RU2234024C1

RU2234024C1 - Device for damping vibration of pipelines

Info

Publication number: RU2234024C1
Application number: RU2003116528/06A
Authority: RU
Inventors: Д.М. Белый (RU); Д.М. Белый
Original assignee: Ульяновский государственный технический университет
Priority date: 2003-06-03
Filing date: 2003-06-03
Publication date: 2004-08-10

Abstract

FIELD: pipeline engineering.

SUBSTANCE: device has viscoelastic damping members mounted on a pipeline. The viscoelastic damping members are made of flexible plates whose length is less than the diameter of the pipeline and are secured to the inner side of the pipeline so that the planes of the plates are arranged in the longitudinal axial planes of the pipeline.

EFFECT: enhanced efficiency of damping.

3 dwg

Description

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано для активного гашения вибраций трубопроводов.The invention relates to mechanical engineering and can be used for active damping of vibration of pipelines.

Известны устройства для гашения вибраций трубопроводов, содержащие упругие прокладки или вязкоупругий вибропоглощающий демпфирующий материал, либо заполняющие пространство между внешней поверхностью трубопровода и дополнительным корпусом (см. а.с. СССР №116307, кл. F 16 L 55/00, 1983 [1]), либо выполненные в виде жестко закрепленной на наружной поверхности трубопровода цилиндрической оболочки с многослойной структурой, включающей демпфирующие элементы и вибропоглощающие материалы (см. а.с. СССР №1800206, кл. F 16 L 55/00, 1993 [2]).Known devices for damping vibration of pipelines, containing elastic gaskets or viscoelastic vibration-absorbing damping material, or filling the space between the outer surface of the pipeline and the additional housing (see AS USSR No. 116307, class F 16 L 55/00, 1983 [1] ), or made in the form of a cylindrical shell rigidly fixed on the outer surface of the pipeline with a multilayer structure, including damping elements and vibration-absorbing materials (see AS USSR No. 1800206, class F 16 L 55/00, 1993 [2]).

Известные устройства характеризуются низкой эффективностью гашения вибраций при значительных возмущениях, так как осуществляя диссипацию энергии паразитных колебаний, не позволяют активно срывать возникающие резонансные режимы. Кроме того, необходимость размещения снаружи трубопроводов специальных дополнительных корпусов, устройств и т.д. резко ограничивают возможные области применения известных устройств, а также сужают их функциональные возможности вследствие реальной возможности размещения таких устройств только на весьма ограниченных участках трубопроводов.Known devices are characterized by low efficiency of vibration damping under significant disturbances, since by performing energy dissipation of spurious oscillations, they do not allow actively disrupting the emerging resonant modes. In addition, the need to place special additional housings, devices, etc., outside the pipelines. sharply limit the possible applications of known devices, as well as narrow their functionality due to the real possibility of placing such devices only in very limited sections of pipelines.

Известны также активные устройства для гашения вибраций трубопроводов, содержащие нанесенный снаружи на участок трубопровода слой вибрирующего материала, преобразующего электромагнитную энергию в механическую (слой пьезокерамики), элемент регистрации возмущений, преобразователь сигнала, исполнительный механизм и генератор сигналов (см. а.с. СССР №665173, кл. F 16 L 55/04, 1979 [3]).Also known are active devices for damping vibration of pipelines, containing a layer of vibrating material applied externally to the pipeline section that converts electromagnetic energy into mechanical energy (piezoceramic layer), a disturbance recording element, a signal converter, an actuator, and a signal generator (see A.S. USSR No. 665173, CL F 16 L 55/04, 1979 [3]).

Данные устройства характеризуются значительной сложностью конструкции и схемных решений и, естественно, ограниченными областями применения и узкими функциональными возможностями.These devices are characterized by significant complexity of design and circuit solutions and, of course, limited areas of application and narrow functionality.

Наиболее близким устройством того же назначения к заявленному изобретению по совокупности признаков является устройство для гашения вибраций трубопроводов, содержащее установленный между наружной поверхностью трубопровода и корпусом вязкоупругий гасящий элемент, выполненный в виде замкнутой кольцевой полости, частично заполненной электролитом и снабженной электродами и сквозным каналом с вентилем (см. а.с. СССР №806979, кл. F 16 L 55/04, F 17 D 1/10, 1981 [4], принятое за прототип).The closest device of the same purpose to the claimed invention in terms of features is a device for damping pipe vibrations, comprising a viscoelastic damping element installed between the outer surface of the pipeline and the housing, made in the form of a closed annular cavity, partially filled with electrolyte and equipped with electrodes and a through channel with a valve ( see USSR AS No. 806979, class F 16 L 55/04, F 17 D 1/10, 1981 [4], adopted as a prototype).

