JPH02500612A - 物体を振動減衰させるための装置及び方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 管及びその他の物体の振動域　処理 本発明は振動減衰、より特定的には、但し非限定的に高温の管及びその他の物体 の振動減衰に係る。

管類、機械及びその他の物体の振動は、この振動を減衰することによって低減な いし除去することがしばじは望ましい運動及び雑音を引起こす。

多くの減衰技術が知られているが、物体を振動減衰するための軽量かつ有効な手 段のための需要は、物体の温度が上昇するにつれて達成がより困鱈になる。

粘弾性材料層が基６（管又は物体の表面）に貼付けられる自由層減衰、又は粘弾 性層が固い外層をもつ押し固め／拘束層減衰は、これらの両方の技術は基層に粘 弾性重合体を貼付けることを要求するから、もし物体の温度がおよそ１５０℃以 上に昇るならば使用することができない。重合体の特性は温度及び／又は周波数 と共に変る。一般に、低温度又は高周波において、重合体は脆くあるいはガラス 質となり、粘弾性損失はほとんど無い。１＆温度又は低周波数では、ゴム質で弾 力性を呈する。これら両極の間で重合体は粘弾性を示し、エネルギを吸収するこ とができる。従って雑音低減用重合体が特定周波数及び有利な温度範囲でその粘 弾性特性をもつように選択され又は設計される。

しかし長期間にわたっておよそ１４０〜１５０℃の温度に耐えることができる重 合体を得ることはガかしい。

振動は管類又はその他の物体の壁面に径方向又は長さ方向の運動として与えられ 、さらに付属質働形ダンパを用いて高温を生じさせないいくつかの適用例では低 減される。しかしながら５００〜６００℃の温度が経験される状況は多数あり、 これらの高温で物体の振動を減衰させる手段が要求される。

本発明の目的は、減衰用の手段及び物体の温度が１５０℃を超えて上昇１ノでも 用いられることができる管類及びその他の物体の処理のためにこの種の手段を適 用する方法を提供することである。

軽量であり、かつ管類又は物体に悦場で容易に適用され得るこの種の手段を提供 することもまた本発明の目的である。

第１の面では、本発明は管類及び、その他の物体のだめの、１個又はそれ以りの 離れた片持ち梁、物体に取付けられるように適合されたサンドウィッチ形のダン パを含み、ざらにダンパが物体から熱的に絶縁されている手段を提供する。

片持ち梁形ダンパは、ダンパの振動方式が片持ち梁形、即ち中央サポートの片側 を折り曲げることができるようになった棒の形をしているものである。片持ち梁 、サンドウィッチ形ダンパは、２枚の固い板の間にサンドウィッチされた粘弾性 材料の６を含み、１方の板が物体への取付けのために適合されている付属貿閤形 ダンパである。他の片持ち梁ダンパは粘弾性部品を持たず、構造との位相相互作 用によって動く。

振動の共振ピークが設定され、ダンパは優が１振動で働くよう同調され−（いる 。固い板のサンドウィッチ内に粘弾性ボリンを持つダンパの構造は、より広い帯 ＩｔＬ性能を可能ならしめ、さらにエネルギは実際にダンパによって吸収される 。

好ましくは、ダンパは減衰されるべき管類又は物体の表面に次ぎに取付けられる 支えに取付けられ、この支えは絶縁材料の層によって物体から熱的に絶縁されて いる。この型式は高温物体に適用するための熱障壁を容易に内蔵できるようにし ている。

絶Ｂ層の厚さは物体及びダンパ間の温度勾配を決定する。物体の温度が高くなれ ばなるほど、粘弾性材料を損するほどの温度にダンパが上昇しないように、絶縁 層はもっと厚くしなければならない。適当な絶縁材料であればどれでも使用する ことができる。より有利には絶縁は振動する物体及びダンパ間の有効な結合を確 保するため剛性又は半剛性でなければならない。

好ましくは各々の片持ち梁ダンパ支えは物体の該当範囲内の放射周波数の高振幅 位置に取付けられる。これらの高振幅位置は・低域又は除去されるべき振動形式 につし１て最大影響をもつべく選定されている。

好ましくは、粘弾性Ｕｌ’ｌは１３０℃以上の温度に絶えることができる重合体 である。より有利には、この重合体は１５０℃又は可能であればそれ以上の温度 に絶えることができなくてはならない。

