УСТРОЙСТВО ДЛЯ ГАШЕНИЯ ВИБРАЦИЙ

Предлагаемая полезная модель относится к средствам защиты объектов от вибраций и ударов и может быть использована в области энергетического машиностроения в качестве амортизатора для энергетических агрегатов и приводов технологического оборудования, например, контейнерного или блочно-контейнерного исполнения, а также для стационарного оборудования в сейсмоопасных районах размещения.
Известны устройства, которые располагаются между виброактивным агрегатом или машиной и опорной конструкцией для уменьшения вибрационных возмущений, возникающих в процессе работы агрегата.
Так, например, в амортизаторе по патенту РФ на изобретение №2044192 С1, приор, от 08.07.1992 г., МКИ F 16 F 13/00, опубл. 20.09.1995 г., предназначенном для гашения колебаний механизмов, смонтированных на пассажирских вагонах, под действием вертикальной или горизонтальной нагрузки происходит деформация полого упругого элемента. В результате большая часть энергии будет погашена и трансформирована в окружающую среду. В обоих случаях выжимаемый за счет деформации материал упругого элемента заполняет полости в корпусе амортизатора, а сам упругий элемент вместе с виброизолируемым объектом перемещается в сторону направления силы.
Недостатком известного амортизатора, несмотря на сложность сопрягаемых элементов конструкции и выполнение упругих элементов из пластичногоматериала, является низкая защищенность от действия горизонтальных сил, которые возникают при резком торможении поезда, при движении по криволинейным участкам пути и т.п. Кроме того, при интенсивной нагрузке в тяжелых условиях эксплуатации (резкие перепады температур, влага, грязь и т.п. воздействия) контактирующие элементы быстро изнашиваются, что приводит к необходимости их частой регулировки и замены.
Известен амортизатор для виброактивного оборудования транспортных средств по патенту РФ на полезную модель №13075 U1 от 25.08.1999 г., МКИ F 16 F 7/14, оп. 20.03.2000 г., содержащий металлический упругий элемент из параллельных многослойных самоуплотняющихся колец и две пары металлических опорных пластин, которые охватывают и фиксируют упругий элемент и крепятся к оборудованию и фундаменту. Конструкция данного амортизатора также слабо защищена от воздействия горизонтальных нагрузок и в ней не предусмотрена фиксация оборудования от горизонтальных смещений.
Перечисленные устройства состоят из упругих элементов гашения вибраций, элементов опорной конструкции и деталей крепления к агрегату (машине) и основанию. Детали крепления к агрегату выполняются в виде пластин, фланцев, резьбовых втулок и стержней, в которых устанавливаются упругие элементы, и имеют возможность перемещения.
Для обеспечения транспортировки виброизолированных агрегатов, например, по железной дороге, где перегрузки достигают 3g, и работы оборудования в условиях возможных ударных нагрузок, используют дополнительные устройства в виде ограничителей перемещения, растяжки, сложные по форме и, как следствие, низко технологичные конструкции упругих элементов (см., например, патент РФ №2068512 от 25.03.1991 г., МПК F 16 F 3/08, опубл. 27.10.1996 г.). Это усложняет опорную конструкцию
демпфирующего устройства и уменьшает возможности использования агрегатов.
Наиболее близким к предлагаемому решению по совокупности признаков является кольцевой амортизатор по патенту РФ на полезную модель №24865 U1 от 04.02.2002 г., МКИ F 16 F 7/14, опубл. 27.08.2002 г., принятый за прототип.
Прототип состоит из двух опорных площадок - верхней и нижней, которые расположены параллельно одна над другой относительно вертикальной оси, соединены между собой гибкими металлическими стержнями и пружинами, и нижняя площадка, состоящая из двух дисков, имеет возможность поворота в горизонтальной плоскости. При этом конструкция опорных площадок и комбинация упругих элементов амортизатора-прототипа наилучшим образом гасит вибрацию машины.
Однако в прототипе из-за наличия большого зазора между верхней опорной площадкой и пружиной, а также из-за упругих свойств охватывающих опорные площадки гибких стержней:
- не предусмотрена фиксация агрегата (машины) относительно установочной поверхности при транспортировке;
- ограничена защита от перегрузок, возникающих от ударов во время транспортировки, сейсмических и взрывных ударах;
- отсутствуют ограничения перемещений как в горизонтальной, так и вертикальной плоскостях, возникающих при больших наклонах конструкции и при воздействии линейных ускорений.
