基于颗粒阻尼与金属橡胶的组合调频动力吸振器及方法

技术领域

本发明涉及吸振器领域，特别是一种基于颗粒阻尼与金属橡胶的组合调频动力吸振器及方法。

背景技术

管道振动时常困扰人们的日常生活与工业生产，在反复受到一系列工作频率的冲击下，不仅浪费能量，而且对自身机械结构产生危害，使生产效率下降。随着现代工业需求的不断增长，高负荷工况也越来越常见，大型管道的振动形式也越来越复杂，大管道中流量大，在转弯、阀等地方极易产生较大的激振力，部分振动源于气体和液体在管道中流动，由于机械内部结构与流体情况的复杂，加剧了管道的振动。外部也有压缩机或泵引起的机械振动，如何有效合理地减小大管道的振动，成为现在热切关注的话题。

吸振器是合理有效地减小大管道振动的最经济有效的措施之一。但传统的被动吸振器体积和质量大，占用较大空间，不利于实际应用，且只能适用于特定频率的吸振，即结构不具有普适性，且普通的吸振材料承载能力差、不耐高温等，难以满足特殊工况要求；主动吸振器在一定程度提高了低频吸振的效果，但自身结构复杂，受限于安装与恶劣环境等原因，难以推广应用。因此对于用于大型管道的动力吸振器的改进创新是十分有必要的。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的是提供一种便于安装，减振效果更好，适应工况多的基于颗粒阻尼与金属橡胶的组合调频动力吸振器及方法。

本发明采用以下方案实现：一种基于颗粒阻尼与金属橡胶的组合调频动力吸振器，包括管道和位于管道外围的两个固定管夹，两个固定管夹之间留有一定距离并连接有若干沿周向均布的肋板，所述肋板上可拆卸设置有若干质量块和若干用以装纳涂层颗粒的颗粒阻尼盒；所述固定管夹和管道之间夹设有若干沿周向间隔分布的金属橡胶块。

进一步的，所述肋板一侧设有可容纳颗粒阻尼盒的槽腔，所述质量块连接于肋板另一侧，颗粒阻尼盒上设有盒盖，所述盒盖、颗粒阻尼盒、肋板和质量块采用螺栓A配合螺母A连接在一起。

进一步的，所述固定管夹由两个半圆箍体连接通过螺栓B配合螺母B连接在一起；所述固定管夹侧部设有若干组、每组两个用以连接肋板的连接耳座，所述肋板端部设有卡入对应组连接耳座中间的连接部，肋板的连接部和连接耳座之间通过螺栓C配合螺母C连接在一起。

进一步的，所述金属橡胶块呈扇形，固定管夹内侧设有与金属橡胶块适配的限位凹槽。

进一步的，所述涂层颗粒采用金属颗粒外部包裹二硫化钨涂层。

本发明另一技术方案：一种如上所述基于颗粒阻尼与金属橡胶的组合调频动力吸振器的工作方法，选择颗粒阻尼盒上内涂层颗粒的数量，再在肋板上安装与工况对应数量的颗粒阻尼盒；在肋板上添加或减少质量块，进行吸振频率的微调，根据设定的吸振频率，添加不同位置，不同大小的质量块，以满足工作要求；工作时，振动从管道施加到系统时，力传递到吸振器上，管道带动固定管夹上的金属橡胶块发生纵向的位移运动，由于其自身的阻尼作用，吸收了部分的振动能量，接着振动传到颗粒阻尼盒，利用涂层颗粒之间的碰撞、颗粒与壁之间的碰撞、颗粒的振动实现能量消耗或转变，从而达到二级元件减振的效果；通过金属橡胶的干摩擦和颗粒振动吸收剩余的振动能量使系统达到稳定。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

（1）采用扇形形状的金属橡胶，既节约成本，避免大环形结构的浪费，又便于安装；

（3）引入涂层颗粒作为吸振器的二级减振元件，减振效果更好；金属颗粒外表采用二硫化钨涂层，涂层颗粒不同于传统颗粒，具有优良的物理机械性能，耐摩擦性，有助于减少颗粒与颗粒之间的磨损；

（4）多单元多颗粒阻尼盒可以根据实际情况增加或者减少，颗粒阻尼盒增加，颗粒增加、颗粒材料改变、颗粒大小变化都会带来不同的阻尼特性，适应工况多，减振频带宽，频率可调；通过颗粒阻尼盒与质量块的增减，实现在一定频率范围内“无级调频”。

（5）金属橡胶与涂层颗粒适用于不同工况，耐用性强，可用周期长，使用寿命长。

为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下将通过具体实施例和相关附图，对本发明作进一步详细说明。

