УСТРОЙСТВО ВИБРОПОГЛОЩАЮЩЕЙ ПОВЕРХНОСТИ ТРУБОПРОВОДА
VIBRATION-ABSORBING PIPELINE SURFACE

Изобретение относится к области виброакустической защиты и касается вопросов демпфирования механических колебаний в судовых и корабельных трубопроводах.
Известно устройство вибропоглощающей поверхности трубопровода, включающее слой жесткого вибропоглощающего покрытия, нанесенного на наружную поверхность трубопровода и охваченного снаружи прижимным жестким кожухом, имеющим стягивающее механическое крепление (см. А.С.Никифоров «Вибропоглощение на судах». - Л.: Судостроение, 1979, стр.166, рис.72, съемная конструкция для демпфирования трубопроводов) - прототип.
Недостатком указанного устройства, как показали соответствующие эксперименты и расчеты демпфирования балочных форм колебаний путем нанесения на трубы как жесткого вибропоглощающего покрытия (ВПП), так и жесткого ВПП с наружным армирующим кожухом, является малая эффективность демпфирования вибраций трубопровода, так как демпфирование осуществляется исключительно за счет деформации растяжения-сжатия вязкоупругих слоев покрытия. Наружный жесткий кожух не приводит к более эффективному демпфированию трубопровода, поскольку при малых колебаниях сечение трубы остается плоским и сдвиговых деформаций вязкоупругого слоя также не происходит.
Задачей предлагаемого изобретения является создание устройства вибропоглощающей поверхности трубопровода с высоким уровнем демпфирования изгибно-балочных колебаний трубопроводов судовых и корабельных систем при деформациях растяжения-сжатия и сдвига в слое жесткого ВПП с учетом требований по эксплуатации.
Указанный технических результат достигается тем, что в известном устройстве вибропоглощающей поверхности трубопровода, включающем слой жесткого покрытия, нанесенного на наружную поверхность трубопровода и охваченного снаружи прижимным жестким кожухом, имеющем стягивающее механическое крепление, упомянутый слой покрытия разделен по окружности трубопровода продольными сквозными разрезами на четное число, равное четырем и более, простирающихся вдоль трубопровода полос, имеющих просвет между собой, а прижимной жесткий кожух выполнен состоящим также из разделенных по периметру трубы на не менее чем четыре полосы дугообразной формы, связанные друг с другом посредством стягивающих механических креплений без образования сплошного кожуха.
Кроме того, ширина просвета между разрезанными продольными полосами жесткого вибропоглощающего покрытия составляет 0.5-1 толщины слоя упомянутого покрытия.
Разделение слоя нанесенного снаружи трубопровода упомянутого жесткого покрытия по окружности трубопровода продольными сквозными разрезами на четное число, равное четырем и более, простирающихся вдоль трубопровода полос, имеющих просвет между собой, обеспечивает создание возможности компенсации тепловых расширений покрытия при применении указанного устройства в зонах с повышенными температурами. Также вышеуказанное разделение слоя приводит при обжатии наружным прижимным кожухом к более плотному прилеганию упомянутого жесткого покрытия к защищаемому трубопроводу, например недопущению образования воздушных полостей между слоем жесткого покрытия и трубопроводом. Таким образом, наличие разрезов улучшает эксплуатационные свойства наносимого жесткого покрытия, обеспечивая нейтрализацию возможных нарушений работы и эффективности из-за несоблюдения технологии изготовления и обжатия.
Наличие разрезов жесткого прижимного наружного кожуха устройства вибропоглощающей поверхности приводит к нарушению плоскостности сечения составной трубы под двумя противоположными сегментами, например, верхним и нижним (в зависимости от способа возбуждения и крепления трубопровода), и как следствие, к появлению сдвиговых деформаций в жестком покрытии под этими сегментами кожуха, потери которых значительно выше потерь деформации растяжения-сжатия в дополнение к деформации растяжения-сжатия в нем.
Кроме того, обеспечение отсутствия сплошности жесткого кожуха при креплении его полос также устраняет нейтрализацию возможности сдвиговых деформаций в жестком покрытии.
Наличие не менее четырех полос в корпусе жесткого кожуха обеспечивает демпфирование изгибных колебаний трубопровода вне зависимости от реализовавшейся в каждом конкретном случае плоскости изгибных колебаний трубопровода, зависящей в свою очередь от типа источника колебаний и крепления трубопровода.
