Адаптивный виброизолятор для виброакустической защиты промышленного оборудования и трубопроводов
ADAPTIVE VIBRATION ISOLATOR FOR VIBRATION-ACOUSTIC PROTECTION OF INDUSTRIAL EQUIPMENT AND PIPELINES

Изобретение относится к машиностроению и используется для гашения вибраций, которые могут быть переданы основаниям опорных конструкций трубопроводов и оборудования.
Известно устройство виброопора крепления кузова к раме автомобиля с изменяемой жесткостной характеристикой (RU 2 294 857 C1), включающее резиновую подушку, основание виброопоры и втулку, которая выполнена перемещающейся с самостопорящейся резьбовой частью при помощи шестигранника под ключ. Резиновая подушка помещена в перемещающуюся втулку; перемещение втулки позволяет производить изменения длины выступающей части подушки. Конструкция изменяет свою вертикальную жесткость обратно пропорционально длине ее выступающей из перемещающейся втулки части. Устройство эффективно снижает вибрацию кузова автомобиля, однако его применение ограничено и не применимо к другому оборудованию или системам трубопроводного транспорта. К причинам, препятствующим достижению указанного технического результата при использовании известного устройства, можно отнести то, что в известном устройстве отсутствует верхняя жёсткая опора непосредственно в отверстии внутри резиновой части устройства.
Наиболее близким устройством того же назначения к заявленному изобретению по совокупности признаков является (патент SU 1 670 238 A2). Виброизолятор с управляемой жёсткостью состоит из нелинейных упругих элементов и преобразователей электрического сигнала в перемещение. Изменением управляющего электрического сигнала регулируется жесткость виброизолятора. С помощью упругого элемента обеспечивается разгрузка виброизолятора от статических воздействий, что формирует симметричную силовую характеристику виброизолятора по отношению к динамическим нагрузкам и дает возможность линейного преобразования электрического сигнала источника в изменение жесткости виброизолятора. Устройство принято за прототип.
Устройство-прототип обладает рядом недостатков. Внутренняя конструкция необоснованно сложная и затратная в изготовлении; зачастую технологическое оборудование работает длительное время на одной частоте и непрерывного изменения жесткостных характеристик не требуется. Устройство имеет усложненную конструкцию, содержит пакет нелинейных упругих элементов; преобразователи электрического сигнала в перемещение. При этом использование устройства не позволяет достичь указанного эффекта виброизоляции.
К причинам недостаточной эффективности работы и не достижения необходимого технического результата при использовании известного устройства, принятого за прототип, можно отнести то, что в известном устройстве недостаточная жесткость крепления.
Технический результат изобретения – повышение эффективности работы виброизолятора, гашение вибраций технологического оборудования, энергетических установок и трубопроводов, в том числе при перемещении  жидких или  газообразных материалов по технологическому трубопроводу, в широком частотном диапазоне, предотвращение появления резонансных режимов в конструкциях трубопроводов и оборудования, а также упрощение конструкции виброизолятора и возможность его использования для оборудований и трубопроводов с различной массой, в том числе и с повышенной.
Технический результат достигается тем, что в известном виброизоляторе с управляемой жесткостью, включающем нижний металлический опорный фланец – нижняя платформа и верхний металлический опорный фланец – верхняя платформа, которые соединены болтом, расположенным  по центру виброизолятора и проходящим сквозь верхнюю платформу, разгружающий упругий элемент с меняющейся жесткостью, размещенный между верхней и нижней платформами, регулятор жесткости и крепежные элементы, особенностью является то, что нижняя платформа снабжена стаканом-корпусом в виде толстостенного полого цилиндра с закрытым верхним торцом, приваренным к опорному фланцу, регулятор жесткости цилиндрической формы с шестигранным сечением под гаечный ключ в верхней его части изготовлен с возможностью поворота, внешняя сторона нижней части регулятора жесткости снабжена резьбой для соединения со стаканом-корпусом, который снабжен резьбовым соединением, расположенным в толще его стенки, при этом в качестве разгружающего упругого элемента использована упругая массивная вставка – демпфер, зафиксированный регулятором жесткости и защитным гофрированным резиновым пыльником, установленным снаружи между регулятором и верхней платформой.
Демпфер может быть изготовлен многокомпонентным из армированной резины или в виде резиновых оболочек, наполненных жидкостью.
Для повышения эффекта виброизоляции нижняя платформа с внешней стороны снабжена резиновыми вставками, а для надежной фиксации демпфера наружная часть дна стакан-корпуса нижней платформы выполнена ребристым.
Сущность изобретения заключается в следующем.