附图说明

图1为本发明实施例吸振器整体立体图；

图2为本发明实施例吸振器轴向视图；

图3为本发明实施例吸振器剖视图；

图4为本发明实施例颗粒阻尼盒不同数量对比示意图；

图5 为本发明实施例质量块不同数量对比示意图；

图6为本发明实施例固定管夹的半圆箍体立体图；

图7为本发明实施例肋板正视图；

图8为本发明实施例金属橡胶块构造示意图；

图9为本发明实施例盒盖与颗粒阻尼盒分离状态示意图；

图10为本发明实施例不同形状质量块对比示意图；

图中标号说明：1-螺母A，2-螺栓A，3-螺母B，4-螺栓B，5-螺栓C，6-螺母C，7-肋板，8-颗粒阻尼盒，9-盒盖，10-固定管夹，11-管道，12-金属橡胶块，13-质量块，14-涂层颗粒、15-连接耳座、16-连接部、17-限位凹槽。

具体实施方式

应该指出，以下详细说明都是示例性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

如图1~10所示，一种基于颗粒阻尼与金属橡胶的组合调频动力吸振器，包括管道11和位于管道11外围的两个固定管夹10，两个固定管夹10之间留有一定距离并连接有若干沿周向均布的肋板7，所述肋板7上可拆卸设置有若干质量块13和若干用以装纳涂层颗粒14的颗粒阻尼盒8；所述固定管夹10和管道11之间夹设有若干沿周向间隔分布的金属橡胶块12。

设置肋板用于搭载颗粒阻尼盒，可人为调整颗粒阻尼盒个数，形成多单元多颗粒阻尼盒，且需对称安装。通过对称颗粒阻尼盒的个数，确定主要吸振频率，通过增减质量块来微调频率，使其在一定频率范围内可平滑变化，实现在一定频率范围内“无级调频”，利用颗粒与腔体、颗粒与颗粒间的产生碰撞阻尼、摩擦阻尼以及颗粒和腔体的材料阻尼来损耗振动结构体的振动能量。

当激励频率与结构系统的固有频率相同时将会有谐振现象发生，通过阻尼的作用，起到减振的作用，将振动能量转化为其他能量耗散掉。设计两级减振元件，且实现频率可变，扩宽吸振频率，实现多场景工况下适用，第一级减振元件为金属橡胶，利用金属橡胶的干摩擦，吸收能量减少振动，再通过第二级减振元件涂层金属颗粒，利用颗粒之间的碰撞、颗粒与壁之间的碰撞、颗粒的振动实现能量消耗或转变,从而达到二级元件减振的效果，通过模块化组合式颗粒阻尼盒，形成多单元多颗粒阻尼盒，实现质量可变、阻尼可变、刚度可变，实现吸振频率可变的特点，实用性强，应用性广。

在本实施例中，所述肋板7一侧设有可容纳颗粒阻尼盒的槽腔，所述质量块13连接于肋板另一侧，颗粒阻尼盒上设有盒盖9，盒盖9内顶部留有空间，利于颗粒有空间冲击。所述盒盖9、颗粒阻尼盒8、肋板7和质量块13采用螺栓A2配合螺母A1连接在一起。肋板上的槽腔空间用于存放颗粒阻尼盒8，根据现场的实际工况，加入相应数量、颗粒材料、粒径大小的涂层颗粒14与颗粒阻尼盒数量，形成不同的颗粒阻尼性能；最后通过增减质量块13进行吸振频率的微调，质量块的结构和大小根据实际情况选择，使吸振器在一定范围内达到“无级调频”的效果。

在本实施例中，所述涂层颗粒采用金属颗粒外部包裹二硫化钨涂层。利用涂层颗粒作为第二级减振元件，金属颗粒外表采用二硫化钨涂层，有效地避免了颗粒与颗粒之间的磨损，减少颗粒的更换。颗粒材料、粒径大小、颗粒填充率的改变都显示出不同的减振能力、颗粒阻尼效果，只需改变颗粒的材料、大小、填充率，就能适用于不同工况的环境，通过涂层颗粒之间的撞击以及振动，以及与腔壁的碰撞下，将能量耗散，减少振动。为了二级减振元件频率可控，设置多单元多颗粒的颗粒阻尼盒用于存放涂层颗粒，可在颗粒阻尼盒内控制颗粒的材料、大小、填充率，以达到想要的阻尼效果、刚度效果。

