Вибропоглощающее устройство

 

Изобретение относится к области борьбы с вибрацией, возникающей при работе виброактивного оборудования. Устройство позволяет получить существенный вибропоглощающий эффект практически при любых температурных условиях и воздействиях окружающей среды. Вибропоглощающее устройство содержит прижимной лист, механически закрепленный на демпфируемой конструкции, например, посредством болтов, расположенных в шахматном порядке. Толщина прижимного листа составляет от 0,5 до 0,05 толщины демпфируемой конструкции. Расстояние между соседними креплениями составляет половину длины изгибной волны в прижимном листе на низшей частоте диапазона, где требуется уменьшить вибрации демпфируемой конструкции. Устройство работает практически при любых воздействиях окружающей среды и температурах, имеет предельно простую конструкцию и малую стоимость. 1 ил.

Изобретение относится к области борьбы с вибрацией, возникающей при работе виброактивного оборудования. Изобретение может быть применено для уменьшения звуковой вибрации, возникающей, например, в судовых конструкциях при работе механизмов, и являющейся причиной повышения уровней воздушного шума в помещениях судна.

Известно большое количество средств поглощения вибраций, наиболее распространенными из них являются вибропоглощающие покрытия. Подробное описание принципа действия и конструкции указанных средств и покрытий приведено, например, в [1].

Вибропоглощающее покрытие присоединяется к демпфируемой конструкции, например к пластине судовой конструкции, и обычно состоит из одного или нескольких слоев различных материалов. Одним из наиболее распространенных типов является армированное вибропоглощающее покрытие, представляющее собой слой вязкоупругого материала, на который наносится тонкий армирующий слой из жесткого материала [1]. Вибропоглощающие покрытия обычно наносятся на демпфируемые конструкции при постройке инженерного объекта, например, судна, причем необходимость их применения, как правило, должна быть известна заранее.

В некоторых случаях, особенно при необходимости доведения уровней вибраций и шума в помещениях до норм на готовом судне, применяются съемные вибропоглощающие конструкции (устройства) с механическим креплением [2]. Крепление такого устройства на болтах позволяет достаточно просто устанавливать или снимать резиновые перфорированные слои, присоединяемые к демпфируемой конструкции посредством прижимного листа.

Известное вибропоглощающее устройство включает прижимной лист, механически закрепленный на демпфируемой конструкции, например, посредством болтов, расположенных в шахматном порядке.

Недостаток прижимного листа: к демпфируемой конструкции в известном прототипе обычно прижимается перфорированный резиновый слой, деформация которого приводит к преобразованию колебательной энергии в тепловую, что обеспечивает вибропоглощающий эффект устройства.

Однако применение резины или других резиноподобных материалов ограничивает области применения подобных устройств, например, в части температурного режима или при контакте с некоторыми веществами. Известно, что резина практически не применима при очень высоких или очень низких температурах, а также не стойка к воздействию масла или радиации, токсична при горении.

Заявляемое изобретение направлено на достижение технического результата, заключающегося в обеспечении вибропоглощающего эффекта устройства практически при любых температурных условиях и воздействиях вредных веществ, что позволяет использовать его для снижения вибраций, а следовательно, и шума, возникающих при работе практически любого оборудования, в том числе энергетического и специального.

Для этого в известном устройстве, содержащем прижимной лист, механически закрепленный на демпфируемой конструкции, например, посредством болтов, расположенных в шахматном порядке, толщина прижимного листа составляет от 0,5 до 0,05 толщины демпфируемой конструкции, а расстояние между соседними креплениями составляет половину длины изгибной волны в прижимном листе на низшей частоте диапазона, где требуется уменьшить вибрации демпфируемой конструкции.

Предлагаемое устройство позволяет получить существенный вибропоглощающий эффект и снизить вибрацию, а следовательно, и шум, обусловленные работой виброактивного оборудования, практически при любых температурах и воздействиях окружающей среды.

Кроме того, обеспечивается экономический эффект за счет отказа от использования резины или других подобных демпфирующих материалов.

Указанный технический результат достигается благодаря введению в техническое решение отличительных признаков, предусматривающих использование прижимного листа, толщина которого составляет от 0,5 до 0,05 толщины демпфируемой конструкции, и выбор расстояния между соседними креплениями, которое составляет половину длины изгибной волны в прижимном листе на низшей частоте диапазона, где требуется уменьшить вибрации демпфируемой конструкции.

Сущность изобретения поясняется чертежом.

Устройство содержит прижимной лист 1, механически закрепленный на демпфируемой конструкции 2, например, посредством болтов 3, расположенных в шахматном порядке. Толщина прижимного листа h₁ составляет от 0,5 до 0,05 толщины демпфируемой конструкции h₂, а расстояние l между соседними креплениями составляет половину длины изгибной волны в прижимном листе на низшей частоте диапазона, где требуется уменьшить вибрации демпфируемой конструкции.

Демпфируемой конструкцией может являться корпус или отдельные элементы виброактивного механизма или другого оборудования, являющегося источником повышенных вибраций и шума, фундаментные и опорные конструкции в месте установки оборудования, внутрикорпусные и корпусные конструкции средств транспорта, например судов, а также других подобных инженерных объектов. Повышенные уровни вибраций демпфируемой конструкции, обусловленные работой виброактивного оборудования, вызывают вынужденные колебания механически закрепленного на ней прижимного листа. Между поверхностями демпфируемой конструкции и прижимного листа, при их механическом креплении в отдельных точках обычно остается технологический зазор малой толщины, обусловленный неровностями вышеуказанных поверхностей.

