粘弹性阻尼器的制作方法

1.本技术涉及机械设备振动控制技术领域，具体涉及一种粘弹性阻尼器。


背景技术：

2.近年来，我国水力发电行业发展迅速，使用者对发电机组的安全和技术性能要求也在逐年提高。发电机组中的上机架作为机械负载单元，承担着机械、水力、电磁力和地震等载荷耦合作用，载荷产生的不平衡力引起机械振动，机械振动直接影响发电机组和支护结构的安全和使用寿命。与此同时，发电机组运行过程中，基坑内环境有一定的温升，定子、转子及上机架都将产生热膨胀，如果处理不当，将对支护结构产生严重损坏。如何解决发电机组和支护结构之间的支撑问题，设计合适的支撑，成为本领域技术人员不断研究的课题。


技术实现要素：

3.有鉴于此，本技术实施例提供了一种粘弹性阻尼器，以解决现有技术中发电机组和支护结构之间的支撑问题。
4.本技术提供了一种粘弹性阻尼器，包括：壳体，包括管状缸体，以及分别固定在管状缸体两端的缸底盖和缸顶盖，缸顶盖具有第一轴向通孔；活塞杆，包括第一轴向段、第二轴向段和第三轴向段；第一轴向段和第二轴向段均位于壳体内，第三轴向段穿过第一轴向通孔延伸至壳体外；第一轴向段的外径小于第二轴向段的外径，第二轴向段的侧壁与壳体的内壁间隙配合，第三轴向段的侧壁与缸顶盖的第一轴向通孔的内壁形成动态密封；导向活塞，套接固定在第一轴向段的侧壁上，导向活塞的外壁和壳体的内壁接触；在活塞杆的轴向上，导向活塞和第二轴向段间隔设置；以及壳体内的流体介质。
5.在一个实施例中，导向活塞上设置有第二轴向通孔。
6.在一个实施例中，第二轴向段位于第一轴向段和第三轴向段之间，导向活塞套接固定在第一轴向段的中部段。
7.在一个实施例中，第一轴向段包括依次连接的第一直径段、第二直径段和第三直径段，第三直径段和第二轴向段连接；第一直径段的外径、第二直径段的外径和第三直径段的外径依次增大，导向活塞与第二直径段过盈配合。
8.在一个实施例中，第二轴向段的靠近导向活塞的端面上设置有盲孔。
9.在一个实施例中，盲孔包括柱形区域和锥形区域，柱形区域的一端形成盲孔的开口，另一端作为锥形区域的开口。
10.在一个实施例中，第二轴向段和第三轴向段相邻，第二轴向段的朝向第三轴向段的端面上设置有凹槽，凹槽在第二轴向段的侧壁上设置有开口。
11.在一个实施例中，凹槽为环形，凹槽的径向宽度小于第二轴向段的朝向第三轴向段的端面的径向宽度。
12.在一个实施例中，壳体包括在活塞杆的轴向上相对设置的第一端和第二端，以及连接第一端和第二端的侧壁，侧壁上设置有进液通孔及堵头。
13.在一个实施例中，壳体的管状缸体两端的内壁上设置有密封圈，分别与缸底盖和缸顶盖形成静态密封；第三轴向段的外壁通过密封圈与缸顶盖的第一轴向通孔的内壁形成动态密封。
14.根据本技术实施例提供的粘弹性阻尼器，根据本实施例提供的粘弹性阻尼器，基于壳体、活塞杆和导向活塞形成活塞系统。粘弹性阻尼器利用高粘度流体介质产生与轴向行程和速度相反的力，第二轴向段的侧壁与壳体内壁之间的间隙是决定了粘弹性阻尼器提供的阻尼力大小的主要因素之一。在温度工况下，粘弹性阻尼器具有较低的刚度，通过压缩内部流体介质的体积吸收上机架的热膨胀变形，大幅降低支护结构所受的热膨胀力；在机械振动工况下，粘弹性阻尼器输出与速度相反的阻尼力，形成超阻尼隔振来抑制振动，提高了发电机组和支护结构的寿命。
