RU2215925C1

RU2215925C1 - Pipeline vibration damper

Info

Publication number: RU2215925C1
Application number: RU2002104183/06A
Authority: RU
Inventors: Д.М. Белый
Original assignee: Ульяновский государственный технический университет
Priority date: 2002-02-15
Filing date: 2002-02-15
Publication date: 2003-11-10

Abstract

FIELD: mechanical engineering. SUBSTANCE: device is designed for damping vibration and noise of pipelines. Proposed device contains additional housing in form of hollow cylindrical envelope with viscoelastic filler installed coaxially to axis of pipeline on its section, and axial member installed without clearance between pipeline and viscoelastic filler, axial member being made in form of thin-walled cylindrical envelope with longitudinal corrugations, each having two stable states with opposite directions of convexity. EFFECT: improved efficiency of damping of pipeline resonance vibrations. 2 dwg

Description

Изобретение относится к машиностроению и транспорту, в частности к средствам борьбы с вибрациями трубопроводов и излучаемыми ими шумами. The invention relates to mechanical engineering and transport, in particular to means of combating vibration of pipelines and the radiated noise.

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]/. Known devices for damping pipeline vibrations, containing either elastic gaskets covering the pipeline, or a viscoelastic material filling the space between the external surface of the pipeline and the additional housing, or a special shell fixed to the external surface of the pipeline with a damping element and vibration-absorbing material / cm. A.S. USSR 1163071, class F 16 L 55/00, 1983 [1]; A.S. USSR 1800206, class 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. However, the known devices are characterized by low efficiency of damping the vibrations of the pipeline when the most dangerous resonant modes of vibration occur, which is explained by the passive nature of eliminating vibrations in the device by absorbing vibration energy in an elastic filler, dissipating energy by vibration-absorbing material, etc.

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. The closest device of the same purpose to the claimed invention in terms of features is a device for damping pipe vibrations, comprising an additional body in the form of a coaxially mounted pipe axis of a hollow cylindrical shell with a viscoelastic filler, and a parallelepiped-shaped axial element mounted without a gap between the pipeline and a viscoelastic filler /cm. A.S. USSR 1725003, class F 16 L 55/04, 1989 [3] /, adopted as a prototype.

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. This device allows you to relatively effectively dampen spurious vibrations of the pipeline in the region of low pre-resonance frequencies due to the effect of vibration isolation due to reflection of energy propagating through the working medium, as well as in the region of high resonance frequencies due to energy absorption in the elastic filler. However, when resonant modes occur, the device is inefficient and does not automatically rebuild the pipeline from the resonant mode by adaptive adjustment, for example, of its stiffness parameters.

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. The essence of the invention lies in the creation of a device for damping oscillations of a pipeline that can automatically tune from the resonance mode by restructuring its elastic system by introducing into the system itself relay elastic elements with several states of stable equilibrium.

Технический результат - повышение эффективности гашения резонансных колебаний трубопровода. EFFECT: increased efficiency of damping resonant vibrations of a pipeline.

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. The specified technical result during the implementation of the invention is achieved by the fact that in the known device for damping the oscillations of the pipeline, comprising an additional body in the form of a hollow cylindrical shell with a viscoelastic filler installed on a section of the pipeline cantilever, and an axial element mounted without a gap between the pipeline and the viscoelastic filler, the feature is that the axial element is made in the form of an elastic thin-walled cylindrical shell with longitudinal corrugations, each of which oryh has two stable states with opposite convexity.

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. The invention is illustrated by drawings, where figure 1 schematically shows the proposed device in cross section perpendicular to the axis of the pipeline in a static state; figure 2 - the same device at the time of failure of the resonant mode.

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. A device for damping pipe vibrations contains an additional case in the form of a hollow cylindrical shell 2 with a viscoelastic filler 3 installed on a section of the pipeline 1 coaxially with its axis, and an axial element mounted without a gap between the pipe 1 and the viscoelastic filler 3, made in the form of an elastic thin-walled cylindrical shell 4 with longitudinal corrugations, each of which has two stable states with opposite directions of convexity. These devices are installed on separate sections of the pipeline 1 in the zones of its most intense resonant oscillations, most often on the turns of the pipeline.

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. The operation of the device is as follows. In the static state of the pipeline 1 or with a small / non-resonant / vibration intensity / cm. FIG. 1 / the stiffness of the elastic system in any transverse direction is determined by the equivalent initial stiffness of the viscoelastic filler 3 and the axial corrugated element 4 in this direction. The dissipation of the energy of spurious oscillations in this case occurs due to internal friction and the relative displacement of elements 1, 2, 3, 4 relative to each other. When resonant transverse vibrations of the pipeline occur, for example, along the U / cm axis. 1, 2 / and the displacement of the pipeline 1, for example, in the "+" direction of the Y axis, the geometric configuration of the corrugated axial element 4 changes abruptly at the place of maximum force contact of this element with the pipeline 1. For example, two symmetrical with respect to the Y axis and convex to the side pipeline 1 / Fig. 1/, the corrugation “clicks” / Fig. 2/ into its second stable state with the opposite direction of convexity, while they deform the viscoelastic filler 3 in the adjacent zone, increasing the pressure, which simultaneously leads to nodding "corrugation between the two above, on the contrary, in a state of convexity in the direction of the pipeline 1, etc. Obviously, such a “lapping” of corrugations near the Y axis during transverse resonance vibrations leads to an abrupt change in the stiffness of the elastic system in this direction and, accordingly, to an instant breakdown of the resonance regime, that is, to adaptive detuning of the system from the resonance regime. After the breakdown of the resonant vibrations, the amplitude of the oscillations of the pipeline 1 naturally decreases, the viscoelastic filler 3 returns to its original state, however, the axial corrugated element 4 retains its new geometric structure. When a new resonance regime occurs and the pipeline 1 is displaced in any other transverse direction, the geometric structure of the corrugated element 4 will again change accordingly and so on.

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. In the device, both the stiffness of the corrugated element 4 and the viscoelastic material of the filler 3 should be sufficiently optimally selected in the transverse direction. On the one hand, the stiffness of the filler 3 should be sufficient to form a restoring transverse force, and on the other hand, it should be possible to “flip” the corrugated element 4. The latter is quite easily made by corrugating a thin metal plate / like pads when packing candy / and its subsequent folding I'm in the shape of a hollow cylinder.

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. The proposed device in comparison with the known characterized by increased damping of resonant oscillations. In this case, obviously, the device is quite simple, does not require the use of special elements, is uncritical of manufacturing errors, assembly errors, etc.

Claims

A device for damping pipeline vibrations, comprising an additional body in the form of a hollow cylindrical shell with a viscoelastic filler installed on a section of the pipeline coaxially to its axis, and an axial element mounted without a gap between the pipeline and the viscoelastic filler, characterized in that the axial element is made in the form of an elastic thin-walled cylindrical shells with longitudinal corrugations, each of which has two stable states with opposite directions of convexity.