SU1758312A1 - Динамический гаситель колебаний трубопровода - Google Patents

Abstract

Использование: машиностроение, транспорт, а именно средства защиты от вибраций. Сущность изобретени : динамический гаситель колебаний трубопровода содержит груз и упругий элемент 2. Последний выполнен в виде плоского кольца, жестко закрепленного на трубопроводе 1. Груз состоит по крайней мере из четырех частей 3, симметрично установленных на наружной цилиндрической поверхности кольца. Масса каждого груза определена настройкой динамического гасител  на характерные частоты колебаний трубопровода. 1 ил.

Description

Изобретение относится к машиностроению и транспорту, в частности и к средствам борьбы с вибрацией трубопроводов и других колеблющихся цилиндрический объектов. ' ности кольца и имеющих каждая массу гл, определенную по формуле a? L² ’

Известно гашение вибраций конструкций с помощью гасителя колебаний - антивибратора,состоящего из массы, укреплённой на вибрирующей системе с помощью упругого элемента.

Однако антивибратор, как правило, применим для гашения колебаний вибрирующей конструкции. на одной частоте, соответствующей определенным колебаниям этой конструкции,'

Для объектов с полярной симметрией (роторов, валов машин, трубопроводов) известно устройство, в котором упругий элемент связан с цилиндрическим объектом и л массой в виде кольца, обладающее также возможностью более точной подстройки за Счёт дополнительной корректирующей массы. Вместе с тем сила, возбуждающая ротор, может изменять свою частоту в более широких пределах, чем позволяет коррекция с помощью подстроечной массы. Кроме того, для эффективной работы прототипа в области достаточно низких частот колебаний требуется большая податливость упругого Элемента либо малая величина массы, 30 что приводит к снижению , эффективности устройства. Вместе с тем. гаситель колебаний, использующий антивибрационный эффект может являться антивибратором, сила гашения которого пропорциональна либо перемещению массы, либо ее повороту, т.е.

гаситель может являться моментным антивибратором. · '

Целью изобретения является повыше- ., ниё эффективности гасителя за счет расши- 40 рения частотного диапазона гашения колебаний путем связи его продольных и _; изгибных колебаний, а также расщепление при установке на кольцо неоднородностей, каждой резонансной частоты колебаний са- например, в виде четырех сосредоточенных мого гасителя масс 3 таких резонансных частот и соответствующих им фёрм колебаний гасителя буЭффект по снижению колебаний трубой ро водов, а также контакт ирующих с ним конструкций определяется коэффициентом потерь динамической системы и для существующих в практике трубопроводов достигает 20 дБ. . .·

Предлагаемый динамический гаситель колебаний содержит упругий элемент, вы-: полненный в виде плоского кольца, жестко закрепляемого внутренней цилиндрической поверхностью на трубопроводе, а груз (масса) выполнен в виде по крайней мере четырех частей, симметрично установленных по наружной цилиндрической поверхгде h - толщина кольца, равная толщине цилиндра;

Е - модуль Юнга;

ω- круговая частота эффективного гашения;

L - расстояние от центра цилиндра до наружной окружности кольца.

На чертеже представлено предлагаемое устройство.

На чертеже обозначено; 1 - вибрирующее цилиндрическое тело; 2 - упругий элемент, выполненный в виде плоского кольца; 2Q 3 - симметрично установленные массы; 4 штриховые линии, которые обозначают направления, соответствующие узловым линиям двух форм колебаний кольца гасителя.

Динамический гаситель колебаний трубопроводов содержит диск, жестко устанавливаемый на трубопроводе с помощью сварки либо болтового крепления к имеющимся на трубопроводе фланцах, либо с помощью хомута (в необходимых случаях возможно выполнение кольца из двух скрепляемых частей). Устанавливаемые на диске части могут быть приварены к нему, либо скреплены с ним болтами.

