管道智能減振器的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明的目的在于提供管道智能減振器，包括管箍、托架、中間框架結(jié)構(gòu)、下層橡膠減振器，所述管箍為兩個半圓型管箍圍在一起組成的圓環(huán)結(jié)構(gòu)，管道從圓環(huán)結(jié)構(gòu)內(nèi)部通過，圓環(huán)結(jié)構(gòu)與管道之間安裝橡膠阻尼圈，管箍固定在托架上，托架固定在中間框架結(jié)構(gòu)上，中間框架結(jié)構(gòu)與基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)之間安裝下層橡膠減振器，中間框架結(jié)構(gòu)里設(shè)置功率放大模塊，功率放大模塊的兩側(cè)分別設(shè)置與其相連的慣性式電磁作動模塊，中間框架結(jié)構(gòu)的頂板上設(shè)置加速度傳感器，加速度傳感器連接功率放大模塊。本發(fā)明主要針對船舶上普遍存在的管路系統(tǒng)振動進(jìn)行隔離，可以有效地控制管路系統(tǒng)寬頻帶的振動向船體結(jié)構(gòu)的傳遞。
【專利說明】
管道智能減振器
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及的是一種減振裝置，具體地說是管道減振裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]管路系統(tǒng)在各種工業(yè)領(lǐng)域中都有非常重要的應(yīng)用，尤其是在船舶工業(yè)領(lǐng)域，管路系統(tǒng)(如生活用水管路及冷卻用水管路)普遍存在于各類船舶上，發(fā)揮著重要的作用。但管路的振動噪聲一直沒有得到很好地控制，強(qiáng)烈的管道振動不僅會使管路附件特別是管道的連接部件發(fā)生松動，還會向艙內(nèi)輻射噪聲，同時通過管道支撐激勵船體結(jié)構(gòu)向艙內(nèi)和水下輻射噪聲。對管路系統(tǒng)的振動控制目前還是以被動控制技術(shù)為主，如采用隔振(如管夾或彈性馬腳支撐)、動力吸振器及在管道表面敷設(shè)阻尼材料等等。
[0003]申請?zhí)枮?01110031028.8的專利公開了一種降低管道振動的調(diào)諧質(zhì)量阻尼器結(jié)構(gòu)，實際上是一種動力吸振器，但由于采用周向均勻布置的彈簧和環(huán)狀質(zhì)量，所以可以對多個方向的振動起作用。但其缺點是只對吸振器共振頻率的振動起控制作用，而且實施時很難調(diào)節(jié)需要的共振頻率，當(dāng)管道振動頻率發(fā)生變化時也沒有效果。
[0004]申請?zhí)枮?01110054805.0的專利公開一種針對管道減振降噪的周期性阻尼結(jié)構(gòu)，在管道外側(cè)按一定的間隔粘附多個阻尼片，通過設(shè)計可以得到某些頻率無法傳遞的周期性帶隙。但缺點也是只對某些頻帶起作用。
[0005]申請?zhí)枮?00820156003.4的專利公開了一種管道管夾隔振器，其中在管道與上、下金屬板之間設(shè)置橡膠件作為隔振墊，利用橡膠件的阻尼隔振作用，阻隔管道的振動傳播。申請?zhí)枮?01210378946.2的專利則公開了一種設(shè)備層管道隔振結(jié)構(gòu)，采用雙層隔振結(jié)構(gòu)，提高了隔振效率。但這種被動式的隔振結(jié)構(gòu)只能對中高頻的振動進(jìn)行有效隔離，對于管道的低頻振動無法取得理想的控制效果，且不能適應(yīng)栗的運行工況變化引起的管道振動頻率的變化。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的在于提供能夠有效地控制管路系統(tǒng)傳遞到基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)上振動的管道智能減振器。