Адаптивный виброизолятор предназначен для гашения колебаний, возникающих при работе технологического оборудования, установок или трубопроводов и включает в себя нижний опорный фланец – нижняя платформа с отверстиями для крепления к полу или фундаменту; к нему приварен стакан-корпус, в толще стенки стакана-корпуса нарезана резьба, которая соединяет его с регулятором жесткости, имеющим в верхней части шестигранное сечение для возможности поворота гаечным ключом, с помощью которого поворот регулятора позволят изменять величину зазора между ним и верхним опорным фланцем - верхней платформой, который в свою очередь имеет элементы крепления для установки устройства под оборудование или трубопровод.
Устройство - адаптивный виброизолятор позволяет регулировать параметры гашения вибраций, такие как степень виброизоляции и максимальная статическая нагрузка. В заявляемом устройстве сложная автоматическая регулировка заменена на механическую; изменение зазора свободного хода позволяет достаточно широко изменять амплитуду перемещения опорных фланцев – платформ виброизолятора относительно друг друга, увеличивая или уменьшая жёсткость соединения.
Устройство включает базовый металлический стакан-корпус нижней  платформы. Отверстия на фланце нижней платформы позволяют производить крепление виброизолятора на фундамент или иные конструкционные элементы. Диаметр отверстий выбирается в зависимости от объекта виброизоляции.
В толще стенки стакана-корпуса нарезана резьба, обеспечивающая плотное соединение с регулятором и удерживающая регулятор на требуемом расстоянии. Верхняя часть регулятора имеет шестигранное сечение для гаечного ключа, посредством которого меняется величина зазора между ним и верхней платформой.
В центральной части виброизолятора между стакан-корпусом, регулятором и верхней платформой размещается массивная вставка – демпфер. Демпфер из полимерного материала представляет собой регулируемую по высоте и напряжению сжатия упругую вставку. Материал подбирается на основе деформационных свойств конкретного материала в зависимости от массы поддерживаемого оборудования. Демпфер изготавливается из вязко-упругого эластичного полимерного материала, например, из акрилонитрилбутадиенкаучука. В зависимости от нагрузок, допустимо использование в качестве демпфера многокомпонентных вставок из армированной резины для высоких нагрузок или наполненные жидкостью, например, водой, резиновые оболочки для лёгкого оборудования.
Для предотвращения загрязнения демпфера снаружи между регулятором и верхней частью верхней платформы устанавливается гофрированный резиновый пыльник, закрепленный на регуляторе и верхней части верхней платформы с помощью соединительных элементов.
Изменение высоты свободного хода позволяет достаточно широко менять амплитуду перемещения частей виброизолятора относительно друг друга, вследствие чего демпфер изменяется в размерах, увеличивая или уменьшая жёсткость соединения виброизолятора и виброизолируемого оборудования (установок, трубопроводов). Так же при изменении величины зазора между металлическими элементами – верхней и нижней платформами виброизолятора меняется собственная частота колебания оборудования, установок, трубопроводов, что позволяет избежать появления резонансных режимов.
Заявленный виброизолятор при достаточно простой в изготовлении конструкции может обеспечивать существенное снижение вибрации технологического оборудования, установок и присоединенных трубопроводных систем, имеющих различные весовые и геометрические характеристики. При этом работа виброизолятора обеспечивает гашение вибраций в широком частотном диапазоне. Обеспечивается возможность подбора жёсткости демпфера для наиболее эффективного гашения колебаний оборудования и трубопроводов и предотвращения резонанса колебаний.
Технические характеристики адаптивного виброизолятора, оборудования и трубопроводов:
10%
1. Рекомендуемая максимальная статическая нагрузка: F=2200 H
10%
2. Рекомендуемая минимальная статическая нагрузка: F=1000 Н
20%
3. Максимальная динамическая нагрузка при максимальной статической нагрузке: F=4300 H
20%
4. Максимальная динамическая нагрузка при минимальной статической нагрузке: F=2500 H
5. Статическая деформация демпфера 5:  s=3,7-7 мм
6. Длина демпфера 5: l=37-70 мм.
7. Частота колебаний виброизолируемого объекта при степени виброизоляции более 50%: 600-4000 1/мин.
На фигуре изображен предлагаемый виброизолятор, где приняты следующие обозначения: 1 – нижняя платформа; 2 – стакан-корпус; 3 – регулятор; 4 – верхняя платформа; 5 – демпфер; 6 – пыльник; 7 – болт.
Виброизолятор содержит стакан-корпус 2 нижней платформы 1, регулятор 3, верхнюю платформу 4, изготовленные из металла, демпфер 5, изготовленный из вязко-упругого эластичного полимерного материала, например, из акрилонитрилбутадиенкаучука, пыльник 6, выполненный из гофрированной резины, болт – 7 и крепёжные элементы (на фигуре не показаны), выполненные из металла.
Отверстия, расположенные на нижней платформе 1, позволяют при помощи крепежных элементов (болтов и гаек) производить крепление виброизолятора на фундамент или другую опорную поверхность, трубопроводы или иные конструкционные элементы. Диаметр отверстий выбирается в зависимости от объекта виброизоляции.
