RU2117336C1

RU2117336C1 - Vibration-absorbing device

Info

Publication number: RU2117336C1
Application number: RU96114823A
Authority: RU
Inventors: В.Ю. Кирпичников; В.В. Савенко; Ю.Е. Лебедев; В.П. Морозов; Ю.Н. Мукалов
Original assignee: Центральный научно-исследовательский институт им.акад.А.Н.Крылова
Priority date: 1996-07-23
Filing date: 1996-07-23
Publication date: 1998-08-10

Abstract

FIELD: vibration control. SUBSTANCE: device has hold-down sheet attached mechanically to construction being damped by means of staggered bolts. Thickness of hold-down sheet is from 0.5 to 0.05 the width of construction being damped. Space between adjacent attachment points makes up half the bent wave length in hold-down sheet at the lowest frequency of range where it is necessary to reduce vibrations of construction being damped. Device operates practically at any effects of environment and temperatures. EFFECT: simple design, reduced price. 1 dwg

Description

Изобретение относится к области борьбы с вибрацией, возникающей при работе виброактивного оборудования. Изобретение может быть применено для уменьшения звуковой вибрации, возникающей, например, в судовых конструкциях при работе механизмов, и являющейся причиной повышения уровней воздушного шума в помещениях судна. The invention relates to the field of combating vibration arising from the operation of vibroactive equipment. The invention can be applied to reduce sound vibration that occurs, for example, in ship structures during the operation of mechanisms, and which is the reason for the increase in levels of airborne noise in the premises of the vessel.

Известно большое количество средств поглощения вибраций, наиболее распространенными из них являются вибропоглощающие покрытия. Подробное описание принципа действия и конструкции указанных средств и покрытий приведено, например, в [1]. A large number of vibration absorption means are known, the most common of which are vibration-absorbing coatings. A detailed description of the principle of operation and design of these funds and coatings is given, for example, in [1].

Вибропоглощающее покрытие присоединяется к демпфируемой конструкции, например к пластине судовой конструкции, и обычно состоит из одного или нескольких слоев различных материалов. Одним из наиболее распространенных типов является армированное вибропоглощающее покрытие, представляющее собой слой вязкоупругого материала, на который наносится тонкий армирующий слой из жесткого материала [1]. Вибропоглощающие покрытия обычно наносятся на демпфируемые конструкции при постройке инженерного объекта, например, судна, причем необходимость их применения, как правило, должна быть известна заранее. The vibration-absorbing coating is attached to the damped structure, for example, to the plate of the ship structure, and usually consists of one or more layers of different materials. One of the most common types is a reinforced vibration-absorbing coating, which is a layer of viscoelastic material on which a thin reinforcing layer of hard material is applied [1]. Vibration absorbing coatings are usually applied to damped structures when constructing an engineering object, for example, a ship, and the need for their application, as a rule, should be known in advance.

В некоторых случаях, особенно при необходимости доведения уровней вибраций и шума в помещениях до норм на готовом судне, применяются съемные вибропоглощающие конструкции (устройства) с механическим креплением [2]. Крепление такого устройства на болтах позволяет достаточно просто устанавливать или снимать резиновые перфорированные слои, присоединяемые к демпфируемой конструкции посредством прижимного листа. In some cases, especially if it is necessary to bring the vibration and noise levels in the premises to the standards on the finished vessel, removable vibration-absorbing structures (devices) with mechanical fastening are used [2]. Mounting such a device on bolts makes it easy to install or remove the rubber perforated layers attached to the damped structure by means of a pressure sheet.

Известное вибропоглощающее устройство включает прижимной лист, механически закрепленный на демпфируемой конструкции, например, посредством болтов, расположенных в шахматном порядке. Known vibration-absorbing device includes a pressure sheet mechanically mounted on a damped structure, for example, by means of staggered bolts.

Недостаток прижимного листа: к демпфируемой конструкции в известном прототипе обычно прижимается перфорированный резиновый слой, деформация которого приводит к преобразованию колебательной энергии в тепловую, что обеспечивает вибропоглощающий эффект устройства. The disadvantage of the pressure sheet: the perforated rubber layer is usually pressed against the damped structure in the known prototype, the deformation of which leads to the conversion of vibrational energy into thermal energy, which provides a vibration-absorbing effect of the device.

Однако применение резины или других резиноподобных материалов ограничивает области применения подобных устройств, например, в части температурного режима или при контакте с некоторыми веществами. Известно, что резина практически не применима при очень высоких или очень низких температурах, а также не стойка к воздействию масла или радиации, токсична при горении. However, the use of rubber or other rubber-like materials limits the scope of application of such devices, for example, in terms of temperature conditions or in contact with certain substances. It is known that rubber is practically not applicable at very high or very low temperatures, and is also not resistant to the effects of oil or radiation, and is toxic when burned.