粘弾性１合体層の階さは好ましくは理想的な減衰性能のために可能な銭小価であ り、その結果ダンパ重量はできるだけ低く保持される。

より有利にはダンパは減衰されるべき特定局′ｔＬ数に一致する共振周波数をも つように！！調される。好ましくはダンパは減衰されるべき周波数よりやや低い 周波数に同調される。これは構造に余分の質量を加えることは偽造の共振周波数 を低める傾向を有するからである。

ダンパを整調する最も便利な方法は、粘弾性重合体をサンドウィッチする剛性板 の長さを変えることである。

ダンパ板は非金属材料を含む、適当な剛性及び密度の材料で作られることができ る。しかしながら、金属が、原価、使用の容易さその他の数多くの理由から最も 使用に適した材料である。

好ましくは板はステンレス鋼で作られる。

支えは好ましくはダンパへの振動エネルギの良好な結合を可能にするため剛性で 、減衰されるべき物体への容易な取付けのため適合されている。物体が管である 場合は、支えは金属、好ましくは鋼で、管の周囲に一緒にしめつ【プられること ができる２個又はそれ以上の部品から成るわくであることが便利である。

さらに複雑な形状の物体では、支えは好ましくは、物体の周囲に一緒に締付けら れることができる直線形又は形状付けされた棒のような物体に容易にはまること ができる形状である。位置の形状付は物体の他の支えとしては、錯形に連結され た金属板でもよく、板の片面に絶縁材料を付け、他方の面にはダンパを、板が鎖 の両端を一緒に取付けることによって物体の周囲に締付けられ得るようにして取 付ける。

好ましくは、各々のダンパは支えの中点に取付けられる。ダンパはボルト、溶接 その他のような任意の適切な手段によって取付けられてもよい。

より有利には、１個以上のダンパが各々の支えに取付けられる。最大減衰効果の ためには、できるだけ多くのダンパが各々の支えに取付けられることが好ましい 。

より大きめの支えにはより多くのダンパを取付けることができるから、より大き めの物体についてはより小さめの物体と同じ振動レベルを持つ場合により改良さ れた減衰レベルを達成することができる。

第２の面では、本発明は物体に対して１又はそれ以上の熱的に絶縁された、離れ ている片持ち梁すンドウィッチ形ダンツマを取付けることから成る管及びその他 の物体の振動を減衰するための方法を提供する。

物体に対して１又はそれ以上の熱的に絶縁された、離れている片持ち梁ダンパを 取付けることによる管類及びその他の物体を制動する方法は、好ましくは次の工 程を含む：（１）　該当する振動形式の最大振幅位置を識別する。

■　求める振動モードを減衰するために適した、整調された月持ち梁ダンパを１ 個又はそれ以上選択する。

該当する振動モードの識別を助けるため、さらに次の工程が含まれることが望ま しい。

ａ）　減衰すべき周？１１数を識別する。及びｂ）　減衰すべき周波数について 物体の振動モードを識別する。

適当な絶縁材料が選択されるために、物体が受（ブる最大温度を識別する工程が さらに含まれるのが好ましく、ざらに物体とタンパとの間のめる温度降下を与え るために必要とされる絶縁材料の厚さが計算される。

便宜的には物体の周波数応答はスペクトル分析器を用いて調査される。したがっ て該当する周波数について振Ｉ７１モードの様相分析は適切なコンピュータソフ トウェアパーケージを用いて実施することができる。これは該当する振動モード の最大振幅位置を見出すために便利に用いられる。

好ましくは、ダンパはめる温度降Ｆができるだけ９噛の絶縁材料を用いて達成さ れ得るようにできるかぎり有効であるように選択された絶縁材料を用いて物体か ら熱的に絶縁される。

本発明のより完全な理解なＷＪ′するため、以下に添付図面を参照して本発明の １興体例につき例として説明する。

第１図は管の４種類の振動モードの説明図、第２ａ図及び第２ｂ図は管に固定し た本発明の減衰法の側面図及び端面図（矢印Ｂの方向）、 第３図は単純曲げ振動モードについて管の節点並びに高振幅位置を示す説明図、 第４図は未処理管の典型的な振動数応答の説明図（垂直軸範囲：　−ｓｏ、ｏｏ ｏ〜＋３０．００　ｄ　Ｂ　）、第５図は第４図と同じ管を減衰したときの周波 数応答の説明図（垂直軸上の範囲ニー８０．００〜０．００ｄ　Ｂ　）、第６ａ 図及び第６ｂ図は第４図と同じ管を減衰したときとしないときの水中での周波数 応答の説明図、第７ａ図及び７ｂ図は第６ａ図及び６ｂ図の周波数応答について の雑音放出を示す説明図 である。

