Упругодемпфирующий зажим для трубопровода
ELASTIC DAMPING CLAMP FOR THE PIPELINE

Изобретение относится к средствам виброзащиты трубопроводных систем и может быть использовано в авиационной, ракетной, автомобильной технике, в судостроении и других отраслях промышленности.
Известны конструкции упругодемпфирующих зажимов (опор, хомутов и др.) трубопроводов с демпферами различных типов. Так, широкое распространение в авиационной и ракетной технике получили пластинчатые демпферы по А.С. №200343 из набора гладких и гофрированных тонких пластин, свойства которых приведены в работе: Кондрашов Н.С. Упруго-фрикционные характеристики демпферов с гофрированными лентами. / Н.С. Кондрашов - Куйбышев: КуАИ, 1972. с. 45-61.
Однако указанные демпферы из-за большого количества пластин (до 14 штук) имеют ряд недостатков. В частности, для их изготовления требуется выполнение целого ряда сложных технологических операций - формовка пластин, термообработка с сохранением формы и т.п. Кроме того, существенно усложняется процесс сборки зажимов, что приводит к снижению их технологической надежности.
Известны упругодемпфирующие зажимы, выполненные с демпферами в форме упругодемпфирующих плоских лент из материала MP (металлическая резина), представляющего собой массив хаотически уложенных с взаимным перекрещиванием и прессованных по форме готового изделия растянутых спиралей.
Например, известен зажим в форме плоской ленты из материала MP, армированный внутри прядью из прямых нитей проволоки: Панин, Е.А., Мальтеев, М.А. Опоры трубопроводов с применением материала MP, работающего на изгиб [Текст] / Е.А. Панин, М.А. Мальтеев // Вибрационная прочность и надежность двигателей и систем летательных аппаратов: межвузовский сборник. Вып. 1 (68). - Куйбышев, 1975. - с. 21-23.
Лента охватывает трубопровод и прижата к нему пружинной скобой. На концах ленты сформированы крепежные отверстия, через которые проходит крепежный болт для крепления к вибрирующему корпусу (Авторское свидетельство на изобретение СССР №246972, опубл. 20.06.1969).
К недостаткам подобных конструкций относятся большие габариты и масса, малая вибропрочность и, как следствие, ограниченный ресурс.
Наиболее близким аналогом является зажим, где демпфер выполнен из материала MP в форме ленты, свернутой в кольцо (или двух полуколец при изготовлении ленты из двух частей), в котором (которых) заключен трубопровод: Жирнов, А.Ф., Панин, Е.А. Исследования упруго-демпфирующих опор трубопроводов с прокладками из материала MP [Текст] / А.Ф. Жирнов, Е.А. Панин // Вибрационная прочность и надежность двигателей и систем летательных аппаратов: межвузовский сборник. Вып. 1 (68). - Куйбышев, 1975. - с. 29-35).
Однако зажимы с демпферами из MP по своим упругодемпфирующим способностям, стабильностью этих характеристик в процессе наработки и возможностями их управления существенно уступают пластинчатым демпферам. Кроме того, недостатками демпферов из MP в таких зажимах является их высокая жесткость и малая амплитуда рабочей деформации.
Технический результат, на достижение которого направлено изобретение, заключается в повышении функциональности, эффективности виброзащиты, ресурса и стабильности характеристик в течение всего ресурса эксплуатации. Кроме того, изобретение направлено на создание универсальной высокотехнологичной конструкции демпфера из материала MP, позволяющей создавать линейки упругодемпфирующих зажимов с легко управляемыми упругими и демпфирующими свойствами для различных нагрузок.
Технический результат достигается тем, что в упругодемпфирующем зажиме для трубопровода, содержащем разъемный корпус и демпфер в виде по меньшей мере одной плоской ленты из материала MP, свернутых в кольцо и размещенных концентрично между корпусом и трубопроводом и примыкающих торцами друг к другу, крепежные детали, стягивающие демпфер вместе с трубопроводом в корпусе и фиксирующие зажим на вибрирующем основании, причем демпфер из MP выполнен в форме П-образного элемента (ленты) с двумя уступами, прилегающими при сворачивании ленты в кольцо к внешним сторонам корпуса зажима, а ее часть, примыкающая к трубопроводу, имеет выступы равнорасположенные в окружном направлении и содержит внутри материала MP в плоскостях перпендикулярных оси трубопровода по меньшей мере одну прядь из плотно свитых невытянутых спиралей.
Кроме того, упругодемпфирующем зажим имеет два типа выступов, одни из которых, несущие выступы, контактируют с трубопроводом, а другие, вспомогательные выступы, имеют между трубопроводом зазоры.
Кроме того, со стороны, примыкающей к внутреннему отверстию корпуса зажима, лента демпфера из MP имеет по меньшей мере один кольцевой уступ, плотно входящий в ответный кольцевой паз корпуса зажима. Сущность изобретения поясняется чертежами на фиг. 1 и на фиг. 2. На фиг. 1 показан внешний вид упругодемпфирующего зажима трубопровода в сборе с демпфером, выполненным в форме П-образного элемента (ленты) из материала MP с уступами, прилегающими к свободным сторонам корпуса зажима и равнорасположенными в окружном направлении несущими выступами. Причем в плоскостях перпендикулярных оси трубопровода, внутри материала MP, содержатся две пряди из плотно свитых невытянутых спиралей.
