ВИБРОДЕМФИРУЮЩАЯ ОПОРА Российский патент 1997 года по МПК F16L3/00 F16L1/00 

Изобретение относится к общему машиностроению, в частности, к устройствам демпфирования вибраций трубопроводов, и может быть использовано для снижения уровня вибраций наземных газопроводов обвязки газоперекачивающих агрегатов компрессорных станций.

Известны устройства для демпфирования вибраций, содержащие вязкоупругие элементы.

Вибродемпфирующие устройства состоят из наружного замкнутого хомута, жестко закрепленного на основании опоры. Внутри хомута располагается объект, являющийся источником вибрации, между объектом и хомутом располагаются вибродемпфирующие элементы.

В известном устройства для поглощения вибраций используются два типа амортизаторов: гидравлические и газовые. Устройство содержит резиновые кольца, в которых происходит диссипация колебаний. Использование резины снижает ресурс устройства, при эксплуатации остается открытым вопрос об эффективности устройства в широком диапазоне частот.

Устройство, в котором в качестве вибродемпфирующих элементов служит набор настраиваемых на определенные частоты вязкоупругих демпферов, расширяет диапазон частот гашения вибраций. Однако это устройство имеет неразвитую площадь контакта вязкоупругих элементов с поверхностью трубопровода, в результате снижается эффективность виброгашения.

Известен упругий элемент для систем демпфирования, изготовленный из материала металлорезина (МР). Элемент имеет высокие упругие, демпфирующие и стойкостные свойства в широком диапазоне изменений внешних условий, технология его изготовления позволяет получать различные наперед заданные формы элемента, такой элемент может быть с успехом использован в вибродемпфирующих устройствах.

Описанные конструкции устройств достаточно сложны для изготовления и эксплуатации, кроме того, монтаж этих устройств на трубопроводах представляет трудности, связанные с тем, что наружный хомут, охватывающий трубопровод с демпферами, является неразъемным.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности является устройство, в котором между трубопроводом и двумя полухомутами расположен упругий слой с треугольными вырезами. Один из полухомутов жестко связан с основанием опоры, полухомуты стягиваются ботовыми соединениями. Недостатком этого устройства является отсутствие условий максимального поглощения вибраций, в частности, оптимального усилия затяжки болтовых соединений, что снижает эффективность устройства в широком диапазоне частот.

Целью изобретения является эффективное в широком диапазоне частот снижение уровня вибраций трубопровода и соответствующее повышение надежности и долговечности его эксплуатации.

Это достигается тем, что в качестве поглощающего энергию колебаний слоя используется набор виброгасителей из металлорезины, уложенных по периметру трубопровода вплотную, стянутых не менее чем трехсекционным хомутом, одна из секций которого жестко закреплена на ложементе опоры, хомут снабжен элементами фиксации вязкоупругого слоя и элементами крепления, при этом выбирается оптимальное усилие затяжки хомута, которое обеспечивает максимальное виброгашение трубопровода.

На фиг. 1 и 2, изображены сечения вибродемпфирующей опоры и вязкоупругие гасители из металлорезины; на фиг. 3 экспериментальное подтверждение эффективности вибродемпфирующей опоры.

На ложементе 1 вибродемпфирующей опоры (фиг. 1) жестко закреплена одна секция не менее чем трехсекционного хомута 2 с элементами фиксации 3 вязкоупругого слоя 4, расположенного между хомутом 2 и трубопроводом 5. Вязкоупругий слой 4 набран из уложенных вплотную по периметру трубопровода виброгасителей из металлорезины. Элементы крепления 6 с вкладышами 7 обеспечивают жесткую связь трех секций хомута 2 между собой и с ложементом 1, а также обеспечивают заданное усилие затяжки хомута 2 и вязкоупругого слоя 4.

Вибродемпфирующая опора работает следующим образом.

При возникновении вибраций трубопровода 5 (фиг. 1, 2) происходит перемещение последнего относительно хомута 2, жестко скрепленного с ложементом опоры, сопровождающееся деформацией вязкоупругого слоя 4, составленного из металлорезиновых виброгасителей.

