一种管类箍形并联式宽频颗粒减振器及其设计方法技术

本发明专利技术属于管类结构消能减振技术领域，具体涉及一种管类箍形并联式宽频颗粒减振器及其设计方法。包括：多段管类结构，多段管类结构之间设置有并联式宽频颗粒减振器；其中，用于轴向减振的管类箍形并联式宽频颗粒减振器中设置有轴线与管类结构的轴线平行的圆柱腔体，轴线与管类结构的轴线平行的圆柱腔体中设置有颗粒；用于径向减振的管类箍形并联式宽频颗粒减振器中设置有轴线与管类结构的轴线垂直的圆柱腔体，轴线与管类结构的轴线垂直的圆柱腔体中设置有颗粒。有益效果在于：当管类结构振动时，通过颗粒与管类结构发生碰撞时的动量交换和碰撞耗能实现了对管类结构振动的有效控制，恢复了管类结构的正常使用，提高了其适应性、耐久性和安全性。耐久性和安全性。耐久性和安全性。

【技术实现步骤摘要】
一种管类箍形并联式宽频颗粒减振器及其设计方法


[0001]本专利技术属于管类结构消能减振
，具体涉及一种管类箍形并联式宽频颗粒减振器及其设计方法。

技术介绍

[0002]管类结构在日常生活和生产中被广泛应用，比如管类结构中的管道作为一种运输方式，相对于公路、铁路、水路等传统运输方式，运输效率高、灵活且经济成本低，因而成为了最主要的气体、流体运输方式，被广泛应用于工业、农业、石油化工的生产及运输等重要环节中。然而，由于管类结构设计不合理、机械振动不平衡与内部气/液体脉冲作用等，管类结构极易发生振动，轻则影响管类结构的正常使用，增加应用成本，重则影响设备和管类结构系统运行的可靠性，甚至可能导致管类结构系统失效而造成恶性安全事故。例如，2013年青岛市中石化因管道振动发生原油泄漏而引起爆炸，导致63人遇难，直接经济损失达7.5亿元。因此，如何抑制管类结构振动，减小其动力响应，恢复正常使用，成为了目前工程领域的研究热点。
[0003]抑制管类结构振动的措施主要有两类，其一为传统管类结构减振方法，包括改变管类结构方案、增设支撑与开孔隔板等；其二为振动控制技术，在管类结构安装耗能器、吸振器及隔振装置等。传统减振方法需改变管类结构系统结构方案，且大多需要在设备停机状态下完成，影响正常使用状态。而减振控制技术弥补了管类结构传统减振方法的不足，适用范围广泛，减振效果明显。但是现有减振装置存在造价高、使用空间受限及维护困难等缺陷。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于提供一种管类箍形并联式宽频颗粒减振器及其设计方法，以解决现有技术中存在的技术问题。
[0005]为了实现上述目的，本专利技术采取了如下技术方案：一种管类箍形并联式宽频颗粒减振器，包括：多段管类结构，多段所述管类结构之间设置有并联式宽频颗粒减振器；所述并联式宽频颗粒减振器由用于轴向减振的管类箍形并联式宽频颗粒减振器、用于径向减振的管类箍形并联式宽频颗粒减振器组成；其中，用于轴向减振的管类箍形并联式宽频颗粒减振器中设置有轴线与所述管类结构的轴线平行的圆柱腔体，轴线与所述管类结构的轴线平行的圆柱腔体中设置有颗粒；用于径向减振的管类箍形并联式宽频颗粒减振器中设置有轴线与所述管类结构的轴线垂直的圆柱腔体，轴线与所述管类结构的轴线垂直的圆柱腔体中设置有颗粒。
[0006]可选实施例中，轴线与所述管类结构的轴线平行的圆柱腔体的一侧开设有长条孔，所述长条孔中安装有滑动板，所述滑动板上连接有限位板，通过连接件穿过所述长条孔与限位板将所述圆柱腔体与所述滑动板连接，将所述颗粒放置在所述圆柱腔体中形成单颗粒阻尼减振器；所述单颗粒阻尼减振器为多个，多个相同的所述单颗粒阻尼减振器的所述
圆柱腔体的两个底面分别连接在法兰盘的两个侧面上，所述法兰盘的另外两个侧面分别与所述管类结构连接。