Стакан-корпус 2 жестко соединен с опорным фланцем нижней платформы 1, например, при помощи сварных швов. Нижняя платформа) 1 выполнена из металла и имеет круглую форму. В целях улучшения эффекта виброизоляции в опорном фланце нижней платформы 1 могут устанавливаться резиновые вставки. Толщина опорного фланца нижней платформы 1 может подбираться исходя из характеристик источника нежелательной вибрации и особенностей фундамента или другой опорной поверхности, на которые крепится виброизолятор, и в среднем составляет 15 см.
Стакан-корпус 2  выполнен в виде полого цилиндра с закрытым верхним торцом (в виде перевернутого стакана) и имеет резьбовое соединение, расположенное в толще стенки стакана-корпуса, для соединения с регулятором 3. Для лучшей фиксации демпфера 5 дно стакана-корпуса – внешняя сторона закрытого верхнего торца толстостенного полого цилиндра с выполнено ребристым. Внутри виброгасителя по центру, между нижней платформой 1 со стаканом-корпусом 2 и верхней платформой 4, расположен болт 7, который соединяет их между собой, проходит сквозь верхнюю платформу 4 наружу. Болт 7 жестко (например, посредством сварных швов) присоединен к верхней части стакана-корпуса 2 (к дну), а верхняя часть болта 7 выходит наружу за пределы верхней платформой 4 на высоту, необходимую для наиболее лучшего крепления к технологическому оборудованию, энергетическим установкам или трубопроводам. Крепежные элементы (на фигуре не показаны) крепятся к технологическому оборудованию, энергетическим установкам или трубопроводам с помощью резьбовых отверстий или специальной металлической вставки, в которой выполнены резьбовые отверстия и которая крепится к технологическому оборудованию, энергетическим установкам или трубопроводам, например, с помощью сварных швов.
Верхняя платформа 4 имеет металлические элементы крепления для установки металлических крепежных элементов (на фигуре не показаны). Крепежные элементы, которыми снабжены нижняя платформа 1 и верхняя платформа 4 позволяют соединить виброгаситель с технологическим оборудованием, энергетическими установками или трубопроводами, вибрацию которых необходимо снизить. Регулятор 3 имеет в верхней части шестигранное сечение для возможности поворота гаечным ключом, с помощью которого поворот регулятора позволят изменять величину зазора между ним и верхней платформой 4.
В центральной части виброгасителя между стакан-корпусом 2, регулятором 3 и верхней платформой 4 размещается массивная вставка - демпфер 5. Для предотвращения загрязнения демпфера 5 снаружи между регулятором 3 и верхней частью верхней платформы 4 устанавливается гофрированный резиновый пыльник 6, закрепленный на регуляторе 3 и верхней части платформы 4 с помощью соединительных элементов (например, металлических креплений и резиновых жгутов). Положение резинового пыльника фиксируется за счет перемещения регулятора 3, на котором он закреплен.
Включение предложенного виброизолятора в систему технологического оборудования, в энергетические установки и (или) в трубопроводы позволяет получить максимальные эффекты по снижению вибраций и пульсаций давления в источнике вибрации.
Устройство работает следующим образом. Вибрации, оборудования, установок или трубопроводов, образующиеся при их работе, передаются на виброизолятор и гасятся за счет передачи инерционных сил на демпфер 5, выполненный из вязко-упругого эластичного полимерного материала, например, из акрилонитрилбутадиенкаучука. Демпфер 5 расположен между стаканом-корпусом 2, верхней платформой 4 и регулятором 3. Для предотвращения загрязнения демпфера 5 снаружи между регулятором 3 и верхней частью платформы 4 устанавливается гофрированный резиновый пыльник 6. Жесткость демпфера 5 регулируется регулятором 3. Изменение зазора свободного хода позволяет достаточно широко менять амплитуду перемещения частей виброизолятора относительно друг друга, увеличивая или уменьшая жёсткость соединения. Так при изменении величины зазора между стакан-корпусом 2 и демпфером 5 изменяется собственная частота колебания виброизолятора, что позволяет избежать совпадения частот и появления резонанса оборудования, установок и присоединенных трубопроводных систем. При этом работа устройства допускается в широком частотном диапазоне и обеспечивает большую вариативность возможной массы оборудования, установок и присоединенных трубопроводных систем, на которые устанавливается виброизолятор.
Конструктивные элементы виброизолятора скомпонованы в единую систему – стакан-корпус 2, и с помощью нижней платформы 1, болта 7 и крепежных элементов устройство крепится между твердой поверхностью и виброизолируемым объектом. Таким образом, вибрации оборудования, установок и присоединенных трубопроводных систем гасятся, а не передаются по полу и далее к другим элементам технологических установок.