Заявляемое изобретение направлено на достижение технического результата, заключающегося в обеспечении вибропоглощающего эффекта устройства практически при любых температурных условиях и воздействиях вредных веществ, что позволяет использовать его для снижения вибраций, а следовательно, и шума, возникающих при работе практически любого оборудования, в том числе энергетического и специального. The claimed invention is aimed at achieving a technical result, which consists in providing a vibration-absorbing effect of the device under almost any temperature conditions and exposure to harmful substances, which allows it to be used to reduce vibrations, and therefore noise, arising from the operation of almost any equipment, including energy and special.

Для этого в известном устройстве, содержащем прижимной лист, механически закрепленный на демпфируемой конструкции, например, посредством болтов, расположенных в шахматном порядке, толщина прижимного листа составляет от 0,5 до 0,05 толщины демпфируемой конструкции, а расстояние между соседними креплениями составляет половину длины изгибной волны в прижимном листе на низшей частоте диапазона, где требуется уменьшить вибрации демпфируемой конструкции. For this, in a known device containing a pressure sheet mechanically fixed on a damped structure, for example, by means of staggered bolts, the thickness of the pressure sheet is from 0.5 to 0.05 of the thickness of the damped structure, and the distance between adjacent fasteners is half the length bending waves in the pressure sheet at the lower frequency of the range where it is necessary to reduce the vibration of the damped structure.

Предлагаемое устройство позволяет получить существенный вибропоглощающий эффект и снизить вибрацию, а следовательно, и шум, обусловленные работой виброактивного оборудования, практически при любых температурах и воздействиях окружающей среды. The proposed device allows to obtain a significant vibration-absorbing effect and reduce vibration, and hence the noise caused by the operation of vibroactive equipment, at almost any temperature and environmental influences.

Кроме того, обеспечивается экономический эффект за счет отказа от использования резины или других подобных демпфирующих материалов. In addition, an economic effect is achieved due to the rejection of the use of rubber or other similar damping materials.

Указанный технический результат достигается благодаря введению в техническое решение отличительных признаков, предусматривающих использование прижимного листа, толщина которого составляет от 0,5 до 0,05 толщины демпфируемой конструкции, и выбор расстояния между соседними креплениями, которое составляет половину длины изгибной волны в прижимном листе на низшей частоте диапазона, где требуется уменьшить вибрации демпфируемой конструкции. The specified technical result is achieved by introducing into the technical solution distinguishing features involving the use of a pressure sheet, the thickness of which is from 0.5 to 0.05 of the thickness of the damped structure, and the choice of the distance between adjacent fasteners, which is half the length of the bending wave in the pressure sheet on the lower frequency range where you want to reduce the vibration of the damped structure.

Сущность изобретения поясняется чертежом. The invention is illustrated in the drawing.

Устройство содержит прижимной лист 1, механически закрепленный на демпфируемой конструкции 2, например, посредством болтов 3, расположенных в шахматном порядке. Толщина прижимного листа h₁ составляет от 0,5 до 0,05 толщины демпфируемой конструкции h₂, а расстояние l между соседними креплениями составляет половину длины изгибной волны в прижимном листе на низшей частоте диапазона, где требуется уменьшить вибрации демпфируемой конструкции.The device comprises a pressure sheet 1, mechanically fixed on a damped structure 2, for example, by means of bolts 3 arranged in a checkerboard pattern. The thickness of the pressure sheet h ₁ is from 0.5 to 0.05 of the thickness of the damped structure h ₂ , and the distance l between adjacent fasteners is half the length of the bending wave in the pressure sheet at the lower frequency of the range where it is necessary to reduce the vibration of the damped structure.

Демпфируемой конструкцией может являться корпус или отдельные элементы виброактивного механизма или другого оборудования, являющегося источником повышенных вибраций и шума, фундаментные и опорные конструкции в месте установки оборудования, внутрикорпусные и корпусные конструкции средств транспорта, например судов, а также других подобных инженерных объектов. Повышенные уровни вибраций демпфируемой конструкции, обусловленные работой виброактивного оборудования, вызывают вынужденные колебания механически закрепленного на ней прижимного листа. Между поверхностями демпфируемой конструкции и прижимного листа, при их механическом креплении в отдельных точках обычно остается технологический зазор малой толщины, обусловленный неровностями вышеуказанных поверхностей. The damped structure may be a hull or individual elements of a vibroactive mechanism or other equipment that is a source of increased vibrations and noise, foundation and support structures at the installation site, internal and hull structures of vehicles, such as ships, and other similar engineering objects. The increased vibration levels of the damped structure, due to the operation of the vibroactive equipment, cause forced vibrations of the pressure sheet mechanically fixed on it. Between the surfaces of the damped structure and the pressure sheet, when they are mechanically fastened at individual points, a technological gap of small thickness usually remains due to unevenness of the above surfaces.