[0007]可选实施例中，轴线与所述管类结构的轴线垂直的圆柱腔体的一侧开设有长条孔，所述长条孔中安装有滑动板，所述滑动板上连接有限位板，通过连接件穿过所述长条孔与限位板将所述圆柱腔体与所述滑动板连接，将所述颗粒放置在所述圆柱腔体中，所述圆柱腔体的未开设所述长条孔的一侧与碰撞板连接后形成单颗粒阻尼减振器；所述单颗粒阻尼减振器为多个，多个相同的所述单颗粒阻尼减振器的所述圆柱腔体中设有所述碰撞板的一侧连接在法兰盘的两个侧面上，所述圆柱腔体中设有所述长条孔的一侧露在所述法兰盘的外侧。
[0008]可选实施例中，所述滑动板可沿所述长条孔滑动以调节所述颗粒的运动间距。
[0009]可选实施例中，所述颗粒的运动方向与所述管类结构的振动方向应一致。
[0010]可选实施例中，所述颗粒采用钢、玻璃或铅材料制作。
[0011]可选实施例中，在所述单颗粒阻尼减振器的碰撞面或者所述颗粒的表面上可粘贴高阻尼材料或者缓冲材料。
[0012]可选实施例中，在所述圆柱腔体中填充不同的黏滞液体，当所述滑动板沿所述长条孔滑动后在所述圆柱腔体上形成间隙时，采用薄膜将所述间隙封闭。。
[0013]可选实施例中，所述管类结构为圆形或方形。
[0014]另一方面，本专利技术还提供了一种上述管类箍形并联式宽频颗粒减振器的设计方法，包括如下步骤：确定所述管类箍形并联式宽频颗粒减振器中所述颗粒的总质量、个数、半径及运动间距；根据所述颗粒的设计信息，确定两所述圆柱腔体的尺寸及所述长条孔的尺寸。
[0015]可选实施例中，所述管类结构的振动特性包括质量m、阻尼系数c和刚度k，所述管类结构的位移、速度和加速度分别为x、和所述质量m为管类结构(10)与颗粒减振器中除颗粒(3)外的其它构件的质量之和，所述颗粒质量为m
p
，所述颗粒的位移、速度和加速度分别为x
p
、和d为所述颗粒运动间距，g为重力加速度，α为所述颗粒与所述管类结构在振动方向的夹角，p0为简谐激励强度；ω为简谐激励频率，建立所述管类结构系统在简谐激励下的运动方程为：
[0016][0017]化简为：
[0018][0019]其中μ＝m
p
/m。
[0020]在所述颗粒与所述管类结构未发生碰撞时，其位移响应为
(σ2‑
σ1)+σ1σ2[(1+h2)(βω
n
+θ1)+h1(ζω
n
‑
θ2)]}，)]}，
[0034]可选实施例中，当τ＝π时所述减振器的性能达到最优，最终可获得颗粒的最优运动间距为：
[0035][0036]可选实施例中，根据所获得的所述管类箍形并联式宽频颗粒减振器中的所述颗粒的总质量及运动间距，确定所述颗粒的个数N和半径R；根据所述颗粒确定所述圆柱腔体的尺寸为d
op
+2R，所述长条孔的尺寸可依据所述管类结构所受的动力荷载获得的最大d
op
值确定。
[0037]本专利技术的有益效果在于：
[0038](1)本专利技术中的管类箍形并联式宽频颗粒减振器，当管类结构振动时，管类箍形并联式宽频颗粒减振器通过颗粒与管类结构发生碰撞时两者间的动量交换和碰撞耗能实现了对管类结构振动的有效控制，恢复了管类结构的正常使用状态，并提高了其适应性、耐久性和安全性，而且颗粒运动间距可以调节，减振频带更宽。
[0039](2)本专利技术中的管类箍形并联式宽频颗粒减振器，减振效果好及频带宽。管类箍形并联式宽频颗粒减振器由多个颗粒组成，但每个颗粒均有独立腔体，且在侧壁约束下只能沿管类结构振动方向运动，减振效果好，并且可以调节颗粒的运动间距，对管类结构在动力荷载下的减振频带更宽，应用更加灵活。
