes 10 aufgehängt ist, sind im vorliegenden Beispiel vier Anschlag puffer 32 außen befestigt, um die Schwingungslänge des Massenrings zu begrenzen. Mit Hilfe der Einstellein richtungen 15 oder 16 läßt sich die Länge der Aufhängung des Masserings so weit verlängern bzw. verkürzen, daß mit der dann erreichten Schwingungsfrequenz eine optimale Dämpfung der Schwingungen des Schornsteins erreicht wird.Depending on whether the mass ring is suspended concentrically inside or outside the structure 10 assumed cylindrical here, four stop buffers 32 are attached outside in the present example in order to limit the vibration length of the mass ring. With the help of the Einstellein devices 15 or 16 , the length of the suspension of the mass ring can be extended or shortened so that an optimal damping of the vibrations of the chimney is achieved with the vibration frequency then reached.

Claims

1.Device for damping dynamic vibrations on steel chimneys, masts or similar high tower-like structures, with a substantially dimensioned taking into account the calculated static equivalent load, coaxially on the structure at a suitable height on hanging mass ring and with effective damping means between mass ring and structure dampen the movements of the mass ring in relation to the structure, characterized in that
that the mass ring ( 18 ) is suspended from the structure ( 10 ) with a variable pendulum length,
that one or more plunger bolts ( 30 ) pointing vertically downward are attached to the underside of the earth ring ( 18 ),
that each plunger ( 30 ) with a temperature-independent damping mass ( 24 ) filled damping vessel ( 22 ) and is arranged on the structure ( 10 ) below the mass ring ( 18 )
and that the top of the damping vessel ( 22 ) is closed off by a flexible membrane ( 26 ) with an upper opening through which the plunger protrudes and is immersed in the damping mass.

2. Apparatus according to claim 1, characterized in that the earth ring ( 18 ) is suspended by means of height-adjustable suspension parts ( 14 ) on the structure, which extend from cantilever arms ( 12 ) fixed to the component.

3. Apparatus according to claim 1 or 2, characterized in that the suspension parts ( 14 ) rods from pendulum or other inherently rigid components are be seen with a length adjustment device ver and at the upper and lower ends articulated connections ( 15 , 16th ) for the cantilever arms or the mass ring ( 18 ).

4. Apparatus according to claim 1 or 2, characterized records that the suspension parts from steel cables be stand.

5. Device according to one of the preceding claims, characterized in that the length adjustment direction in every pendulum rod or steel rope consists of a turnbuckle.

6. Device according to one of the preceding claims, characterized in that the earth ring ( 18 ) consists of a metal structure.

7. Device according to one of the preceding claims, characterized in that the plunger bolts ( 30 ) are attached to the sem under half or in extension of the earth ring ( 18 ).

8. Device according to one of claims 1 to 6, characterized in that the vertical downward white send plunger bolts ( 30 ) with respect to the ground ring ( 18 ) are radially offset (inwards or outwards).

9. Device according to one of the preceding claims, characterized in that the damping vessels ( 22 ) are filled with a damper mass adjustable in viscosity ( 24 ), preferably based on silicone.

10. Device according to one of the preceding claims, characterized in that each damper vessel ( 22 ) has a generally cylindrical cross-section and on a holding device ( 20 ) on the construction work ( 10 ) is attached at a distance from the wall.

11. Device according to one of the preceding claims, characterized in that the maximum vibration deflection of the mass ring ( 18 ) relative to the structure is limited by this all around in spaced buffers ( 32 ).