物体内の振動を有効に減衰することを可能にするため、振動が生じる方法につい て考察することがめられる。第１図は管の最初の４つの振動モードを示す、ｎ− ０は！！強張形−ド、ｎ・・１は曲げモード、ｎ−２及びｎ−３は呼吸形モード である。

いずれの場合にも、径方向運動が管壁に与えられ、このようにして付加質量形ダ ンパによって減衰されることができる。曲げモードは特定振動パターンで管が曲 がるパターンである。膨張形及び呼吸形では、管は内外に径方向に伸縮する。

本発明の減衰処理は第２ａ図及び第２ｂ因に示される。各々のダンパ１は管７の 円周上に配列され、各々のダンパは円形支えに取付けられている。各ダンパ１は ２枚の鋼板４．５間にサンドウィッチされた粘弾性重合体３の層から成る。正確 な粘弾性特性をもつ重合体であればどれでも用いることができ、但し重合体の油 による低下又は水分吸収等、環境条件にも配慮が払われ゛るぺぎである。重合体 層は厚さおよそ３Ｉ＋ＩＩＩ＋である。支え２は５■の固い絶側ｌによって管７ から熱的に絶縁されたスリット入りの鋼製軸６より成る。この厚さは粘弾性層３ を管１のおよそ３分の１の温度に保つために十分であることが判明した。

従って処理はおよそ４００℃の温度の管上で使用されることができる。適切な数 の多くのダンパ１が輪６にボルト締めされ、この場合は８個である。輸６の半分 が２個ずつクランプ９．１０によって管７の周囲に支えられている。

鋼板４．５はおよそ６Ｍ厚さである。減衰装置１はこの場合およそ１９０ｍ＋の 長さをもつ。板４，５の長さを変えることによって装置は特定周波数に減衰する べく整調されている。特定周波数に減衰するために要求される板の長さは板厚及 び物理的特性並びに粘弾性重合体層に左右される。ダンパの寸法は作動周波数を 決定する。この種の装置内の減衰は次の式によって与えられ但しβは粘弾性層の 損失係数、 Ｑ（１４−に３）はせん断パラメータである。拘束層処理について（この場合は 減衰層の例外的Ｉｎを無視することができる〉は： （１＋ｅ３’ｎ３）　（１＋ｅ３ｈ３）但しＢ１−１板（底板）の曲げ剛さ ｍ１一基板の単位面積当りの質量 Ｇ２ｌ−減衰層のせん断モジュール に３・・拘束層（頂上板）の拡張側さ Ｈ２−減衰Ｂ（１）厚さ Ｗ−角度周波数 に３一基板の拡張側さに関連する拘束層の拡張側さｅ３＝Ｗ板に関連する拘束層 のヤング率ｈ２＝基板に関連する拘束層の厚さ ｄ２−１減衰層の密度 ｄ３＝拘束層の密度。

αはせん断パラメータと層の粘弾性損失係数の関数であり、この場合は１に等し いと考えられる。

但しプレートの長さは好ましくはダンパの寸法及び型止を最小に保つためおよそ ５００ｍを超えないことが好ましい。

この適用に適合すると考えられる粘弾性重合体の組成を表１に示す。但し使用し 得る材料は任意である。

表　１ 成　分　重　量　比 ブダジエンーアクリロニトリル・ゴム　１００ステアリンｍ　１ 酸化亜鉛　５ ＳＲＦカーボンブラツク　５ 雲　母　１５０ テトラメチルチウラムジスルフイド　１．４硫　黄　ｏ２ 二形ジスルフィド　１．４ 無毒性可塑剤　１゜ アセトン／ジフェニルアミン縮合体　２管単体又は一連の管類を制動するために は、減衰すべき周波数が発見されなければならない。各々の長さの管はさまざま な応答周波数をもつ。管の代表的な曲げ振動周波数は次の式によって与えられる ： 管は両端で支えられただけであると仮定すれば、式中の１−管の長さ Ｅ−管材料のヤング率 ρ−管材料の密度 ａｌ−管の内部半径 ａ２−管の外部半径 第２及び第３上音は次の式によって与えられる：ｆ２＝４ｆ１及びｆ３−・９ｆ １ 次の表（表２）は、始めの４つの上音が異なる長さの管について生じる周波数を 示す。