Недостатками известного устройства, затрудняющими возможность его применения, являются сложность конструкции, необходимость применения специальных наружных корпусов и устройств, невозможность размещения таких устройств в значительном числе и на довольно протяженных участках трубопроводов, что предельно ограничивает области применения устройства и снижает его функциональные возможности.The disadvantages of the known device that impede the possibility of its application are the design complexity, the need to use special external housings and devices, the inability to place such devices in a significant number and over fairly long sections of pipelines, which ultimately limits the scope of the device and reduces its functionality.

Сущность изобретения заключается в создании устройства для гашения вибраций трубопровода, способного автоматически отстраиваться от резонансных режимов колебаний, возникающих вследствие турбулентности потока среды, пульсации ее давлений, внешних вибрационных возмущений, за счет использования кориолисовых ускорений и, соответственно, кориолисовых сил инерции, формируемых под действием потока среды относительно трубопровода и паразитных изгибных вибраций самого трубопровода.The essence of the invention is to provide a device for damping pipeline vibrations that can automatically tune away from resonant modes of oscillations arising due to turbulence of the medium flow, pulsation of its pressures, external vibration disturbances due to the use of Coriolis accelerations and, accordingly, Coriolis inertia forces generated by the flow medium relative to the pipeline and spurious bending vibrations of the pipeline itself.

Технический результат - упрощение конструкции устройства, расширение его областей применения и функциональных возможностей.The technical result is a simplification of the design of the device, the expansion of its fields of application and functionality.

Указанный технический результат при осуществлении изобретения достигается тем, что в известном устройстве для гашения вибраций трубопроводов, содержащем установленные на трубопроводе вязкоупругие гасящие элементы, особенность заключается в том, что вязкоупругие гасящие элементы выполнены в виде эластичных пластинок с длиной меньше диаметра трубопровода, закрепленных на внутренней поверхности трубопровода торцом одной из узких сторон и ориентированных в радиальных направлениях так, что плоскости пластинок расположены в продольных осевых плоскостях трубопровода.The specified technical result during the implementation of the invention is achieved by the fact that in the known device for damping vibration of pipelines containing viscoelastic damping elements installed on the pipeline, the feature is that the viscoelastic damping elements are made in the form of elastic plates with a length less than the diameter of the pipeline, fixed on the inner surface the pipe end face of one of the narrow sides and oriented in radial directions so that the plane of the plates are located in longitudinal axial planes of the pipeline.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг.1 схематично изображен общий вид устройства, продольный разрез; на фиг.2 - вид слева на фиг.1; на фиг.3 - векторная схема скоростей и ускорений упругих гасящих элементов.The invention is illustrated by drawings, where figure 1 schematically shows a General view of the device, a longitudinal section; figure 2 is a left view of figure 1; figure 3 is a vector diagram of the speeds and accelerations of elastic quenching elements.

Устройство для гашения вибраций трубопровода 1 содержит вязкоупругие гасящие элементы, выполненные в виде эластичных пластинок 2 с длиной меньше диаметра трубопровода 1, закрепленных на внутренней поверхности трубопровода 1 торцом одной из узких сторон и ориентированных в радиальных направлениях так, что плоскости пластинок 2 расположены в продольных осевых плоскостях трубопровода 1. Пластинки 2 выполнены из тонкого пластика или в виде тонких полосок мягкой эластичной резины.The device for damping the vibrations of the pipe 1 contains viscoelastic damping elements made in the form of elastic plates 2 with a length less than the diameter of the pipe 1, mounted on the inner surface of the pipe 1 with the end of one of the narrow sides and oriented in radial directions so that the plane of the plates 2 are located in longitudinal axial the planes of the pipeline 1. The plate 2 is made of thin plastic or in the form of thin strips of soft elastic rubber.

Работа устройства осуществляется следующим образом.The operation of the device is as follows.

При функционировании трубопровода в стабильном рабочем режиме, то есть при протекании по нему стационарного потока среды вязкоупругие гасящие элементы (эластичные пластинки) 2 ориентированы своими плоскостями вдоль направления потока, имеют в направлении потока максимальную изгибную жесткость и сохраняют в текучей среде устойчивое состояние. При возникновении резонансных изгибных колебаний трубопровода 1 в поперечных плоскостях, обусловленных турбулентностью потока среды при ее протекании через гнутые участки трубопровода, пульсациями давления, переходными режимами работы гидросистемы, внешними вибрационными воздействиями и т.п., в общем случае изгибные колебания упругого элемента 2 (фиг.3) можно изобразить вектором угловой скорости

, произвольно расположенным в поперечной плоскости. В свою очередь вектор

можно представить в виде составляющих векторов

и

по поперечным осям x и y, характеризующих соответственно изгибные колебания элемента 2 относительно осей x и y. Одновременно при резонансе вследствие вышеуказанных пульсаций давления среды и т.п. упругому элементу 2 сообщается импульс линейной скорости

в направлении потока среды и относительно последнего (фиг.3). В результате совместного воздействия на упругий элемент 2 векторов