15.与此同时，粘弹性阻尼器还在如下方面进行了优化：(1)活塞杆的第三轴向段充当径向上的第一约束段，导向活塞充当径向上的第二约束段。粘弹性阻尼器在受到非轴向外力时，第一约束段和第二约束段对活塞杆在壳体中的位置保持起稳定作用。(2)由于内部空腔的体积较大，可储存更多的流体介质。这种情况下，流体介质不会因为点滴泄露而立刻失去减振效果，可靠性得到提高。(3)活塞杆压缩行程相同时，更多的流体介质使缸体产生的压强较低，对密封性能的要求较低，不易泄露，使用年限长。(4)粘弹性阻尼器内部的初始压力相对较低，对支护结构的承载力要求较低，适用性更强。(5)粘弹性阻尼器采用单出杆结构，相比双出杆结构而言，结构更简单，减少一处动密封，降低漏油几率。
附图说明
16.图1为本技术实施例提供的粘弹性阻尼器的应用场景示意图。
17.图2为本技术一实施例提供的粘弹性阻尼器的立体图。
18.图3为图2所示粘弹性阻尼器的右视图。
19.图4为图2所示粘弹性阻尼器的剖视图。
20.图5为本技术一实施例提供的粘弹性阻尼器输出的阻尼力和活塞杆的位移之间的关系示意图。
具体实施方式
21.下面将结合本技术实施例中的附图，对本技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本技术保护的范围。
22.图1为本技术实施例提供的粘弹性阻尼器的应用场景示意图。如图1所示，该应用场景包括粘弹性阻尼器10、发电机组20和支护结构30。粘弹性阻尼器10包括相对设置的第一端和第二端，第一端与支护结构30固定，第二端顶住发电机组20的上机架。粘弹性阻尼器10通过第二端向外输出粘弹性阻尼力，该阻尼力用于将发电机组20的上机架振动幅值控制在规定范围内，同时将发电机组20的上机架传递到支护结构30的热膨胀力降低到可接受范围，以确保发电机组20及支护结构30的安全和使用寿命。
23.图2为本技术一实施例提供的粘弹性阻尼器的立体图。图3为图2所示粘弹性阻尼
器的右视图。图4为图2所示粘弹性阻尼器的剖视图。结合图2、图3和图4所示，粘弹性阻尼器10包括壳体11、活塞杆12和导向活塞13。
24.壳体11包括开口110。在一示例中，如图4所示，壳体11包括管状缸体111、缸底盖112和缸顶盖113。管状缸体111的一端与缸底盖112通过螺纹连接，管状缸体111和缸底盖112的接缝处设置有o圈141和挡圈142，以形成静态密封。管状缸体111的另一端与缸顶盖113通过螺纹连接，管状缸体111和缸顶盖113的接缝处设置有o圈141和挡圈142，以形成静态密封。缸顶盖113上设置有轴向通孔，该通孔形成壳体11的开口110。在另一个示例中，壳体11还包括固定件114，与管状缸体111连接，用于固定粘弹性阻尼器10。固定件114例如为连接法兰，连接法兰中心设置螺纹孔，与管状缸体111的外壁通过螺纹连接。连接法兰的四角对称设置螺栓孔，用于固定粘弹性阻尼器10。管状缸体111的外壁上可以设置吊环115(图1中未示出)，用作吊装点。
25.活塞杆12包括第一轴向段121、第二轴向段122和第三轴向段123。第一轴向段121、第二轴向段122和第三轴向段123依次相邻。第一轴向段121和第二轴向段122均位于壳体11内，第三轴向段123穿过开口110延伸至壳体11外。第一轴向段121的外径小于第二轴向段122的外径，第二轴向段122的外径与壳体11的内壁间隙配合。第三轴向段123的侧壁与开口110的内壁形成动态密封，即第三轴线段123可在密封前提下相对于开口110在轴向上做往复运动。该动态密封的具体结构例如为，开口110的内壁上由内到外依次设置安装导向带143的压环145和密封圈144，第三轴向段123的外壁通过导向带143和密封圈144与开口110的内壁形成动态密封，密封圈144的数量根据实际需要合理设置。在一示例中，动态密封结构还可以包括防尘圈146。防尘圈146设置在密封圈144的远离导线带143的一侧。