表　２ ａＲ１５０Ｉｌｌａ２０１４０ＩＩＩＩＩ；０．５　３．０８ＫＨｚ　１２．３ にＨｚ　２７．８にＨ２１，８２３８Ｈｚ　９５２　Ｈｚ　２．１４　Ｈｚ２． ０　１９２　Ｈｌ　７７１　）１２　１．７４　Ｈ２３，０７ＫＨ２３，０８５ ８７３４２Ｈ２７６９Ｈ２１，３７ＫＨ２４，０４８１（Ｚ　１９２１（Ｚ　４ ３３　Ｈ２７７０Ｈ２この他にも、さらに複雑な振動モードも住じる可能性があ る。

管が水中にある場合は、放出は水中の振動波速度を上層わる曲げ振動速度に左右 される＜ＩＩＡ準はｔ４ＪｌＯｉｓ−’　）。曲げ振動波の標章速度は次の式に よって与えられる。

ｆ＝周波数／Ｈ２ およそ７００Ｈｚ以下では、曲げ振動波速度は＜　１４８（１ｍｓ−１で、放出 は生じない。従って水中では、減衰処理はおよそ７００ＨＺ以りの周波数は用い るよう設計される必要があるだけである。

最適性能については、ダンパ１を支える１又はそれ以上の支え２が管７の最大移 動位置を占める。第３図は管の標準的な振動曲げモード１．４及び７について最 大及び最小振幅（それぞれＡｍａＸ及びＡｍ１ｎ　）の点を示す。形式１は管の 基本周波数に一致する。Ａ　１ｌａｘ及びＡ　１ｎの位置は管の長さ、半径及び 壁圧によって決定される。

第４図は長さ２ＴｒＬ、直径０．２４ｍ　、　壁厚２５ｍの鋼製管の標準的周波 数応答を示ず。管は応じるナイフ刃に取付けられ、０〜３．２ＫＨ２の範囲の周 波数応答はスペクトル分析器を用いて調査される。

音響は空気中ではおよそ０．０２〜２０Ｋ　Ｈｚの広い周波数範囲で人間の耳に 聴取られるが、耳はおよそｌＫＨ２の音に最も敏感である。減衰処理は１ＫＨｚ 〜２に！−１２’の範囲の周波数を主とようにそれぞれ８個の片持ち梁の振動減 衰部材１を支える３個のリング２が、管７の高振幅位置に、第３図に示すように 取付けられている。３個のリング２は管７の１端からａ）０．４５ｍ。

ｂ）１ＴｒＬ及びｃ）１．５５ｍの所に取付けられている。形式７についていく つかの高振幅位置があり、これは該当する節回の放出周波数中心でもある。位置 ａ）及びＣ）における減衰はまた形式４にも効果をもたらし、他方では位ｆｉｂ ）における減衰は形式４にもたらす効果はほとんど無く、しかも形式１に対して は大きな効果をもつ。

処理済み管の振動応答を第５図に示す。第４図の未処理管の場合に比較して、垂 直軸上で３０ｄ　Ｂのシフトがあり、強い雑音を示す。さらにピーク雑音放出レ ベルは１ＫＨ２以上ではおよそ２０ｄ　Ｂだけ減衰される。

処理によって事実上１〜１．５ＫＨ２の管の振動減殺の増加が得られるが、この 範囲以下及び以上でもかなりの制動が存続する。

１ｆ４６ａ図及び６ｂ図は、第４図と同じ管を第５図について説明した減衰処理 の前と後で水中に浸したとぎの周波数応答を示Ｔ、１４図と第６ａ図とを比較す れば、水の付加によって各々ピーク周波数が減少することが分かる。処理後、ピ ーク値はかナリ減少シタ（第６ｂ図）。放出雑音の減少は、処理前と処理後の両 方について水中聴音機で行った雑音放出測定を示す第７ａ図及び第７ｂ図によっ て示される。形式１の周波数は水中でおよそ３００Ｈ２として測定され、期待通 り、この形式は測定可能な程の放出を行わない。およそ６００Ｈ２以上の形式は 雑音放出し、管へのダンパの取付けは１ＫＨ２以上ではおよそ２０ｄ　Ｂだけピ ーク雑音放出を減少させることが理解された。

