УСТРОЙСТВО ДЛЯ ГАШЕНИЯ РЕЗОНАНСНЫХ КОЛЕБАНИЙ ТРУБОПРОВОДА

Полезная модель относится к строительству и предназначена для предотвращения колебаний трубопровода, в частности для предотвращения вертикальных колебаний надземного газопровода, подверженного резонансному ветровому воздействию.
Известно устройство для предотвращения колебаний трубопроводов, содержащее дополнительный корпус в виде полой цилиндрической оболочки с вязкоупругим наполнителем и осевой элемент, представляющий упругую тонкостенную цилиндрическую оболочку с продольными гофрами, каждый из которых имеет по два устойчивых состояния с противоположными направлениями выпуклости (патент RU №2215925, F16L 55/02). Устройство обеспечивает эффективное гашение резонансных колебаний трубопровода, однако достаточно сложно по конструкции.
Наиболее близким к заявляемой полезной модели является устройство для гашения колебаний трубопровода, содержащее фундамент, соединенный с трубопроводом податливым приспособлением в виде несущего короба цилиндрической формы, коаксиально охватывающего трубопровод (RU №2220357, F16L 55/03, F16L 3/00). Внутреннее пространство между наружной поверхностью трубопровода и коробом заполнено вплотную телами шарообразной формы, изготовленными из упругого материала и размещенными в один ряд по периметру трубопровода. Данное устройство позволяет гасить резонансные колебания, сохраняя при этом низшую собственную форму в течение всего процесса колебаний. Недостатком устройства является то, что оно не обеспечивает скачкообразный переход к последующей более высокой собственной форме колебаний, что предопределяет малую эффективность устройства и не позволяет автоматически отстраивать газопровод от резонансного режима.
В основу полезной модели положена техническая задача, заключающаяся в повышении надежности работы и эффективности устройства гашения резонансных колебаний трубо- или газопроводов в районах с высокой аэродинамической активностью.
Указанная задача решается тем, что в устройстве для гашения резонансных колебаний трубопровода, преимущественно надземного, содержащем фундаментный блок, соединенный с трубопроводом податливым приспособлением, согласно предложению, податливое приспособление выполнено в виде гибкого троса, один конец которого закреплен на фундаментном блоке, другой снабжен элементом соединения троса с трубой трубопровода, при этом длина троса в свободном состоянии равна расстоянию между точками его крепления при положении трубопровода в его проектном, прямолинейном положении.
Выполнение в устройстве гашения резонансных колебаний трубопровода податливого приспособления в виде гибкого троса, указанной длины и закрепленного указанным образом, способствует автоматическому отстраиванию от резонансного режима путем скачкообразного переключения в каждом цикле колебаний с низшей собственной формы на более высокую, что обеспечивает подавление низшей резонансной формы и в итоге повышает эффективность гашения резонансных колебаний надземного трубопровода, в частности газопровода, при ветровом или ином воздействии.
Сущность полезной модели поясняется чертежами, где на фиг.1 дан общий вид устройства и схема закрепления его на трубе трубопровода (газопровода); на фиг.2 - схема резонансных колебаний трубопровода в процессе его аэродинамической неустойчивости; на фиг.3 - приведены расчетные схемы трубопровода: а) при отсутствии устройства гашения колебаний, б) при наличии устройства гашения колебаний.
Устройство для гашения резонансных колебаний (фиг.1) содержит фундаментный блок 1, податливое приспособление в виде гибкого троса 2, один конец которого закреплен на блоке, а другой снабжен элементном 3
соединения троса с трубой 4 трубопровода, например, хомутом, или петлей и т.п.
Работа устройства для гашения резонансных колебаний осуществляется следующим образом.
Аэродинамическое действие, например, ветра вызывает раскачивание надземного трубопровода (газопровода) в направлении, перпендикулярном ветровому потоку 5 (фиг.2).
Если в пролете, где между опорами 6 трубопровода установлено устройство гашения колебаний, аэродинамическое возмущение направлено вниз (к опорам трубопровода), то в этом случае устройство не препятствует смещению трубы 4, и она деформируется с волновым прогибом между опорами (так, как показано на фиг.1 и фиг.3, а). Положение трубы 4 и троса 2 изображено на фигурах пунктиром. При таком воздействии потока на трубопровод форма изгиба трубы соответствует низшей (первой) собственной форме колебаний трубо- или газопровода (на фигурах 1 и 3, а - изображенной пунктиром).
При аэродинамическом возмущении, направленном вверх относительно опор трубопровода, труба 4 при обратном движении вызывает натяжение троса 2, характеризуемое высотой Н (фиг.1), который вместе с фундаментным блоком 1 начинает работать как дополнительная опорная связь. Это приводит к скачкообразному изменению расчетной схемы трубопровода и, соответственно, к изменению собственной формы колебаний трубы трубопровода (пунктирная линия на фиг.3, б).
В каждом цикле колебаний устройство работает по принципу односторонней связи: то выключаясь из работы (фиг.3, а), то включаясь в работу (фиг.3, б).
При этом, также циклически, происходит смена форм колебаний трубопровода (газопровода). Низшая собственная форма (соответствующая основному тону колебаний), на которой вызывается резонанс, скачкообразно заменяется новой, более высокой собственной формой. Этой форме
соответствует более высокая частота собственных колебаний, отличающаяся от резонансной частоты. Поэтому в течение каждого второго полу цикла колебаний происходит подавление низшей собственной формы за счет более энергетичной высшей собственной формы. Поскольку этот процесс подавления происходит в каждом цикле колебаний, то амплитуды колебаний трубы трубопровода испытывают постоянные ограничения при резонансе. Это не допускает его развитие во времени и предопределяет эффективность предлагаемого устройства гашения резонансных колебаний и повышает надежность его работы в условиях эксплуатации трубо- или газопроводов в аэродинамически опасных районах.
Предлагаемое устройство для гашения резонансных колебаний может быть использовано для предотвращения вертикальных колебаний как надземных, так и подводных трубо- или газопроводов, подверженных резонансному воздействию.