26.导向活塞13套接固定在第一轴向段121的外径上，导向活塞13的外径和壳体11的内壁接触。导向活塞13的外径上设置有导向带。在活塞杆12的轴向上，导向活塞13和第二轴向段122间隔设置。
27.根据本实施例提供的粘弹性阻尼器10在使用时，向空腔q内灌注高粘度流体介质，流体介质填充壳体11内未被活塞杆12占据的空间。粘弹性阻尼器10利用流体介质产生与轴向行程和速度相反的阻尼力，第二轴向段122的侧壁与壳体11内壁之间的间隙是决定粘弹性阻尼器10提供阻尼力大小的主要因素之一。粘弹性阻尼器10提供的阻尼力与活塞杆12的位移和速度满足如下关系：
[0028][0029]
式中：f为粘弹性阻尼器10提供的阻尼力；f0为流体介质压强提供的初始压力；p为流体介质的压强；da为活塞杆12的第三轴向段123的截面面积，v0为流体介质的初始体积，v1为流体介质的压缩后的体积；x为活塞杆12的位移；c为阻尼系数，v为活塞杆12的移动速度；α为速度指数。
[0030]
根据本实施例提供的粘弹性阻尼器10，基于壳体、活塞杆和导向活塞形成活塞系统。在温度工况下，粘弹性阻尼器10具有较低的刚度，通过压缩内部流体介质的体积吸收上机架的热膨胀变形，大幅降低支护结构30所受的热膨胀力；在机械振动工况下，粘弹性阻尼器10输出阻尼力，形成超阻尼隔振来抑制振动，提高了发电机组20和支护结构30的寿命。与此同时，粘弹性阻尼器10还在如下方面进行了优化：(1)支撑杆11的第二轴向段122充当径
向上的第一约束段，导向活塞13充当径向上的第二约束段。粘弹性阻尼器10在受到非轴向外力时，第一约束段和第二约束段对活塞杆12在壳体11中的位置保持起稳定作用。(2)由于内部空腔的体积较大，可存储更多的流体介质。这种情况下，流体介质不会因为点滴泄露而立刻失去减振效果，可靠性得到提高。(3)活塞杆压缩行程相同时，更多的流体介质使缸体产生的压强较低，对密封性能要求较低，不易泄露，使用年限长。(4)粘弹性阻尼器10内部的初始压力相对较低，对支护结构30的承载力要求较低，适用性更强。(5)粘弹性阻尼器10采用单出杆结构，相比于双出杆结构而言，结构更简单，减少一处动密封，降低漏油几率。
[0031]
在一个实施例中，如图4所示，导向活塞13上设置有第二轴向通孔130，第二轴向通孔130的数量和形状可以根据实际需要合理设置。第二轴向通孔130可以使其左右两侧的流体介质联通。
[0032]
在一个实施例中，如图4所示，第二轴向段122位于第一轴向段121和第三轴向段123之间，导向活塞13套接固定在第一轴向段121的中部段。套接固定的方式例如可以是螺纹连接，即导向活塞13内壁上设置有内螺纹，第一轴向段121的中部段设置有外螺纹，内螺纹和外螺纹匹配连接。通过将导向活塞13固定在第一轴向段121的中部段，可以使得第一轴向段121沿轴向凸出于导向活塞13的两端，该凸出的两端中靠近第二轴向段122的一端用于形成空腔q，远离第二轴向段122的一端用于限位，即限定活塞杆12向左移动的最远位置，同时还可以在导向活塞13的远离第二轴向段122的一侧形成空间，该空间通过第二轴向通孔130连通空腔q，从而进一步增大空腔q的体积。
[0033]