[0040](3)本专利技术中的管类箍形并联式宽频颗粒减振器，管类结构在线工作或正常使用时，只需通过螺栓就可将减振器与管类结构连接，安装方便。管类箍形并联式宽频颗粒减振器可根据管类结构的振动方向进行旋转，保证颗粒的运动方向与管类结构的振动方向一致，使其具有良好的减振效果，适用范围更广。管类箍形并联式宽频颗粒减振器具有可工厂化生产、加工方便、节约空间和可置本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种管类箍形并联式宽频颗粒减振器，包括：多段管类结构(10)，多段管类结构(10)之间设置有并联式宽频颗粒减振器；其特征在于，所述并联式宽频颗粒减振器由用于轴向减振的管类箍形并联式宽频颗粒减振器、用于径向减振的管类箍形并联式宽频颗粒减振器组成；其中，用于轴向减振的管类箍形并联式宽频颗粒减振器中设置有轴线与所述管类结构(10)的轴线平行的圆柱腔体(1)，轴线与所述管类结构(10)的轴线平行的圆柱腔体(1)中设置有颗粒(3)；用于径向减振的管类箍形并联式宽频颗粒减振器中设置有轴线与所述管类结构(10)的轴线垂直的圆柱腔体(1)，轴线与所述管类结构(10)的轴线垂直的圆柱腔体(1)中设置有颗粒(3)。2.根据权利要求1所述的一种管类箍形并联式宽频颗粒减振器，其特征在于，轴线与所述管类结构(10)的轴线平行的圆柱腔体(1)的一侧开设有长条孔(2)，所述长条孔(2)中安装有滑动板(4)，所述滑动板(4)上连接有限位板(6)，通过连接件(5)穿过所述长条孔(2)与限位板(6)将所述圆柱腔体(1)与所述滑动板(4)连接，将所述颗粒(3)放置在所述圆柱腔体(1)中形成单颗粒阻尼减振器；所述单颗粒阻尼减振器为多个，多个相同的所述单颗粒阻尼减振器的所述圆柱腔体(1)的两个底面分别连接在法兰盘(8)的两个侧面上，所述法兰盘(8)的另外两个侧面分别与所述管类结构(10)连接。3.根据权利要求1所述的一种管类箍形并联式宽频颗粒减振器，其特征在于，轴线与所述管类结构(10)的轴线垂直的圆柱腔体(1)的一侧开设有长条孔(2)，所述长条孔(2)中安装有滑动板(4)，所述滑动板(4)上连接有限位板(6)，通过连接件(5)穿过所述长条孔(2)与限位板(6)将所述圆柱腔体(1)与所述滑动板(4)连接，将所述颗粒(3)放置在所述圆柱腔体(1)中，所述圆柱腔体(1)的未开设所述长条孔(2)的一侧与碰撞板(9)连接后形成单颗粒阻尼减振器；所述单颗粒阻尼减振器为多个，多个相同的所述单颗粒阻尼减振器的所述圆柱腔体(1)中设有所述碰撞板(9)的一侧连接在法兰盘(8)的两个侧面上，所述圆柱腔体(1)中设有所述长条孔(2)的一侧露在所述法兰盘(8)的外侧。4.根据权利要求2或3所述的一种管类箍形并联式宽频颗粒减振器，其特征在于，所述滑动板(4)可沿所述长条孔(2)滑动以调节所述颗粒(3)的运动间距。5.根据权利要求1所述的一种管类箍形并联式宽频颗粒减振器，其特征在于，所述颗粒(3)的运动方向与所述管类结构(10)的振动方向应一致。6.根据权利要求1所述的一种管类箍形并联式宽频颗粒减振器，其特征在于，所述颗粒(3)采用钢、玻璃或铅材料制作。7.根据权利要求2或3所述的一种管类箍形并联式宽频颗粒减振器，其特征在于，在所述单颗粒阻尼减振器的碰撞面或者所述颗粒(3)的表面上可粘贴高阻尼材料或者缓冲材料。8.根据权利要求2或3所述的一种管类箍形并联式宽频颗粒减振器，其特征在于，在所述圆柱腔体(1)中填充不同的黏滞液体，当所述滑动板(4)沿所述长条孔(2)滑动后在所述圆柱腔体(1)上形成间隙时，采用薄膜将所述间隙封闭。9.根据权利要求1所述的一种管类箍形并联式宽频颗粒减振器，其特征在于，所述管类
结构(10)为圆形或方形。10.根据权利要求1
‑
9任一所述的一种管类箍形并联式宽频颗粒...

【专利技术属性】
技术研发人员：潘鹏，王宝顺，王海深，
申请(专利权)人：清华大学，
类型：发明
国别省市：