устройство для гашения вибраций трубопроводов

Формула изобретения

Устройство для гашения вибраций трубопроводов, содержащее установленные на трубопроводе вязкоупругие гасящие элементы, отличающееся тем, 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.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано для активного гашения вибраций трубопроводов.

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]).

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.

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]).

Данные устройства характеризуются значительной сложностью конструкции и схемных решений и, естественно, ограниченными областями применения и узкими функциональными возможностями.

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).

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.

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.

Технический результат - упрощение конструкции устройства, расширение его областей применения и функциональных возможностей.

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.

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.

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.

Работа устройства осуществляется следующим образом.

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.

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.