устройство для гашения колебаний трубопровода

Формула изобретения

Устройство для гашения колебаний трубопровода, содержащее дополнительный корпус в виде установленной на участке трубопровода коаксиально его оси полой цилиндрической оболочки с вязкоупругим наполнителем, и осевой элемент, установленный без зазора между трубопроводом и вязкоупругим наполнителем, отличающееся тем, что осевой элемент выполнен в виде упругой тонкостенной цилиндрической оболочки с продольными гофрами, каждый из которых имеет по два устойчивых состояния с противоположными направлениями выпуклости.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к машиностроению и транспорту, в частности к средствам борьбы с вибрациями трубопроводов и излучаемыми ими шумами.

Известны устройства для гашения колебаний трубопровода, содержащие либо охватывающие трубопровод упругие прокладки, либо вязко-упругий материал, заполняющий пространство между внешней поверхностью трубопровода и дополнительным корпусом, либо закрепленную на внешней поверхности трубопровода специальную оболочку с демпфирующим элементом и вибропоглощающим материалом /см. а.с. СССР 1163071, кл. F 16 L 55/00, 1983 [1]; а.с. СССР 1800206, кл. F 16 L 55/00, 1993 [2]/.

Однако известные устройства характеризуются низкой эффективностью гашения колебаний трубопровода при возникновении наиболее опасных резонансных режимов колебаний, что объясняется пассивным характером устранения колебаний в устройстве путем поглощения энергии колебаний в упругом заполнителе, рассеивания энергии вибропоглощающим материалом и т.п.

Наиболее близким устройством того же назначения к заявленному изобретению по совокупности признаков является устройство для гашения колебаний трубопровода, содержащее дополнительный корпус в виде установленной коаксиально оси трубопровода полой цилиндрической оболочки с вязкоупругим наполнителем, и осевой элемент в форме параллелепипеда, установленный без зазора между трубопроводом и вязкоупругим наполнителем /см. а.с. СССР 1725003, кл. F 16 L 55/04, 1989 [3]/, принятое за прототип.

Данное устройство позволяет сравнительно эффективно гасить паразитные колебания трубопровода в области низких дорезонансных частот за счет эффекта виброизоляции вследствие отражения распространяющейся по рабочей среде энергии, а также в области высоких зарезонансных частот за счет поглощения энергии в упругом заполнителе. Однако при возникновении резонансных режимов устройство малоэффективно и не позволяет автоматически отстроить трубопровод от резонансного режима путем адаптивной перестройки, например, его жесткостных параметров.

Сущность изобретения заключается в создании устройства для гашения колебаний трубопровода, способного автоматически отстраиваться от резонансного режима путем перестройки своей упругой системы за счет введения в саму систему релейных упругих элементов с несколькими состояниями устойчивого равновесия.

Технический результат - повышение эффективности гашения резонансных колебаний трубопровода.

Указанный технический результат при осуществлении изобретения достигается тем, что в известном устройстве для гашения колебаний трубопровода, включающем дополнительный корпус в виде установленной на участке трубопровода консольно его оси полой цилиндрической оболочки с вязкоупругим наполнителем, и осевой элемент, установленный без зазора между трубопроводом и вязкоупругим наполнителем, особенность заключается в том, что осевой элемент выполнен в виде упругой тонкостенной цилиндрической оболочки с продольными гофрами, каждый из которых имеет по два устойчивых состояния с противоположными направлениями выпуклости.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг.1 схематично изображено предлагаемое устройство в сечении, перпендикулярном оси трубопровода, в статическом состоянии; на фиг.2 - то же устройство в момент срыва резонансного режима.

Устройство для гашения колебаний трубопровода содержит дополнительный корпус в виде установленной на участке трубопровода 1 коаксиально его оси полой цилиндрической оболочки 2 с вязкоупругим наполнителем 3, и осевой элемент, установленный без зазора между трубопроводом 1 и вязкоупругим наполнителем 3, выполненный в виде упругой тонкостенной цилиндрической оболочки 4 с продольными гофрами, каждый из которых имеет по два устойчивых состояния с противоположными направлениями выпуклости. Данные устройства установлены на отдельных участках трубопровода 1 в зонах его наиболее интенсивных резонансных колебаний, чаще всего на поворотах трубопровода.

Работа устройства осуществляется следующим образом. В статическом состоянии трубопровода 1 или при малой /нерезонансной/ интенсивности колебаний /см. фиг. 1/ жесткость упругой системы в любом поперечном направлении определяется эквивалентной исходной жесткостью вязкоупругого наполнителя 3 и осевого гофрированного элемента 4 в данном направлении. Диссипация энергии паразитных колебаний в этом случае происходит за счет внутреннего трения и относительного смещения элементов 1, 2, 3, 4 друг относительно друга. При возникновении резонансных поперечных колебаний трубопровода, например, вдоль оси У /см. фиг.1, 2/ и смещении трубопровода 1, например, в сторону "+" оси У скачком изменяется геометрическая конфигурация гофрированного осевого элемента 4 в месте максимального силового контакта данного элемента с трубопроводом 1. Например, два симметричных относительно оси У и выпуклых в сторону трубопровода 1 /фиг.1/ гофра "перещелкивают" /фиг.2/ в свое второе устойчивое состояние с противоположным направлением выпуклости, при этом они деформируют вязкоупругий наполнитель 3 в близлежащей зоне, увеличивая давление, что приводит одновременно к "перещелкиванию" гофра между двумя вышеуказанными наоборот в состояние выпуклости в сторону трубопровода 1 и т.д. Очевидно, что такое "перещелкивание" гофров вблизи оси У при поперечных резонансных колебаниях приводит к скачкообразному изменению жесткости упругой системы в данном направлении и соответственно к мгновенному срыву резонансного режима, то есть к адаптивной отстройке системы от резонансного режима. После срыва резонансных колебаний амплитуда колебаний трубопровода 1 естественно уменьшается, вязкоупругий наполнитель 3 вернется в исходное состояние, однако осевой гофрированный элемент 4 сохраняет свою новую геометрическую структуру. При возникновении нового резонансного режима и смещении трубопровода 1 в любом другом поперечном направлении геометрическая структура гофрированного элемента 4 опять соответствующим образом изменится и так далее.

В устройстве должна быть достаточно оптимально подобрана в поперечном направлении как жесткость гофрированного элемента 4, так и вязкоупругого материала наполнителя 3. С одной стороны, жесткость наполнителя 3 должна быть достаточной для формирования восстанавливающей поперечной силы, а с другой - давать возможность осуществления "перещелкивания" гофрированного элемента 4. Последний достаточно легко изготавливается путем гофрирования тонкой металлической пластинки /наподобие прокладок при упаковке конфет/ и ее последующего сворачивания в форму полого цилиндра.

Предложенное устройство по сравнению с известными характеризуется повышенной эффективностью гашения резонансных колебаний. При этом, очевидно, устройство довольно просто, не требует применения специальных элементов, некритично к погрешностям изготовления, сборки и т.д.