УСТРОЙСТВО ДЛЯ ГАШЕНИЯ КОЛЕБАНИЙ ТРУБОПРОВОДА

Полезная модель относится к областям машиностроения и транспорта, в  частности, к средствам борьбы с вибрациями трубопроводов и излучаемыми ими шумами.
Известно устройство для гашения колебаний трубопровода на гнутых участках, участках максимальной подвижности и в местах соединения отдельных звеньев трубопровода, содержащее размещенный на соответствующем участке виброгасящий элемент, преобразующий электромагнитную энергию в механическую, снабженный элементом регистрации возмущений, исполнительным механизмом и генератором сигналов /см. а.с. СССР №665173, кл. F16L 55/04, 1978 [1]/.
Известно также устройство для гашения вибраций трубопроводов, содержащее плотно установленный между наружной поверхностью трубопровода и корпусом вязко-упругий демпфирующий элемент, выполненный в виде замкнутой кольцевой камеры, частично заполненной электролитом и снабженной электродами и сквозным каналом с вентилем /см. а.с. СССР №806979, кл. F16L 55/04, F17D 1/10, 1981 [2]/.
Однако, данные устройства характеризуются значительной сложностью, требуют применения специальных источников питания, узлов и механизмов, вследствие чего не могут найти широкого практического применения.
Известны также более простые устройства для гашения колебаний трубопроводов, содержащие либо вязко-упругий материал, заполняющий пространство между внешней поверхностью трубопровода и дополнительным корпусом /см. а.с. СССР №1725003, кл. F16L
55/00, 1989 [3], либо закрепленную на внешней поверхности трубопровода специальную цилиндрическую оболочку с демпфирующим элементом и вибропоглощающим материалом /см. а.с. СССР №1800206, кл. F16L 55/00, 1993 [4]/.
Однако, известные устройства характеризуются низкой эффективностью гашения колебаний трубопроводов при возникновении наиболее опасных резонансных режимов, что объясняется пассивным характером устранения колебаний путем вибропоглощения энергии в упругом заполнителе, отсутствием возможности активного воздействия на колебательную систему, необходимостью обеспечения контакта трубопровода с дополнительным корпусом, либо усложнения и ужесточения конструкционных и технологических параметров демпфирующих вибропоглощающих элементов.
Наиболее близким устройством того же назначения к заявленной полезной модели по совокупности признаков является устройство для гашения колебаний трубопроводов, содержащее охватывающий трубопровод демпфирующий элемент из вязко-упругого материала и прижимную обойму, связанную с помощью упругого элемента с источником вибрации /см. а.с. СССР №1242664, кл. F16F 15/04, 1984 [5]/, и принятое за прототип.
Недостатками устройства-прототипа являются низкая эффективность гашения резонансных колебаний трубопровода, что объясняется невозможностью активной автоматической отстройки колеблющегося трубопровода от резонансного режима путем адаптивной перестройки жесткостных параметров виброгасящего устройства, а также ограниченные области применения вследствие необходимости упругой связи виброгасителя с источником вибраций.
Сущность полезной модели заключается в создании устройства для гашения колебаний трубопроводов, способного автоматически отстраиваться от резонансных режимов путем перестройки своей упругой системы за счет введения в систему механических фиксирующих элементов, в частности, застежек-молний, изменяющих под действием вибраций упругую характеристику системы.
Технический результат - повышение эффективности гашения резонансных колебаний трубопровода и расширение областей применения устройства.
Указанный технический результат при осуществлении полезной модели достигается тем, что в известном устройстве для гашения колебаний трубопровода, содержащем плотно охватывающую участок трубопровода демпфирующую цилиндрическую втулку из вязко-упругого материала, особенность заключается в том, что по всей своей боковой поверхности втулка снабжена застежками-молниями, ориентированными периодически вдоль ее образующих, на каждой из которых выполнены по две застежки-молнии, расположенные с краев втулки оппозитно друг другу с направлением застегивания от середины втулки к ее торцам и имеющие различную ширину прорезей в теле втулки для размещения ленты-носителя, при этом замки каждой из вышеуказанных пар наполовину застегнутых застежек-молний соединены между собой жестким стержнем, шарнирно прикрепленным концами к рукояткам замков и снабженным установленной на нем инерционной массой.
Сущность полезной модели поясняется чертежом, где схематично изображено предлагаемое устройство, общий вид.
Устройство для гашения колебаний трубопровода содержит
плотно охватывающую участок трубопровода I демпфирующую цилиндрическую втулку 2 из вязко-упругого материала, по всей своей боковой поверхности снабженную застежками-молниями 3, 4, ориентированными периодически вдоль ее образующих, на каждой из которых выполнено по две застежки-молнии 3, 4, расположенные с краев втулки 2 оппозитно друг другу с направлением застегивания от середины втулки 2 к ее торцам и имеющие различную ширину прорезей 5, 6 в теле втулки 2 для размещения ленты-носителя 7, 8, при этом замки 9, 10 каждой из вышеуказанных пар наполовину застегнутых застежек-молний 3, 4 соединены между собой жестким стержнем II, шарнирно прикрепленным концами к рукояткам 12, 13 замков 9, 10 и снабженным установленной на нем инерционной массой 14, выполненной, например, в виде свинцового шарика с осевым отверстием, надетого на стержень II и зафиксированного в его центральной части путем сжатия шарика II. Демпфирующая втулка 2 выполнена из толстой прорезиненной материи, либо из специальных тканых лент, толщиной до 10 мм, идущих на изготовление приводных ремней.