減衰処理機は着脱自在であって、所定の周波数範囲について有効であるように同 調されることができる。この装置は軽量かつコンパクトで、高温に達し得る振動 減衰目的物にとって特に有効である。円筒管に関して説明したが、他の物体につ いても同じことがあてはまる。

減衰板は鋼で作られると説明したが、適当な任意の剛性と密度の′＠利で作られ ることもできる。

管又は物体が例えば水のような冷却剤としてはたらく媒体内にある場合は、ダン パ温度が比較的低い、即ち周囲媒体とほば同じ温度であるから、減衰処理はさら に有効でさえある。

およそ１３０℃以下の温度の管及び物体を減衰するためには他の方法もあるが、 粘弾性重合体の使用され得るとぎ、この技術は適用が容易であり、ざらに他のほ とんどの技術より重両効果が高い（軽い）。加えて、平らな板、わく、機械等々 を制動するための公知技術は他にもあるが、本発明形式の吸収装置を熟練して使 用すれば、より有効かつ軽量の処理が得られる。しかしながら、およそ１３０℃ の物体の処理については、他の適切な有効かつ軽１の技術は知られていない。従 ってこの技術は排出管、高温度機械、高温液又はガスを通″Ｉｊ管、等々に適し ている。

国際調査報告

Claims (12)

【特許請求の範囲】
1. １．物体７に取付けられるよう構成された１個又はそれ以上の離れている片持ち 梁、サンドウィッチ形ダンパ１を含んでおり、ダンパ１が物体７から熱的に絶縁 されることを特徴とする管及ひその他の物体を振動減衰させるための装置。
2. ２．ダンパ１が、振動減衰されるべき物体の表面に取付けられる支え２に取付け られ、支え２は絶縁材料８の層によつて物体から熱的に絶縁されていることを特 徴とする請求項１に記載の物体を振動減衰させるための装置。
3. ３．各々の片持ち梁形ダンパ支え２が所望の範囲内の放出周波数の高振幅位置に 取付けられることを特徴とする請求項２に記載の物体を振動減衰させるための装 置。
4. ４．各々のダンパ１が２個の鋼板間にはさみ込まれた粘弾性重合体層を含むこと を特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の物体を振動減衰させるため の装置。
5. ５．粘弾性材料が　１３０℃以上の温度に耐えることができる重合体であること を特徴とする請求項４に記載の物体を振動減衰させるための装置。
6. ６．粘弾性材料が１５０℃の温度に耐えることができることを特徴とする請求項 ５に記載の物体を振動減衰させるための装置。
7. ７．ダンパが減衰されるべき特定周波数に対応する共振周波数をもつように整調 されることを特徴とする請求項１から６項のいずれか一項に記載の物体を振動減 衰させるための装置。
8. ８．ダンパ、減衰されるべき周波数より僅かに低い周波数に整調されていること を特徴とする請求項７に記載の物体を振動減衰させるための装置。
9. ９．物体に対して熱的に絶縁されており、離れている１個又はそれ以上の片持ち 梁形サンドウィッチ形ダンパを取付けることを含む管及び他の物体を振動減衰さ せるための方法。
10. １０．方法が次の工程： １）所望の振動モードの最大振幅位置を識別する工程、及び２）求める振動モー ドを減衰するために適した１個又はそれ以上の整調した片持ち梁形ダンパを選択 する工程を含むことを特徴とする請求項９に記載の方法。
11. １１．さらに、次の工程： ａ）減衰されるべき周波数を識別する工程及びｂ）減衰されるべき周波数につい て物体の振動モードを識別する工程を含むことを特徴とする請求項１０に記載の 方法。
12. １２．さらに、物体が受ける最大温度を識別する工程を含んでおり、絶縁材料の 厚さが物体及ひダンパ間に求められる温度降下を与えるべく選択されていること を特徴とする請求項９から１１のいずかれ一項に記載の方法。