и

упругая пластинка получает составляющую кориолисова ускорения

, ориентированную в плоскости поперечного сечения пластинки перпендикулярно вектору

. Одновременно в результате совместного воздействия векторов

и

пластинка 2 получает составляющую кориолисова ускорения

, так же ориентированную перпендикулярно

, но вдоль продольной оси пластинки 2, причем, вместе составляющие

и

образуют вектор

кориолисова ускорения, расположенный в поперечной трубопроводу 1 плоскости, причем

и

. В результате возникновения составляющей

к упругой пластинке 2 прикладываются кориолисовы силы инерции в ее поперечном направлении, совпадающем с направлением минимальной жесткости пластинки, под действием которых пластинка отклоняется вбок от своего устойчивого радиального положения в потоке среды. Одновременно с этим за счет составляющей ускорения

к пластинке прикладываются кориолисовы силы инерции в ее продольном направлении, которые воздействуя на уже изогнутую, смещенную от устойчивого радиального направления пластинку, прижимают последнюю к внутренней поверхности трубопровода 1 (упругая пластинка плотно охватывает трубопровод изнутри). В результате этого происходит скачкообразное изменение поперечной жесткости трубопровода и, как следствие, автоматический мгновенный срыв возникающих резонансных режимов колебаний трубопровода.When the pipeline is operating in a stable operating mode, i.e. when a steady flow of medium flows through it, viscoelastic quenching elements (elastic plates) 2 are oriented by their planes along the flow direction, have maximum bending stiffness in the flow direction and maintain a stable state in the fluid. When resonant bending vibrations of the pipeline 1 occur in transverse planes caused by turbulence of the medium flow during its flow through the bent sections of the pipeline, pressure pulsations, transient hydraulic regimes, external vibrations, etc., in the general case, bending vibrations of the elastic element 2 (Fig. .3) can be represented by the angular velocity vector

arbitrarily located in the transverse plane. In turn, the vector

can be represented as component vectors

and

along the transverse axes x and y, characterizing, respectively, the bending vibrations of element 2 relative to the x and y axes. At the same time during resonance due to the above fluctuations in the pressure of the medium, etc. the elastic element 2 is informed of the linear velocity impulse

in the direction of the flow of the medium and relative to the latter (figure 3). As a result of joint action on the elastic element 2 vectors

and

the elastic plate receives the Coriolis acceleration component

oriented in the plane of the cross section of the plate perpendicular to the vector

. At the same time as a result of the combined action of vectors

and

plate 2 receives the Coriolis acceleration component

also oriented perpendicularly

, but along the longitudinal axis of the plate 2, and, together

and

form a vector

Coriolis acceleration located in the transverse pipeline 1 plane, and

and

. As a result of the occurrence of the component

Coriolis forces of inertia are applied to the elastic plate 2 in its transverse direction, which coincides with the direction of the minimum stiffness of the plate, under which the plate deviates laterally from its stable radial position in the medium flow. At the same time, due to the acceleration component

Coriolis forces of inertia are applied to the plate in its longitudinal direction, which, acting on the plate already bent, offset from the stable radial direction, press the plate against the inner surface of the pipe 1 (the elastic plate tightly covers the pipe from the inside). As a result of this, an abrupt change in the transverse stiffness of the pipeline occurs and, as a result, an automatic instantaneous breakdown of the resulting resonant modes of pipeline oscillations.

Очевидно, что предложенное устройство характеризуется предельной простотой. Устройство не требует применения никаких дополнительных корпусов, слоев упругого материала и т.п. вокруг наружной поверхности трубопровода, что резко расширяет области применения устройства. Если в известных устройствах участки гашения вибраций могли быть расположены снаружи трубопроводов только в строго ограниченных местах трубопровода (ввиду своей сложности, невозможности доступа непосредственно к поверхности трубопровода снаружи и т.п.), то в предлагаемом устройстве упругие элементы могут быть размещены на внутренней поверхности трубопровода практически на любом его участке, что резко расширяет функциональные возможности предлагаемого устройства.It is obvious that the proposed device is characterized by extreme simplicity. The device does not require the use of any additional cases, layers of elastic material, etc. around the outer surface of the pipeline, which dramatically expands the scope of the device. If in the known devices vibration damping sections could be located outside the pipelines only in strictly limited places of the pipeline (due to their complexity, the inability to directly access the surface of the pipeline from the outside, etc.), then in the proposed device elastic elements can be placed on the inner surface of the pipeline practically on any of its sections, which dramatically expands the functionality of the proposed device.

Claims

A device for damping vibration of pipelines containing viscoelastic damping elements installed on the pipeline, characterized in that the viscoelastic damping elements are made in the form of elastic plates with a length less than the diameter of the pipeline, fixed on the inner surface of the pipeline with the end of one of the narrow sides and oriented in radial directions so that the plane of the plates are located in the longitudinal axial planes of the pipeline.