Наличие ширины разрезов в слое жесткого покрытия порядка 0.5-1 толщины слоя самого жесткого покрытия обеспечивает предотвращение сплошности как самого покрытия, так и кожуха, и реализует стабильность работы и эффективности устройства вибропоглощающей поверхности трубопроводов вне зависимости от эксплуатационных параметров.
Таким образом, обеспечивается возможность увеличения сдвиговой деформации разрезанного на полосы ВПП и использование устройства вибропоглощающей поверхности трубопровода в зонах с повышенными температурами за счет компенсации тепловых расширений покрытия.
Количество и соотношение размеров жесткого кожуха должно быть оптимизировано для достижения максимального эффекта деформации растяжения-сжатия и сдвига в жестком покрытии за счет изгибных колебаний работающих в конкретном случае противоположных сегментов кожуха.
Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг.1 представлено устройство вибропоглощающей поверхности трубопровода (поперечное сечение), а на фиг.2 - данные экспериментальных исследований эффективности устройства.
Вокруг трубопровода 1 (фиг.1) снаружи нанесен слой жесткого покрытия 2, разделенного по окружности трубопровода продольными сквозными разрезами на четное число, равное четырем и более, простирающихся вдоль трубопровода полос 3, имеющих просвет 4 между собой, составляющий 0.5-1 толщины слоя упомянутого покрытия. Снаружи упомянутого жесткого покрытия 2 установлен прижимной жесткий кожух 5, выполненный состоящим также из разделенных по периметру трубы 1 на не менее чем четыре полосы 6 дугообразной формы, связанных друг с другом посредством механических креплений 7. Причем упомянутые полосы стянуты так, чтобы между ними сохранялся зазор, чтобы не было образования сплошного кожуха.
Устройство работает следующим образом.
В процессе эксплуатации судовые механизмы возбуждают вибрации в подсоединенных к ним трубопроводах. При изгибных колебаниях защищаемого трубопровода, например, верхний и нижний сегменты наружного жесткого кожуха не испытывают практически деформации растяжения и сжатия из-за меньших значений модуля Юнга и модуля сдвига слоя жесткого покрытия, нанесенного на защищаемый трубопровод, по сравнению с модулем Юнга и сдвига самого трубопровода.
При этом возникает сдвиговая деформация и деформация растяжения-сжатия в слое жесткого покрытия между растягивающимися элементами трубопровода и наружными верхним и нижним элементами жесткого кожуха. Жесткое же покрытие между боковыми сегментами жесткого кожуха и трубопроводом не испытывает деформации сдвига. При изменении плоскости изгибных колебаний трубопровода (плоскости поляризации изгибной волны) происходит перераспределение деформации между верхним и нижним сегментами кожуха и боковыми сегментами с сохранением вибродемпфирующего эффекта.
Таким образом, нанесенное на наружную поверхность трубопровода жесткое покрытие при изгибных колебаниях трубопровода получает возможность деформации не только растяжения-сжатия, но и сдвига, то есть обеспечивается полезный демпфирующий эффект дополнительно за счет сдвиговых деформаций в жестком покрытии, уменьшающий амплитуду колебаний трубопровода. Также обеспечивается компенсация температурных расширений покрытия за счет продольных разрезов жесткого покрытия на полосы с просветом между ними.
Жесткость кожуха снаружи указанного слоя жесткого покрытия обеспечивает более плотное прилегание слоя жесткого покрытия к демпфируемой поверхности трубопровода, за счет чего сдвиговые деформации в жестком слое покрытия увеличиваются. Количество разрезов должно быть не менее четырех, чтобы эффект демпфирования не зависел от поляризации изгибной волны.
Для подтверждения теоретических исследований и уточнения количественных характеристик были проведены экспериментальные исследования эффективности устройства вибропоглощающей поверхности, результаты которых приведены на фиг.2.
Из частотной характеристики акустической эффективности устройства вибропоглощающей поверхности трубопровода (фиг.2) видно, что величина эффективности (уменьшение амплитуды колебаний) составляет 10-20 дБ (3-10 раз) в диапазоне 1300-5000 Гц.
Следовательно, применение разрезанных полос покрытия с наружным жестким, составленным из дугообразных полос, кожухом снижает уровень вибраций демпфируемых трубопроводов.