Деформация металлорезиновых виброгасителей сопровождается интенсивной диссипацией механических колебаний в тепло трения в материале металлорезины, для структуры которой характерна развитая поверхность контакта составляющих ее элементов в единице объема. На этой поверхности совершается работа сил трения при относительном движении элементов металлорезины, сопровождающем ее деформацию, с высоким коэффициентом демпфирования.

Применение не менее чем трехсекционного хомута 2 помимо упрощения монтажа вибродемпфирующей опоры на трубопроводе 5 в сочетании с элементом фиксации 3 вязкоупругого слоя 4 обеспечивает дополнительную жесткость изгибу хомута 2 в радиальном направлении к оси трубопровода и способствует равномерности затяжки вязкоупругого слоя 4. Элементы фиксации 3 вязкоупругого слоя 4 препятствуют также нарушению целостности системы хомут 2 вязкоупругий слой 4 при тепловой деформации трубопровода 5 вдоль его оси. При вибрации трубопровода 5 элементы фиксации 3 вязкоупругого слоя 4 обеспечивают жесткость, целостность, равномерность деформации и высокий ресурс работы вязкоупругого слоя.

Для максимального демпфирования вибраций существует оптимальное усилие затяжки хомута 2, поскольку при очень большом усилии затяжки при вибрациях отсутствует деформация вязкоупругого слоя 4, а при нулевом усилии затяжки сила упругости и трения вязкоупругого слоя 4 практически отсутствуют.

Условия для оптимального усилия затяжки хомута, которому соответствует максимальное снижение уровня вибраций, можно представить в виде
2•N_опт./l•D Р_опт. (1)
где N_опт. оптимальное усилие затяжки хомута, кг;
l ширина вязкоупругого слоя, см (вдоль оси трубопровода);
D диаметр трубопровода, см;
Р_опт. оптимальная удельная нагрузка виброгасителя из МР, кг/см².

Для параметров виброгасителей, использованных на вибродемпфирующих опорах, внедренных на пусковых газопроводах агрегатов ГТК-25ИМ на Первомайской компрессорной станции, оптимальная удельная нагрузка имеет значение
Р_опт. 2,9 кг/см² (2)
Соответствующее оптимальное усилие затяжки для l 11 см, D 50 см, по формуле 1 составляет:
N_опт. 800 кг (3)
Эффективность вибродемпфирующих опор, соответствующих изобретению, подтверждена на пусковых газопроводах обвязки газоперекачивающих агрегатов ГТК 25ИМ на Первомайской компрессорной станции, что иллюстрируется на фиг.2. Среднеквадратичная по времени виброскорость по суммарному сигналу спектра вибраций в диапазоне частот 2-6000 Гц после установки вибродемпфирующих опор снизилась с 220 мм/с до 30 мм/с, т.е. примерно в 7 раз.

Использование: в строительстве трубопроводов для гашения их вибрации. Сущность изобретения: вибродемпфирующая опора содержит хомут с элементами крепления, расположенный между ним и трубопроводом вязкоупругий слой - набор уложенных по периметру трубопровода виброгасителей из металлорезины. Усилие затяжки хомута зависит от диаметра трубопровода, оптимальной нагрузки на виброгаситель из металлорезины и длины вязкоупругого слоя вдоль оси трубопровода. 3 ил.

Вибродемпфирующая опора, содержащая хомут с элементами крепления, вязкоупругий слой, расположенный между хомутом и трубопроводом, отличающаяся тем, что в качестве вязкоупругого слоя используется набор виброгасителей из металлорезины, вплотную уложенных по периметру трубопровода и стянутых не менее чем трехсекционным хомутом, одна из секций которого жестко закреплена на ложементе опоры, хомут снабжен элементами фиксации вязкоупругого слоя и элементами крепления с вкладышами, при этом усилие затяжки хомута выбирается оптимальным, обеспечивающим максимальное виброгашение трубопровода, и определяется выражением
2N_о п т / lD Р_о п т,
где N_о п т оптимальное усилие затяжки хомута, кг;
l ширина вязкоупругого слоя вдоль оси трубопровода, см;
D диаметр трубопровода, см;
Р_о п т оптимальная удельная нагрузка виброгасителя из металлорезины, кг/см².