УСТРОЙСТВО ГАШЕНИЯ КОЛЕБАНИЙ

Техническое решение относится к области машиностроения, а именно, области демпфирующих устройств, и может быть использовано в любой области техники для гашения колебаний, преимущественно в приборостроении и радиоэлектронной технике.
Известно (SU, авторское свидетельство №1017852), энергопоглощающее устройство, содержащее корпус, крышку с отверстием, через которое пропущен шток с поршнем. В корпусе с обеих сторон его торцов, симметрично относительно его середины, выполнены проточки, в которых с чередованием размещен эластичный материал с разной податливостью. Кроме того, симметрично относительно поршня, размещены гофрированные эластичные оболочки, заполненные сыпучим материалом, а на штоке поршня, коаксиально эластичным оболочкам, установлены пружины, одни концы которых жестко связаны с поршнем, а другие - с крышками корпуса. Такое выполнение устройства позволяет увеличить его энергоемкость.
Под воздействием нагрузки поршень, перемещаясь вниз, деформирует сыпучий материал, сжимает одну и растягивает другую пружину. В процессе этого гофрированная оболочка продавливается в расточки корпуса, заполненные эластичным материалом с разной податливостью. Это увеличивает ход поршня и обеспечивает большую энергоемкость устройства.
Известен также (SU, авторское свидетельство 1337580) гаситель вибраций, содержащий корпус, с выполненными в нем симметрично его оси полостями в виде каналов, сужающихся на концах и
расположенных под углом к оси корпуса, в которых размещены шарики, причем отношение диаметра шариков к диаметру каналов выбрано равным 0,98±0,01.
При колебаниях объекта, шарики, размещенные внутри каналов, совершают возвратно-поступательное движение. В процессе соударения шариков с торцевыми поверхностями каналов происходит гашение вибраций объекта в виброударном режиме.
Известны (SU, авторское свидетельство 1696783) также способ гашения резонансных колебаний гидромеханической системы упругодемпферных опор высокоскоростных роторов и устройство для его осуществления, содержащее корпус, с расположенным в нем подшипником для ротора, упругий элемент, размещенный между корпусом и подшипником, трубопровод для подачи в корпус рабочей жидкости, на входе которого в корпус установлен модулятор проходного сечения, соединенный с задатчиком частоты модуляции, измерителем амплитуды колебаний и компаратором, связывающим последний с задатчиком частоты модуляции. Такая конструкция обеспечивает повышение эффективности гашения за счет расширения частотного диапазона
Технические решения, упомянутые выше, представляющие известный уровень техники в данной области, обеспечивают гашение колебаний или амортизацию прибора, однако, в большей своей части они обладают существенным недостатком: их жесткость является зависимой величиной от нагрузочной характеристики, поэтому в ряде случаев такие амортизаторы недостаточно эффективны.
Наиболее близким аналогом разработанного устройства можно признать (RU, патент 2124659) устройство для гашения колебаний, содержащее корпус, размещенную в нем виброгасящую опору и расположенный между ними элемент, поглощающий колебания,
характеризующееся тем, что поглощающий колебания элемент заключен в герметичный объем и содержит источник насыщенного пара, тепловой аккумулятор и систему жидкость - насыщенный пар с границей раздела, сформированной на развитой поверхности теплового аккумулятора.
Недостатком известного технического решения можно признать высокую жесткость системы из-за использования металлического сильфона.
Техническая задача, решаемая посредством разработанной конструкции, состоит в создании универсального устройства, обеспечивающего гашение колебаний акустического диапазона.
Технический результат, получаемый при реализации разработанной конструкции, состоит в повышении уровня виброзащиты, используемого оборудования.
Для достижения указанного технического результата предложено использовать устройство гашения колебаний, содержащее плиту, установленную, по меньшей мере, на трех куполообразных, эластичных, газонепроницаемых мембранных опорах, каждая из которых содержит узел регулирования акустического давления, размещенный в герметизированном корпусе со звукоотражающей поверхностью, причем узел регулировки звукового давления в корпусе выполнен в виде звукопоглощающего элемента, включающего систему жидкость - насыщенный пар с границей раздела, сформированной на развитой поверхности теплового аккумулятора, а также дополнительную изолированную от внешней среды камеру, снабженную теплообменником (радиатором) и выполненную с возможностью сообщения с камерой поглощения звука, таким образом, чтобы была возможность перемещения паров из камеры поглощения звуков в дополнительную камеру и возврата
Σ
Σ
м
Σ
Σ
м
0
0
0
2
3
5
2
2
4
3
3
сконденсированных паров в камеру поглощения звуков, при этом тепловой аккумулятор выполнен в виде структуры чередующихся элементов из теплоемких материалов и промежутков между ними, суммарная площадь поверхности этих элементов (Sм) больше их суммарного объема (Vдм), отнесенного к теплопроводности материала (λВт/м°К): S>BV/λ (В - размерный коэффициент равный 2·10Bт/м·°K), а суммарная площадь промежутков на плоскости сечения теплового аккумулятора, перпендикулярной направлению распространения акустических колебаний больше 0,5 дм, при этом критерием оптимальности конструкции может быть отношение dP/dV=P/(V+A(C/E)), если А≈2·10·°К·дм, где V - объем среды (дм), Р - давление в объеме (атм), С - теплоемкость теплового аккумулятора (кДж/°К·кг), Е - удельная теплота парообразования (кДж/кг) суммарная теплоемкость тепловых аккумуляторов этих опор составляет не менее 3 кДж/°С. Плита может быть выполнена из металла или металлического сплава, пластика и т.д. Мембраны могут быть выполнены из любого газонепроницаемого эластичного материала, например резины, майлара и т.д. Регулирование положения плиты над корпусами опор осуществляется датчиками положения плиты с помощью управляемых испарителей, расположенных в камере поглощения звука и представляющих собой закрытые электрические нагреватели.
