ДЕМПФЕР ВЯЗКОГО ТРЕНИЯ
VISCOSITY FRICTION DAMPER

Изобретение относится к области химического и нефтяного машиностроения и может быть использовано для гашения нежелательных вибраций промышленного оборудования.
Известны гидравлические демпферы вязкого трения, содержащие корпус, заполненный демпфирующей жидкостью и разделенный на две полости перегородкой с перепускными отверстиями, и шток ("Большой энциклопедический словарь политехнический", М., БРЭ, 1998 г., с.216, рис.). Общий недостаток известных демпферов заключается в отсутствии возможности гибкой настройки характеристик демпферов в процессе их работы, что с одной стороны может быть причиной ограничения срока их службы, а с другой - не позволяет применять известные демпферы без предварительного перерасчета системы «демпфер-защищаемый объект».
Наиболее близким к заявляемому по технической сущности и достигаемому эффекту является демпфер вязкого трения (а.с. SU №279265, кл. МПК F16F 5/00, опубл. 10.11.1970 г.), принятый за прототип.
Известный демпфер содержит корпус, заполненный демпфирующей жидкостью и разделенный на две полости центральной перегородкой с перепускными отверстиями, и шток. Стенки корпуса, параллельные перегородке, выполнены в виде мембранных элементов, жестко связанных с корпусом и со штоком, проходящим через центральное отверстие в перегородке. Корпус демпфера может быть снабжен заливочными отверстиями, сообщающимися как минимум с одной из его полостей.
Известный демпфер работает следующим образом. При колебаниях штока, закрепленного относительно неподвижно установленного корпуса, демпфирующая среда продавливается через зазор, образованный центральным отверстием и штоком, а также через перепускные отверстия перегородки, за счет чего происходит рассеивание энергии колебаний.
Недостатками известного демпфера являются:
1) невозможность использования демпфера для любых типов защищаемых объектов, без необходимости предварительного проведения перерасчетов системы «демпфер-защищаемый объект», так как может потребоваться изменение проходного сечения перепускных отверстий в перегородке;
2) невозможность регулирования демпфирующих характеристик демпфера во время его эксплуатации;
3) невозможность оперативного ремонта или замены мембранных элементов, вследствие их неразъемной связи со штоком и корпусом;
4) применение одиночных мембран, жестко связанных со штоком, существенно ограничивает срок службы и снижает надежность работы демпфера.
Задачей предлагаемого изобретения является устранение указанных недостатков, т.е. обеспечение возможности регулирования демпфирующих характеристик демпфера во время его работы, повышение его надежности и ремонтопригодности.
Поставленная задача решается тем, что в демпфере вязкого трения, содержащем корпус с заливочными отверстиями и с мембранными элементами, заполненный вязкой жидкостью и разделенный на две полости центральной перегородкой с перепускными отверстиями, и шток, установленный в центральном отверстии центральной перегородки, согласно изобретению, корпус снабжен фланцами, установленными на его торцевых сторонах, в корпусе демпфера коллинеарно оси симметрии центральной перегородки размещен по меньшей мере один перепускной вентиль высокого давления, сообщенный с перепускным отверстием центральной перегородки и установленный с возможностью изменения площади проходного сечения перепускного отверстия, при этом мембранные элементы выполнены в виде пакетов мембран, каждый из которых набран по меньшей мере из одной мембраны, а сопряжения пакетов мембран со штоком и корпусом демпфера выполнены разъемными с возможностью их герметизации уплотнительными прокладками, установленными в местах сопряжений и зафиксированными по отношению к корпусу упомянутыми фланцами, а по отношению к штоку - гайками и шайбами, установленными на нем.
Перепускной вентиль высокого давления может быть оснащен электроприводом, который функционально связан с датчиками давления, смонтированными в заливочных отверстиях корпуса демпфера, для осуществления удаленного ручного или автоматического управления с обратной связью.
Технический результат предлагаемого изобретения выражается в более эффективном снижении амплитуд колебаний штока с присоединенным к нему защищаемым объектом, за счет возможности регулирования степени демпфирования в процессе эксплуатации демпфера, что позволяет, с одной стороны, использовать демпфер для любых типов защищаемых объектов, без необходимости предварительного проведения перерасчетов системы «демпфер-защищаемый объект», путем гибкого изменения параметров расхода перепускных отверстий, обусловливающего варьирование в широком диапазоне сил неупругого сопротивления и эффективное рассеивание колебательной энергии, а с другой стороны, - эксплуатировать мембранные элементы демпфера в менее жестких условиях, в том числе и за счет применения для сопряжения мембранных элементов с корпусом и со штоком разъемных соединений.
