三向管道动力吸振器及其管道振动噪声控制方法
【专利摘要】三向管道动力吸振器及其管道振动噪声控制方法属于对管道振动噪声有效控制的【技术领域】，是由附加质量环、钢丝绳、固定环、连接螺栓、管道和螺钉组成，其中固定环紧套在管道外壁上，固定环和附加质量环上面相对应位置均布3-6个圆形孔，钢丝绳插入圆形孔中，其两端通过螺钉分别与固定环和附加质量环连接。
【专利说明】三向管道动力吸振器及其管道振动噪声控制方法
【技术领域】
[0001]本发明属于对管道振动噪声有效控制的【技术领域】，并形成了三向管道动力吸振器，特别是通过钢丝绳将管道与环形附加质量块连接的管道吸振降噪技术方法及形成的可对管道轴向、径向的三个方向的振动进行有效控制和吸收的三向管道动力吸振器。
【背景技术】
[0002]管道广泛应用于各种工业装置和生活设施中，目前国内外大量使用的管道普遍存在振动大、噪声高的问题。关于管道振动噪声问题研究者颇多，其方法大概可分为两类。一类是从管道结构、材料上入手，即采用弹性管段，用吸振、阻尼材料制作管壁以及在管道中加设脉动衰减器等(孔建益等，潜艇振动噪声的控制研究，噪声与振动控制，2006，26 (5))。此类措施需要考虑其对管道内流体产生的影响，实施较复杂且费用较高，不易普及。另一类是动力吸振技术，即通过在管壁外加设动力吸振器控制管道振动(刘耀宗等，被动式动力吸振技术研究进展，机械工程学报，2007，43 (3);赵国迁等，柴油机管道系统全主动吸振技术实验研究，噪声与振动控制，2007，27 (5))。动力吸振器可以作为子系统直接附连于主管道系统上，而不受管道耐高温、高压及防泄漏等要求的限制。根据其是否需要外界提供能量，动力吸振器可以分为主动式、被动式等。由于存在结构复杂、制造成本高、需要外界能源的保障等不利特点，主动式吸振器在实际应用中具有很大局限性。被动式吸振器是工程应用的主流，相关研究也取得了许多新进展。其中的主要问题之一是，管道中任意横截面的振动，如果不考虑其转动，可以简化为其截面中心点的振动，该点的振动可以分解为三个振动分量:一个轴向、两个径向，采用常规的单自由度动力吸振器只能控制一个振动分量，因此研究结构更加紧凑实用、抑振效率更高的多自由度动力吸振器成为管道动力吸振技术重要的发展方向之一。
【发明内容】
[0003]本发明就是针对上述管道的振动噪声控制存在的问题，提供一种对管道振动噪声进行有效控制的三向管道动力吸振器及其管道振动噪声控制方法，三向管道动力吸振器是由附加质量环、钢丝绳、固定环、连接螺栓、管道和螺钉组成，其中附加质量环是由主环和调节环组成，可以沿任意方向自由振动，其中调节环是用于质量微调。固定环紧套在管道外壁上，固定环和附加质量环上面相对应位置均布3-6个圆形孔，钢丝绳插入圆形孔中，其两端通过螺钉分别与固定环和附加质量环连接。固定环和附加质量环都设计成两个半圆环对接的形式，利用连接螺栓将两个半环对接为一个圆环，以方便安装。
[0004]作为弹性元件的钢丝绳数量至少为3个对称布置，以确保径向刚度对称，通过调节钢丝绳轴向长度来实现轴向刚度和径向刚度必须一致；钢丝绳的外表面硫化一层橡胶层，以增大吸振器的阻尼，进而增大吸振频带宽度，以适应管道振动频率的波动。
[0005]管道振动噪声控制方法，根据管道振动的频率，通过设置合理的钢丝绳的长度、刚度、数量、附加质量环的质量大小来控制吸振器的频率，吸振器的频率应与管道振动的频率一致，以达到有效控制管道振动和噪声的目的。
[0006]本发明与已有技术相比，具有如下优点:
[0007](I)利用上述结构所特有的质量对称性和刚度对称性，可以获得各向相同的固有频率，从而可以使吸振器对管道轴向、径向的三个方向的振动同时加以控制和吸收；
[0008](2)克服需改变管道结构和材料的措施实施复杂、费用较高的缺点，可制作成两个半圆环对接的形式，使用方便，且不受管道耐高压、防泄漏等要求的限制；
[0009]采用被动式动力吸振原理设计，克服主动式动力吸振器结构复杂、制造成本高、需要外界能源的保障等缺点。
【专利附图】
【附图说明】
[0010]图1是本发明的三向管道动力吸振器侧视图
[0011]如图中所示:1、主环；2、钢丝绳；3、固定环；4、连接螺栓；5、管道；6、螺钉；7、调节环；8、橡胶层
【具体实施方式】
[0012]下面结合附图的实例进一步说明。本发明的三向管道动力吸振器由附加质量环、钢丝绳2、固定环3、连接螺栓4和螺钉6组成，图中5为管道。其中附加质量环是由主环I和调节环7组成，可以沿任意方向自由振动，其中调节环7用于质量微调。固定环3紧套在管道5的外壁上，固定环3和附加质量环上面均布六个圆形孔，钢丝绳2插入这些孔中，其两端通过螺钉6分别与固定环3和附加质量环连接。固定环3和附加质量环均设计成两个半圆环对接的形式，可利用连接螺栓4将两个半环对接为一个圆环，以方便安装。作为弹性元件的钢丝绳2数量至少为3个对称布置，以确保径向刚度对称，通过调节钢丝绳2轴向长度来实现轴向刚度和径向刚度必须一致；钢丝绳2的外表面硫化一层橡胶层8，以增大吸振器的阻尼，进而增大吸振频带宽度，以适应管道振动频率的波动。该动力吸振器可将管道5的振动能量转移到附加质量环上，并利用钢丝绳2的阻尼特性将振动能量逐渐消耗、吸收掉。通过设置合理的结构及参数，如通过控制钢丝绳2的长度、刚度、捻向和弯曲处曲率等参数调节其弹性及阻尼特性，通过控制附加质量环的密度、内外径长度等参数调节其尺寸及质量大小等，可对管道轴向、径向和绕轴线扭转的三个方向的振动加以控制和吸收，同时可获得降低噪声的效果。
【权利要求】
1.三向管道动力吸振器，是由附加质量环、钢丝绳(2)、固定环(3)、连接螺栓(4)、管道(5)和螺钉(6)组成，其特征在于:附加质量环是由主环(I)和调节环(7)组成，其中固定环(3)紧套在管道(5)外壁上，固定环(3)和附加质量环上面相对应位置均布六个圆形孔，钢丝绳(2)插入圆形孔中，其两端分别与固定环(3)和附加质量环连接，通过螺钉(6)固定。
2.根据权利要求1所述的三向管道动力吸振器，其特征在于:固定环(3)和附加质量环都设计成两个半圆环对接的形式，利用连接螺栓(4)将两个半环对接为一个圆环。
3.根据权利要求1所述的三向管道动力吸振器，其特征在于:钢丝绳(2)数量至少为3个对称布置，以确保径向刚度对称，通过调节钢丝绳(2)轴向长度来实现轴向刚度和径向刚度必须一致；钢丝绳(2)的外表面硫化一层橡胶层(8)，以增大吸振器的阻尼，进而增大吸振频带宽度，以适应管道振动频率的波动。
4.管道振动噪声控制方法，其特征在于:根据管道(5)振动的频率和振幅，通过设置合理的钢丝绳(2)的长度、刚度、弯曲处曲率、附加质量环的内外径及质量大小来控制吸振器的频率和吸收振动能量的多少，吸振器的频率应与管道(5)振动的频率一致，吸收的振动能量应大于管道(5)振动能量的50%，以达到有效控制管道(5)振动和噪声的目的。
【文档编号】F16L55/02GK103994300SQ201410161712
【公开日】2014年8月20日 申请日期:2014年4月21日 优先权日:2014年4月21日
【发明者】李吉, 常凯, 肖挺杨 申请人:大连大学