Для любой частоты возбуждающего динамического усилия, приложенного со стороны демпфируемой конструкции к прижимному листу, моды вынужденных колебаний листа, как правило, не синфазны модам колебаний указанной конструкции и превышают их по амплитуде, поскольку его толщина меньше толщины демпфируемой конструкции на величину от 2 до 20 раз. Особенно интенсивные колебания участков прижимного листа возникают в том случае, когда между соседними креплениями возникает мода колебаний, близкая к половине длины изгибной волны в указанном листе. For any frequency of exciting dynamic force exerted by the damped structure on the pressure sheet, the modes of forced vibrations of the sheet, as a rule, are not in phase with the vibration modes of the specified structure and exceed them in amplitude, since its thickness is 2 to 20 times less than the thickness of the damped structure . Particularly intense vibrations of the sections of the pressure sheet occur when an oscillation mode occurs between adjacent fasteners that is close to half the length of the bending wave in the sheet.

Возникновение вышеуказанных интенсивных колебаний прижимного листа, не синфазных с колебаниями демпфируемой конструкции, приводит к возрастанию влияния эффекта поверхностного трения между листом и конструкцией, а также к прокачиванию воздуха в технологическом зазоре. Указанные физические эффективности сопровождаются интенсивным переходом энергии колебаний в тепловую энергию, нагревающую воздух, колеблющиеся и прилегающие конструкции. Возникающее постоянное преобразование вибрационной энергии в тепловую дает значительный вибропоглощающий эффект, равноценный увеличению коэффициента потерь на порядок более по сравнению с обычными металлическими конструкциями. The occurrence of the above intense vibrations of the pressure sheet, which are not in phase with the vibrations of the damped structure, leads to an increase in the effect of surface friction between the sheet and the structure, as well as to pumping air in the technological gap. The indicated physical efficiencies are accompanied by an intense transition of vibrational energy into thermal energy, heating air, vibrating and adjacent structures. The resulting constant conversion of vibrational energy into thermal energy gives a significant vibration-absorbing effect, which is equivalent to an increase in the loss coefficient by an order of magnitude more compared to conventional metal structures.

Выбор толщины прижимного листа от 0,5 до 0,05 толщины демпфируемой конструкции обусловлен следующим. Если бы указанные толщины были одинаковыми, их колебания были бы синфазными и возникновения пар поверхностного трения, а также прокачивания воздуха в технологическом зазоре не было бы. Заметный эффект трения и прокачивания, как показали экспериментальные исследования авторов, возникает, если толщины отличны примерно в 2 раза. Эффекты возрастают при дальнейшем уменьшении толщины прижимного листа, поскольку более тонкий лист колеблется интенсивнее при той же возбуждающей силе. Однако использование еще более тонких листов приводит к прекращению возрастания эффекта, а затем и к его уменьшению из-за малости механического сопротивления тонких листов по сравнению с толстой основной конструкцией и с упругостью воздушного зазора. The choice of the thickness of the pressure sheet from 0.5 to 0.05 of the thickness of the damped structure is due to the following. If the indicated thicknesses were the same, their oscillations would be in phase and there would be no surface friction pairs, as well as air pumping in the technological gap. A noticeable effect of friction and pumping, as shown by experimental studies of the authors, occurs if the thicknesses are approximately 2 times different. The effects increase with a further decrease in the thickness of the pressure sheet, since a thinner sheet oscillates more intensively with the same exciting force. However, the use of even thinner sheets leads to the cessation of the increase in the effect, and then to its decrease due to the small mechanical resistance of thin sheets in comparison with the thick main structure and with the elasticity of the air gap.

Использование прижимного листа, толщина которого меньше 0,05 толщины демпфируемой конструкции, нецелесообразно, поскольку эффект вибропоглощения практически исчезает из-за малой энергоемкости устройства (прижимного листа) и незначительности эффекта прокачивания воздуха в зазоре. The use of a pressure sheet, the thickness of which is less than 0.05 of the thickness of the damped structure, is impractical, since the effect of vibration absorption practically disappears due to the low energy consumption of the device (pressure sheet) and the insignificance of the effect of pumping air in the gap.

