УСТРОЙСТВО ДЛЯ ГАШЕНИЯ КОЛЕБАНИЙ ТРУБОПРОВОДА

Полезная модель относится к машиностроению и транспорту, в частности к средствам борьбы с вибрациями трубопроводов и излучаемыми ими шумами.
Известно устройство для гашения колебаний трубопровода, содержащие установленный на внешней поверхности трубопровода корпус с вязкоупругим наполнителем [а.с. СССР №1725003, Устройство для гашения колебания трубопровода, МПК F16L 55/00, авторы Ковинская С.И. и др., опубл. 07.04.1982, БИ №131989].
Недостатком является низкая эффективность гашения колебаний трубопровода при возникновении наиболее опасных резонансных режимов колебаний, что объясняется пассивным характером устранения колебаний в устройстве путем поглощения энергии колебаний в упругом заполнителе, рассеивания энергии вибропоглощающим материалом и т.п.
Известно устройство для гашения колебаний трубопровода, содержащее дополнительный корпус, в виде установленной на участке трубопровода коаксиально его оси полой цилиндрической оболочки с вязкоупругим наполнителем, и осевой элемент, установленный без зазора между трубопроводом и вязкоупругим наполнителем, осевой элемент выполнен в виде упругой тонкостенной цилиндрической оболочки с продольными гофрами, каждый из которых имеет по два устойчивых состояния с противоположными направлениями выпуклости [патент РФ №2215925, МПК: F16L 55/02, Устройство гашения колебаний, автор Белый Д.М., опубл. 10.11.2003, БИ №31].
Недостатком данного устройства является то, что устройство недостаточно эффективно при возникновении резонансных режимов и не позволяет автоматически отстроить трубопровод от резонансного режима путем адаптивной перестройки, например, его жесткостных параметров.
Данное устройство выбрано авторами в качестве прототипа.
Техническим результатом является повышение эффективности гашения резонансных колебаний трубопровода в широком диапазоне частот и амплитуд за счет гашения колебаний трубопровода, способного автоматически отстраиваться от резонансного режима путем перестройки своей упругой системы.
Технический результат достигается тем, что в устройстве для гашения колебаний трубопровода, содержащем дополнительный корпус в виде установленной на участке трубопровода коаксиально его оси полой цилиндрической оболочки с вязкоупругим наполнителем, и внутренний осевой элемент, установленный без зазора между трубопроводом и вязкоупругим наполнителем, выполненный в виде упругой тонкостенной цилиндрической оболочки с гофрами, каждый их которых имеет по два устойчивых состояния с противоположно направленными выпуклостями, по внутренней поверхности дополнительного корпуса установлен наружный осевой элемент, который выполнен в виде упругой тонкостенной цилиндрической оболочки с гофрами, каждая из которых имеет по два устойчивых состояния с противоположными направлениями выпуклостей, и установлен без зазора между внутренней поверхностью цилиндрической оболочки и вязкоупругим наполнителем, причем гофры на наружной и внутренней упругих тонкостенных цилиндрических оболочках выполнены наклонными, направлены в противоположные стороны и имеют разное количество и высоту выпуклостей, причем выпуклость гофров упругой тонкостенной цилиндрической оболочки наружного осевого элемента больше выпуклости гофров упругой
тонкостенной цилиндрической оболочки внутреннего осевого элемента. Гофры на упругих тонкостенных цилиндрических оболочках наружного и внутреннего осевого элемента выполнены с разными углами наклона.
На фиг.1 схематично изображено предлагаемое устройство в сечении, перпендикулярном оси трубопровода, в статическом состоянии;
на фиг.2 - устройство в момент срыва резонансного режима.