在一个实施例中，如图4所示，第一轴向段121包括依次连接的第一直径段、第二直径段和第三直径段，第三直径段和第二轴向段122连接。第一直径段的外径、第二直径段的外径和第三直径段的外径依次增大，导向活塞13与第二直径段过盈配合。这样，导向活塞13和活塞杆12组装时，可以将导向活塞13从第一直径段套入，并与第二直径段固定，组装过程简单易操作。在一示例中，第一直径段的外壁上设置有螺母147，螺母147与第一直径段的外壁上的螺纹匹配，从而将导向活塞13锁死固定。
[0034]
在一个实施例中，如图4所示，第二轴向段122的靠近导向活塞13的端面上设置有盲孔1220。盲孔1220可以进一步增大空腔q的体积。盲孔1220的形状和数量可以根据实际需要合理设置。在本实施例中，盲孔1220包括柱形区域和锥形区域，柱形区域的一端形成盲孔1220的开口，另一端作为柱形区域的开口。
[0035]
在一个实施例中，如图4所示，第二轴向段122和第三轴向段123相邻，第二轴向段122的朝向第三轴向段123的端面上设置有凹槽1221，凹槽1221在第二轴向段122的侧壁上设置有开口。例如，如图4所示，凹槽1221为环形，凹槽1221的径向宽度d小于第二轴向段122的朝向第三轴向段123的端面的径向宽度d。环形凹槽1221的周向上设置有多个开口，开口开设在第二轴向段122的侧壁上。这种情况下，流体介质从空腔q经过活塞系统的间隙，通过凹槽1221的开口进入到凹槽1221，一方面进一步增大了空腔q的体积，另一方面避免第二轴向段122和缸顶盖113之间形成镜面吸附，从而优化阻尼器出力性能。
[0036]
在一个实施例中，如图4所示，壳体11包括在活塞杆12的轴向上相对设置的第一端和第二端，以及连接第一端和第二端的侧壁。第一端例如为缸底盖112，第二端例如为缸顶盖113，侧壁例如为管状缸体111。侧壁上设置有进液通孔116，进液通孔116开口处可以设置单向阀或堵头，用于向空腔q内注入流体介质。通过将进液通孔116设置在侧壁上，在粘弹性
阻尼器10检修时也可以注入或释放流体介质，便于后期检修和维护。
[0037]
图5为本技术一实施例提供的粘弹性阻尼器10输出的阻尼力和活塞杆12的位移之间的关系示意图。参阅图5所示，根据上述任一实施例提供的粘弹性阻尼器10的工作过程包括：
[0038]
在温度工况下，发电机组20中的定子、转子及上机架的热膨胀力传递给粘弹性阻尼器10的外露活塞杆12。由于温度变化极为缓慢，壳体11内的流体介质缓慢通过活塞系统的间隙(即第二轴向段122的外径与壳体11内壁之间的间隙，下同)，粘弹性阻尼器10向外输出的阻尼力可忽略。活塞杆12向壳体11内缓慢缩进，壳体11内部流体介质被压缩，吸收上述热膨胀变形，由于粘弹性阻尼器10自身刚度低，从而大幅降低支护结构30受到的热膨胀力，减轻了支护结构的负担。
[0039]
在发电机组20正常工作状态下，发电机组20中的定子、转子及上机架的振动速度较上述热膨胀速度显著提升，壳体11内流体介质通过活塞系统的间隙时，粘弹性阻尼器10向外输出的阻尼力大幅提升，有效抑制上机架振动，将振动幅值控制在规定范围内。
[0040]
在极端工况状态下，如地震载荷作用下，发电机组20和支护结构30都将出现剧烈晃动。这种情况下，粘弹性阻尼器10向外输出较大的阻尼力，以超阻尼被动隔振减小外界载荷对发电机组20和的冲击响应，为发电机组20和支护结构30提供安全保障。
[0041]
为了例示和描述的目的已经给出了以上描述。此外，此描述不意图将本技术的实施例限制到在此公开的形式。尽管以上已经讨论了多个示例方面和实施例，但是本领域技术人员将认识到其某些变型、修改、改变、添加和子组合。