Невысока и технологичность конструкции прототипа в связи с наличием криволинейных гибких стержней, располагаемых под заданным углом по отношению к опорным площадкам.
Указанные особенности сужают область применения амортизатора-прототипа, исключая, в частности, возможность использования транспортировки агрегатов и оборудования по железным дорогам, где ускорения достигают значений 3g, и размещения их в сейсмоопасных районах. В этих
условиях эффективность виброзащиты при использовании амортизатора-прототипа сравнительно низка.
Задача предлагаемого решения - повышение эффективности защиты от вибраций и ударов, упрощение конструкции и увеличение технологичности и надежности устройства гашения вибраций.
Для решения поставленной задачи в устройстве для гашения вибраций, содержащем две опорные площадки: верхнюю и нижнюю, которые расположены параллельно одна над другой, снабжены по центру соосными отверстиями и соединены между собой упругими элементами, особенность заключается в том, что нижняя опорная площадка выполнена с возможностью жесткого соединения с установочной поверхностью, упругие элементы выполнены в виде цилиндрических пружин, которые фиксируются при помощи направляющих типа бобышек, жестко закрепленных на опорных площадках, в соосных отверстиях опорных площадок расположена опорная втулка с болтом, который установлен с возможностью перемещения в опорной втулке вдоль вертикальной оси, при этом нижний торец опорной втулки жестко зафиксирован на нижней опорной площадке, а на верхнем торце опорной втулки размещена съемная прокладка.
Количество цилиндрических пружин в предлагаемом устройстве не менее двух и может быть увеличено в зависимости от массы виброактивного агрегата.
Опорная втулка может быть жестко зафиксирована на нижней опорной площадке сваркой, или литьем, или прессованием, или развальцовкой, или другим способом, например, болтовым соединением.
Опорная втулка и болт могут быть снабжены взаимной резьбой для возможности уменьшения/увеличения рабочего хода цилиндрических пружин и жесткой фиксации агрегата на нижней опорной площадке при транспортировке.
Съемная прокладка, расположенная на верхнем торце опорной втулки, может быть выполнена в виде кольца и для обеспечения дополнительной фиксации опорной втулки в отверстии верхней опорной площадки снабжена отбортовкой по наружному диаметру.
Предлагаемая конструкция виброизолятора приведена на фиг.1.
Устройство содержит две горизонтально расположенные опорные площадки: верхнюю 1 и нижнюю 2, которые снабжены соосными отверстиями по центру. Верхняя площадка 1 жестко крепится к основанию виброактивного агрегата, а нижняя 2 также жестко - к установочной поверхности, каковой может быть, например, днище контейнера или фундамент. По периметру соосных отверстий между опорными площадками расположены цилиндрические пружины 3, которые при помощи направляющих, например, бобышек 4, жестко фиксируются на встречных поверхностях площадок 1 и 2.
По одной оси с соосными отверстиями в площадках 1 и 2 установлена опорная втулка 5 с болтом-стяжкой 6, который имеет возможность перемещения в опорной втулке 5 вдоль вертикальной оси за счет наличия взаимной резьбы в этих деталях. Опорная втулка 5 жестко зафиксирована на площадке 2 или сваркой, или литьем, или прессованием, или развальцовкой, или, например, болтовым способом соединения.
Между нижней поверхностью основания агрегата и верхним торцом опорной втулки 5 свободно расположена съемная прокладка 7, устанавливаемая на время транспортировки объекта. Прокладка 7 снабжена отбортовкой 8 для исключения горизонтального смещения верхней опорной площадки 1. В нагруженном состоянии между верхним торцом втулки 5 и основанием агрегата имеется зазор, равный разности высоты цилиндрических пружин 3 при рабочей и максимальной нагрузке.
Примечание. Здесь под рабочей нагрузкой понимается нагрузка на упругий элемент при работе виброактивного агрегата или машины, а под
максимальной - когда к нагрузке от агрегата добавляется нагрузка от сейсмических или взрывных ударов.
На фиг.1 приведены также габаритные размеры устройства.