Для любой частоты возбуждающего динамического усилия, приложенного со стороны демпфируемой конструкции к прижимному листу, моды вынужденных колебаний листа, как правило, не синфазны модам колебаний указанной конструкции и превышают их по амплитуде, поскольку его толщина меньше толщины демпфируемой конструкции на величину от 2 до 20 раз. Особенно интенсивные колебания участков прижимного листа возникают в том случае, когда между соседними креплениями возникает мода колебаний, близкая к половине длины изгибной волны в указанном листе.

Возникновение вышеуказанных интенсивных колебаний прижимного листа, не синфазных с колебаниями демпфируемой конструкции, приводит к возрастанию влияния эффекта поверхностного трения между листом и конструкцией, а также к прокачиванию воздуха в технологическом зазоре. Указанные физические эффективности сопровождаются интенсивным переходом энергии колебаний в тепловую энергию, нагревающую воздух, колеблющиеся и прилегающие конструкции. Возникающее постоянное преобразование вибрационной энергии в тепловую дает значительный вибропоглощающий эффект, равноценный увеличению коэффициента потерь на порядок более по сравнению с обычными металлическими конструкциями.

Выбор толщины прижимного листа от 0,5 до 0,05 толщины демпфируемой конструкции обусловлен следующим. Если бы указанные толщины были одинаковыми, их колебания были бы синфазными и возникновения пар поверхностного трения, а также прокачивания воздуха в технологическом зазоре не было бы. Заметный эффект трения и прокачивания, как показали экспериментальные исследования авторов, возникает, если толщины отличны примерно в 2 раза. Эффекты возрастают при дальнейшем уменьшении толщины прижимного листа, поскольку более тонкий лист колеблется интенсивнее при той же возбуждающей силе. Однако использование еще более тонких листов приводит к прекращению возрастания эффекта, а затем и к его уменьшению из-за малости механического сопротивления тонких листов по сравнению с толстой основной конструкцией и с упругостью воздушного зазора.

Использование прижимного листа, толщина которого меньше 0,05 толщины демпфируемой конструкции, нецелесообразно, поскольку эффект вибропоглощения практически исчезает из-за малой энергоемкости устройства (прижимного листа) и незначительности эффекта прокачивания воздуха в зазоре.

Экспериментальные исследования, проведенные авторами, подтвердили, что максимальный эффект вибропоглощения достигается при вышеуказанном соотношении толщин прижимного листа и демпфируемой конструкции, если расстояние между соседними креплениями составляет половину длины изгибной волны в прижимном листе на низшей частоте, где требуется уменьшить вибрации демпфируемой конструкции. Обычно частоты, на которых требуется уменьшить вибрации, определяются частотами наиболее интенсивных динамических усилий, развиваемых виброактивным оборудованием при его работе. Это может быть, например, оборотная частота механизма с вращающимся ротором, либо кратные ей частоты. Низшая частота наиболее интенсивных динамических усилий определяет, как правило, аналогичную частоту вибровозбуждения конструкции и низшую частоту f_н диапазона частот наиболее интенсивных вибраций конструкции, которые необходимо задемпфировать. Эта частота f_н обычно известна из расчетов или экспериментов, что позволяет выбрать расстояние l между соседними болтовыми креплениями, исходя из условия равенства его половине длины изгибной волны в прижимном листе, по приближенной формуле (м), где h₁ (м) - толщина прижимного листа; f_н (Гц) - нижняя частота диапазона, где требуется уменьшить вибрации демпфируемой конструкции.

Наличие эффекта вибропоглощения на низшей частоте диапазона позволяет получить эффект и на более высоких частотах, когда на участке листа между креплениями укладывается несколько половин длин изгибных волн.

Предлагаемое устройство может использоваться для демпфирования сравнительно толстостенных корпусов виброактивного оборудования, где другие средства вибропоглощения малоэффективны, либо неприменимы из-за высоких температур или воздействия масла, радиации и др. Оно может также устанавливаться в виде отдельных листов на участках фундаментных, опорных и корпусных конструкций, где наблюдаются наиболее высокие уровни вибрации, причем установка средства может производиться на уже готовом или находящемся в эксплуатации инженерном объекте, если выявлено превышение над нормами. Согласно экспериментам, в результате применения предлагаемого устройства уровни вибрации в 2 - 3 раза и более (т.е. на 6 - 10 дБ) снижаются.

Достоинствами устройства являются его предельная простота, технологичность изготовления и установки и невысокая стоимость.

Формула изобретения

Вибропоглощающее устройство, включающее прижимной лист, механически закрепленный на демпфируемой конструкции, например, посредством болтов, расположенных в шахматном порядке, отличающееся тем, что толщина прижимного листа составляет от 0,5 до 0,05 толщины демпфируемой конструкции, а расстояние между соседними креплениями составляет половину длины изгибной волны в прижимной листе на низшей частоте диапазона, где требуется уменьшить вибрации демпфируемой конструкции.

РИСУНКИ

Рисунок 1