На фиг. 2 показан внешний вид упругодемпфирующего зажима трубопровода, в котором со стороны, примыкающей к внутреннему отверстию корпуса зажима, лента демпфера из MP имеет два кольцевых уступа, плотно входящих в ответные кольцевые пазы корпуса зажима.
Упруго демпфирующий зажим (фиг. 1) состоит из разъемного корпуса 1 с прорезью 2, за счет которой корпус имеет возможность упруго разжиматься при монтаже в него демпфера 3 в виде одной ленты из материала MP с двумя прядями 4а и 4б, которые состоят из плотно свитых невытянутых спиралей. Демпфер 3 свернут в кольцо со стыком 6 и огибает с примыканием трубопровод 5. Крепежный узел состоит из отверстия 7 в корпусе 1, болта 8 с шайбой 9, проходящего через отверстие 7, стягивающего корпус 1 и крепящего его в сборе с П-образным демпфером 3 из и трубопроводом на вибрирующем основании 10.
Демпфер 3 имеет равнорасположенные в окружном направлении трубопровода несущие выступы 11, прилегающие к трубопроводу 5, и два прилегающих кольцевых уступа 12, обеспечивающих осевую фиксацию демпфера в корпусе 1.
Все вершины несущих выступов 11 контактируют с трубопроводом 5 с натягом в радиальном направлении.
Упругодемпфирующий зажим, изображенный на фиг. 2, имеет те же конструктивные единицы, какие имеет упругодемпфирующий зажим, изображенный на фиг. 1 и соответствующие конструктивным единицам номера позиций.
Упругодемпфирующий зажим, представленный на фиг. 2 конструктивно отличается от зажима, изображенного на фиг. 1, тем, что равнорасположенные в окружном направлении выступы содержат два типа выступов: несущие выступы 11а с натягом контактируют с трубопроводом, а вспомогательные выступы 11б имеют с трубопроводом зазоры, определяемые расчетом.
Такие конструкции демпферов из MP позволяют обеспечить минимальные массу и габариты зажима. При этом они выгодно отличаются от пластинчатых демпферов из наборных гофрированных пластин меньшим количеством применяемых деталей (одна или две против десятка), простотой технологии производства материала MP и установки в корпус зажима трубопровода.
Работа упругодемпфирующего зажима, изображенного на фиг. 1, осуществляется следующим образом. Вибрация трубопровода 5 приводит к деформации выступов 11 демпфера 3 и перемещениям двух прилегающих кольцевых уступов 12. За счет деформации материала MP прессованные проволочки выступов 11 проскальзывают в контактах друг относительно друга с трением, так же, как и уступы 12 проскальзывают относительно корпуса 1 с трением, что приводит к рассеянию энергии колебаний, и к уменьшению вибрации трубопровода 5.
Работа упругодемпфирующего зажима, изображенного на фиг. 2, в области зарезонансных частот трубопровода характеризуемыми незначительными его перемещениями аналогична работе упругодемпфирующего зажима, изображенного на фиг. 1. Однако в области резонансных частот, характеризуемых значительными амплитудами колебаний трубопровода, в работу плавно включаются вспомогательные выступы 11б, которые аналогично выступам 11а, прилегающим с натягом к трубопроводу, рассеивают энергию колебаний трубопровода за счет трения контактирующих проволок в MP так же, как и кольцевые уступы 12, входящие с трением в ответные кольцевые пазы, выполненные в корпусе 1. Это приводит к существенному снижению амплитуд перемещений на резонансных режимах работы трубопроводов. Кроме того, выступы 11б являются упругими ограничителями значительных деформаций трубопровода 5, предохраняющие его и зажим в целом от разрушения на нештатных эксплуатационных режимах работы. Указанные обстоятельства способствуют повышению стабильности работы зажима за счет существенного снижения амплитуд перемещений демпфера из MP. Регулируя плотностью материала MP в демпфере 3, количеством прядей 4а, 4б и числом в них плотно свитых невытянутых проволочных спиралей, массовыми соотношениями последних с растянутыми спиралями в MP, а также геометрическими размерами и количеством выступов 11 (фиг. 1) в совокупности с размерами их выступов 11а и 11б, (фиг. 2), можно в широком диапазоне управлять упругими и демпфирующими свойствами упругодемпфирующих зажимов. Такая универсальность конструкции упругодемпфирующих зажимов с демпферами из материала MP, обладающие практически неограниченными диапазонами упругих, прочностных и демпфирующих свойств позволяет без особых трудностей создавать линейки различных зажимов трубопроводов с демпферами из материала MP.
Таким образом, предлагаемое изобретение обеспечивает заявленный технический результат: упрощение и универсальность конструкции, увеличение эффективности виброзащиты, повышение ресурса и стабильности характеристик в течение всего ресурса эксплуатации, а также возможность создания самых различных по нагрузкам линеек упругодемпфирующих зажимов трубопроводов. Это подтверждено экспериментальными исследованиями, проведенными авторами, опытных моделей упругодемпфирующих зажимов с конструкцией демпферов из MP заявленного типа.