Работа устройства осуществляется следующим образом.
Комплект предлагаемых виброизоляторов крепится к основанию изолируемого объекта верхней опорной площадкой 1 и к установочной поверхности - нижней опорной площадкой 2. Пружины 3 фиксируются встречно установленными в опорных площадках 1 и 2 направляющими бобышками 4.
Если оборудование монтируется на месте эксплуатации, то съемная прокладка 7 не устанавливается, болт-стяжка 6 не затянут, и между нижней поверхностью основанием агрегата и верхним торцом опорной втулки 5 остается зазор. В этом случае при работе виброактивной машины, например, дизельного электроагрегата, комплект виброизоляторов значительно уменьшает вибрационную нагрузку на установочную поверхность за счет упругих свойств цилиндрических пружин 3.
При транспортировке оборудования контейнерного или блочно-контейнерного исполнения в виброизолятор устанавливается прокладка 7, болт-стяжка 6 затягивается, исключая зазор между прокладкой 7 и нижней поверхностью основания агрегата. Таким образом, предлагаемое устройство превращается в жесткую конструкцию без возможности сдвигов и перемещений как в горизонтальном, так и в вертикальном направлениях. Исключению перемещения в горизонтальной плоскости способствует также наличие отбортовки на прокладке 7. На месте эксплуатации прокладка 7 демонтируется, болт 6 устанавливается с зазором 0,5...1,0 мм между головкой болта и основанием агрегата.
При ударах, идущих на изолируемый агрегат со стороны установки, например, сейсмических, предлагаемое устройство компенсирует ударные нагрузки за счет прогиба или сдвига пружин 3 и ограничивает перемещение
работающего электроагрегата в обеих плоскостях. В вертикальной плоскости - опорной втулкой 5 и затянутым болтом 6, а в горизонтальной - опорной втулкой 5 и охватывающим ее основанием верхней опорной площадки.
Очевидно, что предложенная конструкция устройства по сравнению с известными без увеличения сложности приводит к значительному повышению эффективности виброизоляции.
Заявляемое устройство обеспечивает несколько функций:
- виброзащиту - в вертикальной плоскости за счет прогиба пружин, в горизонтальной - за счет сдвига пружин в пределах зазора между опорной втулкой и охватывающим ее основанием верхней опорной площадки;
- демпфирование и ограничение перемещения электроагрегата при сейсмических ударах;
- исключение перемещения агрегата при его транспортировке в составе технологических комплексов, - например, в контейнерах.
Съемная прокладка с отбортовкой, устанавливаемая между основанием агрегата и опорной втулкой, также выполняет две функции:
- при монтаже агрегата на месте эксплуатации предварительная (временная) установка прокладки обеспечивает центровку опорной втулки относительно верхней опорной площадки.
- при транспортировке, когда прокладка установлена и болт затянут, исключаются перемещения и длительная максимальная затяжка пружин, что снимает связанное с ней (затяжкой) накопление усталостных напряжений материала пружин. Отбортовка дополнительно ограничивает смещения агрегата по горизонтали.
Предлагаемое устройство виброзащиты максимально просто в изготовлении, установке и регулировке и не требует применения специальных и дефицитных деталей, узлов и материалов. Все конструктивные детали устройства можно изготовить на стандартном оборудовании типовыми
технологическими процессами и без дополнительной оснастки, что свидетельствует о высоком по сравнению с аналогами уровне технологичности и надежности предлагаемого решения.
В качестве основного конструкционного материала может быть использована сталь с защитными покрытиями.
Применение заявляемого устройства в любых виброизолируемых объектах не требует установки дополнительных страховочных устройств и других фиксирующих элементов.
Предлагаемые изменения, дополнения и усовершенствования конструкции устройства гашения вибраций способствуют решению поставленной задачи повышения эффективности защиты от вибраций и ударов, упрощения конструкции и увеличения технологичности и надежности устройства в целом.
Предлагаемое устройство реализовано на дизельном электроагрегате массой 14700 кг. Комплект виброзащиты состоит из восьми устройств гашения с шестью пружинами в каждом. Получен положительный опыт транспортировки и эксплуатации двенадцати блочно-контейнерных дизельных электростанций в сейсмоактивной зоне на острове Сахалин.