Экспериментальные исследования, проведенные авторами, подтвердили, что максимальный эффект вибропоглощения достигается при вышеуказанном соотношении толщин прижимного листа и демпфируемой конструкции, если расстояние между соседними креплениями составляет половину длины изгибной волны в прижимном листе на низшей частоте, где требуется уменьшить вибрации демпфируемой конструкции. Обычно частоты, на которых требуется уменьшить вибрации, определяются частотами наиболее интенсивных динамических усилий, развиваемых виброактивным оборудованием при его работе. Это может быть, например, оборотная частота механизма с вращающимся ротором, либо кратные ей частоты. Низшая частота наиболее интенсивных динамических усилий определяет, как правило, аналогичную частоту вибровозбуждения конструкции и низшую частоту f_н диапазона частот наиболее интенсивных вибраций конструкции, которые необходимо задемпфировать. Эта частота f_н обычно известна из расчетов или экспериментов, что позволяет выбрать расстояние l между соседними болтовыми креплениями, исходя из условия равенства его половине длины изгибной волны в прижимном листе, по приближенной формуле

(м), где h₁ (м) - толщина прижимного листа; f_н (Гц) - нижняя частота диапазона, где требуется уменьшить вибрации демпфируемой конструкции.Experimental studies conducted by the authors confirmed that the maximum vibration absorption effect is achieved with the above ratio of the thickness of the pressure sheet and the damped structure, if the distance between adjacent fasteners is half the length of the bending wave in the pressure sheet at a lower frequency, where it is necessary to reduce the vibration of the damped structure. Usually the frequencies at which vibration is to be reduced are determined by the frequencies of the most intense dynamic forces developed by the vibroactive equipment during its operation. This can be, for example, the revolving frequency of a rotating rotor mechanism, or multiples of it. The lowest frequency of the most intense dynamic forces determines, as a rule, the same frequency of vibrational excitation of the structure and the lowest frequency f _{n of} the frequency range of the most intense vibration of the structure that must be damped. This frequency f _{n is} usually known from calculations or experiments, which allows you to choose the distance l between adjacent bolt fasteners, based on the condition that it is equal to half the length of the bending wave in the pressure sheet, according to the approximate formula

(m), where h ₁ (m) is the thickness of the pressure sheet; f _n (Hz) - the lower frequency of the range where you want to reduce the vibration of the damped structure.

Наличие эффекта вибропоглощения на низшей частоте диапазона позволяет получить эффект и на более высоких частотах, когда на участке листа между креплениями укладывается несколько половин длин изгибных волн. The presence of the effect of vibration absorption at the lower frequency of the range allows you to get the effect at higher frequencies, when several half lengths of bending waves are laid on the sheet section between the fasteners.

Предлагаемое устройство может использоваться для демпфирования сравнительно толстостенных корпусов виброактивного оборудования, где другие средства вибропоглощения малоэффективны, либо неприменимы из-за высоких температур или воздействия масла, радиации и др. Оно может также устанавливаться в виде отдельных листов на участках фундаментных, опорных и корпусных конструкций, где наблюдаются наиболее высокие уровни вибрации, причем установка средства может производиться на уже готовом или находящемся в эксплуатации инженерном объекте, если выявлено превышение над нормами. Согласно экспериментам, в результате применения предлагаемого устройства уровни вибрации в 2 - 3 раза и более (т.е. на 6 - 10 дБ) снижаются. The proposed device can be used for damping relatively thick-walled cases of vibroactive equipment, where other means of vibration absorption are ineffective, or are not applicable due to high temperatures or exposure to oil, radiation, etc. It can also be installed in the form of separate sheets in areas of foundation, supporting and case structures, where the highest levels of vibration are observed, and the installation of the tool can be carried out at a ready-made or in-use engineering facility If the excess over the identified standards. According to experiments, as a result of using the proposed device, vibration levels are reduced by 2 to 3 times or more (i.e., by 6 to 10 dB).

Достоинствами устройства являются его предельная простота, технологичность изготовления и установки и невысокая стоимость. The advantages of the device are its extreme simplicity, manufacturability and installation, and low cost.

Claims

Vibration-absorbing device including a pressure sheet mechanically fixed on a damped structure, for example, by staggered bolts, characterized in that the thickness of the pressure sheet is from 0.5 to 0.05 of the thickness of the damped structure, and the distance between adjacent fasteners is half bending wavelengths in the pressure sheet at the lower frequency of the range where vibration of the damped structure is required to be reduced.