在本实施例中，所述固定管夹10由两个半圆箍体连接通过螺栓B4配合螺母B3连接在一起，采用螺栓连接，并调整紧固，用于调整大型管道与金属橡胶块的松紧。所述固定管夹侧部设有若干组、每组两个用以连接肋板的连接耳座15，所述肋板端部设有卡入对应组连接耳座中间的连接部16，肋板7的连接部和连接耳座之间通过螺栓C5配合螺母C6连接在一起。

在本实施例中，所述金属橡胶块12呈扇形，固定管夹10内侧设有与金属橡胶块适配的限位凹槽17；通过金属橡胶块作为第一级减振元件，以扇形形状包裹住管道，利用多个金属橡胶块与管道的运动，提高结构阻尼从而提高减振器的减振效果。通过固定管夹，将金属橡胶块与管道固定在一起，内部有用于安装金属橡胶块的限位凹槽17，用以轴向定位，防止金属橡胶块轴向移动，更好地包裹住管道。利用所述固定管夹与金属橡胶块，包裹住管道，作为第一级减振元件，利用锁紧螺栓4与螺母3锁紧将固定管夹和金属橡胶块固定，通过金属橡胶块压缩的预紧力固定在管道上，进而增大金属橡胶表面之间的摩擦力。

在本实施例中，每个固定管夹可装4个金属橡胶块，同时每个固定管夹设有4个突出的连接耳座，上面有4个孔位用于连接肋板，设有4个肋板作为对称，每个肋板开孔6个，每个肋板最多可存放3个颗粒阻尼盒，可控范围较大。且颗粒阻尼盒形状为正方形，利用结构的对称性，达到平衡效果。

一种如上所述基于颗粒阻尼与金属橡胶的组合调频动力吸振器的工作方法：安装固定管夹时，需要一定的预紧力，将金属橡胶块与管道固定在一起夹紧，使系统整体稳定。选择颗粒阻尼盒上内涂层颗粒的数量，再在肋板安装上与工况对应的数量的颗粒阻尼盒，颗粒阻尼盒安装在肋板前侧的槽腔中，如图4所示，肋板可以选择安装一个颗粒阻尼盒、两个颗粒阻尼盒、三个颗粒阻尼盒，以此来选择吸振频率。为了结构平衡，选择一个颗粒阻尼盒时，安装在肋板中间位置，选择两个颗粒阻尼盒时，安装在肋板两侧。并在每个肋板上安装上同样数目、同样位置的颗粒阻尼盒，形成多单元多颗粒阻尼盒。最后在肋板上添加或减少质量块，进行吸振频率的微调，质量块安装在肋板后侧，如图5所示，根据设定的吸振频率，添加不同位置，不同大小的质量块，以满足工作要求。工作时，振动从管道施加到系统时，力传递到吸振器上，管道带动固定管夹上的金属橡胶块发生纵向的位移运动，由于其自身的阻尼作用，吸收了部分的振动能量，接着振动传到颗粒阻尼盒，利用涂层颗粒之间的碰撞、颗粒与壁之间的碰撞、颗粒的振动实现能量消耗或转变，从而达到二级元件减振的效果；通过金属橡胶的干摩擦和颗粒振动吸收剩余的振动能量使系统达到稳定。

上述本发明所公开的任一技术方案除另有声明外，如果其公开了数值范围，那么公开的数值范围均为优选的数值范围，任何本领域的技术人员应该理解：优选的数值范围仅仅是诸多可实施的数值中技术效果比较明显或具有代表性的数值。由于数值较多，无法穷举，所以本发明才公开部分数值以举例说明本发明的技术方案，并且，上述列举的数值不应构成对本发明创造保护范围的限制。

本发明如果公开或涉及了互相固定连接的零部件或结构件，那么，除另有声明外，固定连接可以理解为：能够拆卸地固定连接( 例如使用螺栓或螺钉连接)，也可以理解为：不可拆卸的固定连接(例如铆接、焊接)，当然，互相固定连接也可以为一体式结构( 例如使用铸造工艺一体成形制造出来) 所取代(明显无法采用一体成形工艺除外)。

另外，上述本发明公开的任一技术方案中所应用的用于表示位置关系或形状的术语除另有声明外其含义包括与其近似、类似或接近的状态或形状。

本发明提供的任一部件既可以是由多个单独的组成部分组装而成，也可以为一体成形工艺制造出来的单独部件。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非是对本发明作其它形式的限制，任何熟悉本专业的技术人员可能利用上述揭示的技术内容加以变更或改型为等同变化的等效实施例。但是凡是未脱离本发明技术方案内容,依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与改型，仍属于本发明技术方案的保护范围。