Устройство для гашения колебаний трубопровода содержит дополнительный корпус в виде установленной на участке трубопровода 1 коаксиально его оси полой цилиндрической оболочки 2 с вязкоупругим наполнителем 3, внутренний и наружный осевые элементы, выполненные в виде упругих тонкостенных цилиндрических оболочек 4 и 5 с гофрами, каждый из которых имеет по два устойчивых состояния с противоположными направлениями выпуклости, установленные без зазора между трубопроводом 1 и вязкоупругим наполнителем 3, а также между наполнителем 3 и полой цилиндрической оболочкой 2. Данные устройства установлены на отдельных участках трубопровода 1 в зонах его наиболее интенсивных резонансных колебаний, чаще всего на поворотах трубопровода. Гофры на наружной 5 и внутренней 4 тонкостенных цилиндрических оболочках наклонены в противоположные стороны и имеют разную высоту выпуклостей и их количество.
Работа устройства осуществляется следующим образом. В статическом состоянии трубопровода 1 или при малой (нерезонансной) интенсивности колебаний (фиг.1) жесткость упругой системы в любом поперечном направлении определяется эквивалентной исходной жесткостью вязкоупругого наполнителя 3 и упругих тонкостенных цилиндрических оболочек 4 и 5 в данном направлении. Диссипация энергии колебаний в этом случае происходит за счет внутреннего трения и относительного смещения элементов 1, 2, 3, 4, 5 друг относительно друга. При возникновении резонансных поперечных колебаний трубопровода,
например, вдоль оси У (фиг.1, 2) и смещении трубопровода 1, например, в сторону "+" оси У скачком изменяется геометрическая конфигурация упругих тонкостенных цилиндрических оболочек 4 и 5 в месте максимального силового контакта данных элементов с трубопроводом 1. Например, два симметричных относительно оси У и выпуклых в сторону трубопровода 1 (фиг.1) гофра каждой упругой тонкостенной цилиндрической оболочки 4 и 5 "перещелкивают" (фиг.2) в свое второе устойчивое состояние с противоположным направлением выпуклости, при этом они деформируют вязкоупругий наполнитель 3 в близлежащей зоне, увеличивая давление, что приводит одновременно к "перещелкиванию" гофров между двумя вышеуказанными гофрами наоборот в состояние выпуклости в сторону трубопровода 1 и т.д. Очевидно, что такое "перещелкивание" гофров вблизи оси У при поперечных резонансных колебаниях приводит к скачкообразному изменению жесткости упругой системы в данном направлении и соответственно к мгновенному срыву резонансного режима, то есть к адаптивной отстройке системы от резонансного режима. После срыва резонансных колебаний амплитуда колебаний трубопровода 1 естественно уменьшается, вязкоупругий наполнитель 3 вернется в исходное состояние, однако упругие тонкостенные цилиндрические оболочки 4 и 5 сохраняют свою новую геометрическую структуру. При возникновении нового резонансного режима и смещении трубопровода 1 в любом другом поперечном направлении геометрическая структура упругих тонкостенных цилиндрических оболочек 4 и 5 опять соответствующим образом изменится и так далее.
В устройстве должна быть достаточно оптимально подобрана в поперечном направлении как жесткость упругих тонкостенных цилиндрических оболочек 4 и 5, так и вязкоупругого материала наполнителя 3. С одной стороны, жесткость наполнителя 3 должна быть
достаточной для формирования восстанавливающей поперечной силы, а с другой - давать возможность осуществления "перещелкивания" упругих тонкостенных цилиндрических оболочек 4 и 5. Жесткость упругих тонкостенных цилиндрических оболочек 4 и 5, наряду с толщиной материала обеспечивается выполнением гофров наклонными в противоположные стороны, с разной высотой выпуклостей и их количеством. Упругие тонкостенные цилиндрические оболочки 4 и 5 достаточно легко изготавливаются путем гофрирования тонкой металлической пластинки и ее последующего сворачивания в форму полого цилиндра.
Предложенное устройство характеризуется повышенной эффективностью гашения резонансных колебаний. При этом, устройство довольно просто, не требует применения специальных элементов, некритично к погрешностям изготовления, сборки и т.д.