Известно, что давление насыщенного пара над жидкостью зависит только от температуры системы. Увеличение давления насыщенного пара приводит к переходу его части в жидкую фазу, и наоборот, уменьшение - к испарению части жидкости, поэтому граница раздела жидкость - насыщенный пар с фиксированной температурой является идеальным поглотителем любого отклонения давления от термодинамически равновесного. Вместе с тем
конденсация и испарение жидкости сопровождаются отдачей или поглощением тепла, следовательно, изменением температуры этой границы. В этой связи возникает необходимость термостатирования этой границы при техническом использовании фазового перехода пар-жидкость в качестве поглотителя колебаний давления. Чем сильнее сглажены температурные колебания границы, тем выше податливость устройства.
Граница раздела жидкость - насыщенный пар формируется на поверхности термостата смачиванием ее за счет конденсации или сил адгезии.
Поскольку в настоящее время звукопрозрачных пленок с абсолютно газо-барьерными свойствами по отношению к компонентам воздуха нет, встает проблема защиты герметизированного объема от проникновения посторонних газов, прежде всего от паров воды. Для этого предложено использовать дополнительную герметизированную камеру с диффузионным механизмом перекачки газов из объема звукопоглощения в дополнительную камеру, для чего в этой дополнительной камере температура должна быть ниже температуры испарения рабочей жидкости и она должна быть соединена с камерой поглощения звука двумя каналами: одним для засасывания паров из объема поглощения звука, вторым для возврата конденсированных паров. Поскольку температура в дополнительной камере меньше температуры, чем в основной камере, парциальное давление рабочего газа в дополнительной камере также будет меньше чем в основной камере, это будет приводить к накоплению посторонних газов, а также конденсации и отстою воды в дополнительной камере.
Принципиальная схема устройства представлена на чертеже, при этом использованы следующие обозначения: плита - 1,
мембранная опора - 2, корпус - 3, тепловой аккумулятор - 4, испаряемая жидкость - 5, испаритель жидкости - 6, дополнительная камера - 7, теплообменник (радиатор) - 8, канал из камеры гашения колебаний в дополнительную - 9, канал для возврата сконденсированной жидкости из дополнительной камеры в основную - 10, датчики положения плиты над корпусами - 11.
Предложенное устройство работает следующим образом.
3
Акустическое поле, порожденное внешними вибрациями, распространяется в среде насыщенного пара. Достигнув границы раздела, жидкость - насыщенный пар, сформированной на поверхности теплового аккумулятора путем смачивания его поверхности конденсатом, за счет разности температур пара и теплового аккумулятора, акустические колебания поглощаются на этой границе раздела. Насыщенный пар, проходя через канал (9) в дополнительную камеру (7) будет конденсироваться в этой камере, в качестве теплообменника (радиатора) могут служить стенки дополнительной камеры (7), охлаждаемые с наружи окружающим воздухом. При этом конденсат, очищенный от посторонних газов возвращается через канал (10) в камеру поглощения колебаний. Устройство в соответствии с изобретением реализовано в образце, состоящим из плиты, покоящейся на трех виброгасящих опорах, каждая из которых представляла собой стальной корпус емкостью 1 дм с тепловым аккумулятором высотой 45 мм в виде спирали из алюминиевой жести толщиной 1 мм и межвитковыми зазорами 0,4 мм. Суммарная теплоемкость трех тепловых аккумуляторов составляла 5 кДж/°С. Опоры были герметизированы куполообразными мембранами из металлизированных пленок LCP. В качестве рабочей жидкости использовался пентан. Зазор между корпусом опоры и плитой составлял 4 мм и контролировался
датчиком IME12-08NNSZW2K. На дне корпусов размещались испаряемая жидкость с погруженными в нее испарителями. Экспериментально был получен эффект гашения вибраций - 50 дБ.
Устройство для гашения вибраций не имеет ограничений на габариты, на температурные условия использования, на величину вибраций, обеспечивает высокий уровень поглощения вибраций, его жесткость не зависит от нагрузочной характеристики. Оно значительно проще в части аппаратурной реализации по сравнению с известными устройствами аналогичного назначения. В силу отмеченных преимуществ виброзащитное устройство, в соответствии с настоящим изобретением, получит широкое использование в современной технике.