Работа предлагаемого устройства осуществляется следующим образом.
В исходном статическом состоянии все застежки-молнии 3, 4 находятся, как показано на рисунке, в наполовину застегнутом состоянии. При этом замки 9, 10 каждой пары застежек-молний 3, 4, лежащих на одной образующей втулки 2, соединены жестким стержнем II, поэтому, при частичном застегивании одного из замков, например 9 данной пары, на столько же расстегивается другой замок 10. Жесткость упругой системы трубопровод I - втулка 2 в
любом поперечном направлении определяется эквивалентной жесткостью в данных направлениях обоих элементов системы, то есть трубопровода и втулки. Причем, при размещении втулки 2 на участках максимальной подвижности трубопровода 1, в местах упругих соединений его отдельных звеньев и т.д., жесткость эквивалентной системы в значительной степени определяется жесткостью втулки 2 в поперечных направлениях. В свою очередь поперечная жесткость последней самым критичным образом зависит от общей площади сплошного тела втулки 2, то есть как от суммарной длины расстегнутых-застегнутых застежек-молний 3, 4, так и от местоположения данных застежек 3, 4 на теле втулки 2. Это объясняется тем, что вследствие разной ширины прорезей 5,6 расстегивание-застегивание одних и тех же по длине участков различных застежек-молний 3, 4 приводит к разному уменьшению-увеличению общей площади сплошного тела втулки 2. Поэтому, любое смещение даже одного стержня II, сопровождающееся застегиванием одного 9 и таким же расстегиванием другого 10 из соответствующей пары замков, приведет к скачкообразному изменению жесткости втулки 2 во всех поперечных направлениях. При возникновении резонансных колебаний трубопровода I втулка 2 в месте его малой жесткости начнет совершать сложные изгибно-крутильные колебания, которые приведут в свою очередь к интенсивным колебаниям инерционной массы 14, и, соответственно, к изгибно-продольным колебаниям стержня II, раскачивающего через рукоятки 12, 13 связанную с ним пару застежек-молний 3,4. Как широко известно, при таких вибрационных динамических режимах даже минимальная ассиметрия, обязательно присущая на практике конструкции любого устройства,
вызывает такие динамические эффекты однонаправленного "ухода" системы от исходного состояния, как самоотворачивание резьбы при вибрации, выход пробок, расстегивание замков-молний и т.п. В данном конкретном случае ассиметрия любой пары связанных стержнем II застежек-молний 3, 4 обусловлена тем, что у каждой застежки-молнии одного типа усилия застегивания-отстегивания при действии вибрации коренным образом отличаются вследствие сугубо индивидуальной характеристики каждого замка, зависящей от целого ряда его конструктивно-технологических параметров, а также тем, что колебания массы 14 со стержнем II обуславливают приложение к любому из замков каждой пары различных нагрузок как по интенсивности, так и по направлению воздействия. Однако, главным является то, что в предлагаемой конструкции специально обеспечена жесткостная ассиметрия сторон втулки 2 за счет выполнения различной ширины прорезей 5, 6 в ее теле. Таким образом, линейное смещение жесткого стержня II, например, влево на рисунке приведет к застегиванию из среднего положения застежки-молнии 3 и такому же по длине одновременному расстегиванию аппозитно ей установленной застежки-молнии 4, соответственно, к включению в зону сплошного тела втулки 2 части прорези 5 и выключению такой же по длине части прорези 6, имеющей меньшую ширину, скачкообразному увеличению за счет этого поперечной жесткости втулки 2, и, соответственно, к мгновенному срыву резонансного режима, то есть к автоматической адаптивной отстройке колебательной системы от резонансного режима. Кроме того, такое смещение пар застежек-молний 3, 4 друг относительно друга приведет к перераспределению растегнутых и застегнутых частей застежек,
находящихся в контакте с участками трубопровода I под ними, также имеющими различную жесткость, что дополнительно увеличивает частоту и глубину скачков жесткости. Так как в конструкции не одна пара, а система застежек-молний 3, 4, расположенных по всему телу втулки 2, то вибрационный резонансный режим будет сопровождаться процессом, состоящим из непрерывной цепи последовательных скачкообразных изменений жесткости упругой системы, обуславливающим практически мгновенный срыв колебаний и адаптивную отстройку от резонансных режимов. После срыва резонанса вся система замков-молний занимает новое статическое исходное состояние, сохраняющееся до возникновения нового резонансного режима. При этом связь каждой пары застежек-молний 3, 4 жестким стержнем II не позволит, например, всем застежкам расстегнуться полностью, после чего возникла бы сложность их перевода при возникновении резонансных режимов в новое исходное состояние.
Предложенное устройство, отличаясь высокой эффективностью гашения паразитных колебаний трубопроводов, имеет при этом предельно простую конструкцию, не требует применения специальных узлов, элементов или схемных решений. Кроме того, устройство может быть использовано для трубопроводов практически любого типа, не требует необходимости введения специальных корпусов для размещения демпфирующих элементов, не требует установления упругого контакта с источником вибровозмущений. В ряде случаев выполнение последних требований является не просто очень сложным, но практически невозможным вследствие трудного доступа к поверхности трубопровода и т.п.