Физический принцип работы динамического гасителя заключается в создании в месте его установки моментных усилий, уменьшающих колебания цилиндрического тела. Эти моментные усилия достигают существенных значений на резонансных частотах гасителя, соответствующих его форме колебаний с одной узловой линией. Однако например, e виде четырех сосредоточенных дет две. При изменений частоты колебаний трубопровода наличие неоднородностей в виде сосредоточенных масс 3 приводит к ejQ появлению аналогичной формы колебаний гасителя, но с второй узловой линией 4, повернутой относительно первой на 45°, как показано на чертеже. Таким образом, вместо одной частоты эффективного гашения (кака прототипе), существует две частоты на каждой из которых имеется максимум моментного усилия на вибрирующее цилиндрическое тело. Эго известный эффект расщепления резонансных частот тела на неоднородностях.

1758312 6

Дополнительным эффектом от установки на гасителе дискретных масс является связь изгибных колебаний цилиндрического тела. Так, при установке на гаситель сосредоточенных масс возбуждение любой 5 формы его колебаний вызывает другие его колебания, а наличие связи форм колебаний гасителя и цилиндрического тела приводит к связи этих форм на самом трубопроводе. Так, например, при возбуждении на трубоп- 10 роводе изгибных колебаний на гасителе изза наличия неоднородностей на гасителе, возникают как моментные усилия, так и продольные, что приводит к перетеканию энергии колебания из поперечного типа в 15 колебания продольного типа и наоборот. Перетекание же энергии в областях вне резонансов связанных колебаний не является опасным. Исходя из изгибных колебаний кольца с массами на внешней окружности и 20 граничных условий; а) на внутренней кромке обеспечивается нормальное соединение кольца с трубопроводом и равенство перемещений кольца осевым перемещениям трубопровода в месте контакта, а также ра- 25 венство там же перерезывающих сил на кромке кольца скачку осевых тангенциальных сил на трубопроводе, б) на внешней кромке обеспечивается отсутствие момента к повороту и равенство перерезывающих 30 сил усредненной инерционной силе со стороны колеблющейся массы позволяют получить дисперсионное уравнение для колебаний кольца. Не приводя соответствующих выкладок, напишем асимптотическое 35 (справедливое для 3 —5, где b - наружный.

а а - внутренний радиус кольца) выражение для резонансной части изгибных колебаний кольца с одной узловой линией: откуда мож- 40 но получить величину одной массы. При симметричной установке 4 таких масс кольцо резонирует и его моментное сопротивление максимально. Вторая частота выше рассмотренной приблизительно на20%, что 45 соответствует колебаниям кольца с узловой линией, проходящей через две массы. Связь форм колебаний гасителя на этой частоте также максимальная и, следовательно, максимальная энергия связи продольных и изгибных колебаний цилиндрического тела.

Установка большего числа масс (6, 8 и т.д.= приводит к тому, что число частот, на которых гаситель эффектно подавляет колебания, увеличивается, но расположены они в более узком частотном диапазоне. В пределе при установке равномерно по диаметру расположенных масс форма колебаний с одной узловой линией будет единственной, и достичь постоянной цели не удается.

При установке кольца с помощью, например, сварки оптимальной толщиной кольца является толщина, равная толщине стенки трубопровода.

Claims (2)

1. Формула изобретения

   Динамический гаситель колебаний трубопровода, содержащий груз и упругий элемент, предназначенный для соединения груза с трубопроводом, о т л и ч а ю щ и й ся тем, что, с целью повышения эффективности гашения колебаний, упругий элемент выполнен в виде плоского кольца, жестко закрепляемого внутренней цилиндрической поверхностью на трубопроводе, груз выполнен в виде по крайней мере четырех частей, симметрично установленных по наружной цилиндрической поверхности кольца и имеющих каждая массу т, определенную по формуле ' ,_пп . .. л: Eh³ m =(0,9-1,1)---5-5-,
2. 2 of L² где h - толщина кольца, выбранная равной толщине стенки трубопровода:

   Е - модуль упругости материала кольца; ω-заданная низшая частота вибрации; L - радиус наружной цилиндрической поверхности кольца.