Сущность изобретения поясняется чертежом, где показан предлагаемый демпфер в продольном разрезе.
Заявленный демпфер содержит корпус 1, заполненный вязкой жидкостью и разделенный на две полости 2 центральной перегородкой 3 с перепускным отверстием 4 и штоком 5, проходящим через центральное отверстие 7 перегородки 3. Корпус 1 и шток 5 соединены между собой посредством двух аналогичных пакетов мембран 6, набранных по меньшей мере из одной мембраны. Герметичность и податливость сопряжений пакетов мембран 6 со штоком 5 и корпусом 1 обеспечивается применением плоских прокладочных колец 8 и 9, прижимаемых с требуемым усилием посредством шайб 10, гаек 11 и фланцев 12 с крепежными элементами (не показаны). Для регулировки характеристик демпфера в корпусе 1 демпфера коллинеарно оси симметрии центральной перегородки 3 размещен по меньшей мере один перепускной вентиль 13 высокого давления, сообщенный с перепускным отверстием 4 и установленный с возможностью изменения площади проходного сечения перепускного отверстия 4 перегородки 3, разделяющей сообщающиеся полости 2 демпфера. Для заполнения полостей 2 демпфера вязкой жидкостью предусмотрены заливочные отверстия 14. Перепускной вентиль 13 высокого давления может быть оснащен электроприводом (не показан), функционально соединенным с датчиками давления (не показаны), смонтированными в заливочных отверстиях 14 корпуса 1 демпфера.
Управление работой перепускного вентиля 13 может осуществляться вручную. При реализации возможности автоматического управления параметрами демпфирования во время эксплуатации, в заливочных отверстиях 14 могут быть смонтированы датчики давления (не показаны), а перепускной вентиль высокого давления 13, может быть оснащен электроприводом (не показан), функционально соединенным с датчиками давления для удаленного автоматического управления с обратной связью.
Предлагаемый демпфер работает следующим образом.
При колебаниях штока 5 с присоединенным к нему защищаемым объектом (не показан) относительно неподвижно закрепленного корпуса 1, вязкая жидкость, вытесняемая из одной полости 2 корпуса 1 упругодеформируемым пакетом мембран 6, продавливается через зазор, образованный отверстием 7 и штоком 5, а также через перепускное отверстие 4 в другую полость 2. В случае необходимости снижения амплитуд колебаний на штоке 5, изменяют площадь проходного сечения перепускного отверстия 4 открытием/закрытием перепускного вентиля 13. Управление работой перепускного вентиля 13 может производиться вручную прямым воздействием на его рабочий орган или автоматически с помощью электропривода (не показан), функционально связанного с упомянутыми датчиками давления (не показаны) для осуществления удаленного ручного или автоматического управления с обратной связью.
При закрытии/открытии перепускного вентиля 13 соответственно уменьшается/увеличивается площадь проходного сечения перепускного отверстия 4, снижается/возрастает расход жидкости, продавливаемой через зазор, образованный перепускным отверстием 4 и рабочим органом перепускного вентиля 13, возрастает/снижается давление в полостях 2 корпуса 1 пропорционально квадрату площади проходного сечения перепускного отверстия 4. Аналогичным образом увеличиваются/уменьшаются силы неупругого сопротивления на штоке 5, что обеспечивает более высокий/низкий уровень рассеивания колебательной энергии и снижение амплитуд колебаний штока 5 с присоединенным к нему защищаемым объектом на требуемую величину.
По сравнению с прототипом описываемый демпфер имеет следующие преимущества:
1) обеспечивает до 40% более эффективное снижение амплитуд колебаний на штоке 5 за счет варьирования расхода жидкости 2 через перепускные отверстия 4 в диапазоне от 0 до 100%, где расход при 100% подразумевает расход через перепускные отверстия 4 при полностью открытом перепускном вентиле 13 высокого давления;
2) обеспечивает возможность самонастройки демпфирующих характеристик в ручном или автоматическом режиме, что позволяет до 50% увеличить стабильность работы мембранных элементов 6 и, как следствие, в 2-3 раза увеличить срок службы демпфера;
3) обеспечивает 100% ремонтопригодность вследствие применения для сопряжения мембранных элементов 6 с корпусом 1 и со штоком 5 разъемных соединений.