[0007]本發(fā)明的目的是這樣實現(xiàn)的:
[0008]本發(fā)明管道智能減振器，其特征是:包括管箍、托架、中間框架結(jié)構(gòu)、下層橡膠減振器，所述管箍為兩個半圓型管箍圍在一起組成的圓環(huán)結(jié)構(gòu)，管道從圓環(huán)結(jié)構(gòu)內(nèi)部通過，圓環(huán)結(jié)構(gòu)與管道之間安裝橡膠阻尼圈，管箍固定在托架上，托架固定在中間框架結(jié)構(gòu)上，中間框架結(jié)構(gòu)與基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)之間安裝下層橡膠減振器，中間框架結(jié)構(gòu)里設(shè)置功率放大模塊，功率放大模塊的兩側(cè)分別設(shè)置與其相連的慣性式電磁作動模塊，中間框架結(jié)構(gòu)的頂板上設(shè)置加速度傳感器，加速度傳感器連接功率放大模塊。
[0009]本發(fā)明還可以包括:
[0010]1、中間框架結(jié)構(gòu)的外部安裝罩殼。
[0011]本發(fā)明的優(yōu)勢在于:
[0012]1、本發(fā)明基于管道被動雙層管夾結(jié)構(gòu)，相對于單層被動管卡更具優(yōu)勢。當(dāng)管路系統(tǒng)振動時，中間質(zhì)量能消耗掉一部分來自管道傳來的激振力，因此雙層的管卡結(jié)構(gòu)比單層管卡有更好的被動隔振效果。
[0013]2、雙層管卡結(jié)構(gòu)的中間質(zhì)量用來安裝振動主動控制單元的傳感器、執(zhí)行機(jī)構(gòu)和功放模塊，由于中間質(zhì)量上下均有橡膠減振器，因此阻抗較小，所以需要的主動控制力較小，能耗少；
[0014]3、為了保證主動隔振功能的實現(xiàn)，本發(fā)明采用兩個慣性式電磁作動模塊作為主動控制機(jī)構(gòu)；
[0015]4、針對慣性式電磁作動模塊，本發(fā)明設(shè)計在其導(dǎo)向軸和動子之間加裝滾珠軸承進(jìn)一步提高電磁作動模塊的穩(wěn)定性，降低其失真度；
[0016]5、本發(fā)明將兩個慣性式電磁作動模塊在中間框架結(jié)構(gòu)內(nèi)部左右對稱布置，通過調(diào)節(jié)不同的電磁作動模塊的出力大小，可以同時控制管路振動傳遞到中間質(zhì)量的垂向振動和水平振動；
[0017]6、本發(fā)明不但將主被動隔振裝置有機(jī)合理地結(jié)合在一起，而且將功率放大模塊和加速度傳感器集成到整體的隔振裝置中，有效地利用了空間，具有尺寸小、安裝和使用方便的特點；
[0018]7、本發(fā)明由被動的橡膠減振器承擔(dān)管道的靜載，且保證了慣性式電磁作動模塊的工作空間，所以即使在主動隔振完全失效的情況下，系統(tǒng)的被動隔振部分仍能起到隔振的作用，其可靠性和安全性要高于完全的主動隔振。
[0019]本發(fā)明主要針對船舶上普遍存在的管路系統(tǒng)振動進(jìn)行隔離，可以有效地控制管路系統(tǒng)寬頻帶的振動向船體結(jié)構(gòu)的傳遞。
【附圖說明】
[0020]圖1為本發(fā)明的爆炸圖；
[0021]圖2a為本發(fā)明未設(shè)置罩殼的示意圖，圖2b為本發(fā)明設(shè)置罩殼的示意圖；
[0022]圖3為本發(fā)明的側(cè)視圖；
[0023]圖4為本發(fā)明在管路系統(tǒng)中的安裝示意圖；
[0024]圖5為本發(fā)明應(yīng)用于管路系統(tǒng)振動控制實例的主動隔振效果(I號測點)；
[0025]圖6為本發(fā)明應(yīng)用于管路系統(tǒng)振動控制實例的主動隔振效果(2號測點)。
【具體實施方式】
[0026]下面結(jié)合附圖舉例對本發(fā)明做更詳細(xì)地描述:
[0027]結(jié)合圖1-6，本發(fā)明主要包括:橡膠阻尼圈1、兩個半圓型管箍2、托架3、中間框架結(jié)構(gòu)4、兩個慣性式電磁作動模塊5、功率放大模塊6、加速度傳感器7、兩個下層橡膠減振器8、罩殼9。橡膠阻尼圈I通過管箍2和托架3之間螺栓連接的預(yù)緊力將其壓緊在管道和管箍2之間，管箍2和托架3通過螺栓連接，托架3與中間框架結(jié)構(gòu)4通過螺栓連接，中間框架結(jié)構(gòu)4與兩個下層橡膠減振器8通過螺栓連接，兩個下層橡膠減振器8與基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)通過螺栓連接，這樣構(gòu)成被動的雙層管夾結(jié)構(gòu)。橡膠阻尼圈I為第一層被動減振，管箍2、托架3、中間框架結(jié)構(gòu)4以及安裝在其內(nèi)部的加速度傳感器7、兩個慣性式電磁作動模塊5和功率放大模塊6為中間質(zhì)量，兩個下層橡膠減振器8為第二層被動減振。兩臺四軸慣性式電磁激振模塊5作為主動執(zhí)行機(jī)構(gòu)對稱布置在中間框架結(jié)構(gòu)4內(nèi)部的左右兩側(cè)，功率放大模塊6和加速度傳感器7內(nèi)置于中間框架結(jié)構(gòu)4的內(nèi)部空腔內(nèi)，加速度傳感器7用于測量中間框架結(jié)構(gòu)4的振動加速度即中間質(zhì)量的振動響應(yīng)，作為主動控制單元的誤差信號，罩殼9安裝在中間框架結(jié)構(gòu)4表面，為中間框架結(jié)構(gòu)4內(nèi)的兩臺四軸慣性式電磁激振模塊5、功率放大器6以及加速度傳感器7提供保護(hù)，還能起到電磁屏蔽的作用。
[0028]本發(fā)明采用雙層隔振設(shè)計，兩個軸對稱布置的慣性式電磁作動模塊5作為主動隔振的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，產(chǎn)生的控制力直接作用在中間質(zhì)量上。由于中間質(zhì)量的阻抗相對比較小，所以需要的控制力也相對較小，同時雙層隔振能提供比單層隔振更優(yōu)的隔振效果，主被動控制的結(jié)合能大幅度提尚隔振的效率。隔振對象的載荷完全由被動的橡膠隔振器以及中間質(zhì)量來承擔(dān)，不僅保證了兩個慣性式電磁作動模塊5的工作空間，而且在主動隔振部分失效時仍能發(fā)揮被動隔振的功能。
[0029]本發(fā)明應(yīng)用于管路振動控制的安裝示意圖如圖4所示，在管路系統(tǒng)中兩個位置布置了管道智能減振器，將集成布置在中間質(zhì)量上的加速度傳感器的加速度響應(yīng)作為誤差信號用于振動主動控制，同時用來評價管道振動的傳遞。管路系統(tǒng)振動主動控制的流程如下:栗的轉(zhuǎn)速信號或者栗體的振動加速度信號作為參考信號經(jīng)采樣進(jìn)入主動控制器，主動控制器通常為基于DSP的高速信號處理系統(tǒng)，并與控制濾波器卷積后生成兩個輸出控制信號，兩個輸出信號分別驅(qū)動兩個管道智能減振器。智能減振器內(nèi)的慣性作動模塊產(chǎn)生主動控制力作用在中間質(zhì)量上，產(chǎn)生與管道振動傳遞至中間質(zhì)量的大小相等、方向相反的振動。集成布置在兩個智能減振器中間質(zhì)量上的加速度傳感器測得中間質(zhì)量的加速度響應(yīng)反饋輸入給主動控制器，按一定的優(yōu)化控制算法調(diào)整主動控制器的控制濾波器權(quán)系數(shù)?？刂扑惴ㄒ允怪虚g質(zhì)量振動響應(yīng)的均方值最小為性能函數(shù)，當(dāng)主動控制系統(tǒng)收斂后，將使中間質(zhì)量的振動響應(yīng)最小，從而實現(xiàn)對管道振動向基礎(chǔ)傳遞的有效控制。
[0030]本發(fā)明應(yīng)用于管路振動控制實例的主動隔振效果如圖5和6所示。此時栗的流量為95.2噸/小時，兩個智能減振器工作前后，I號測點的振動加速度響應(yīng)頻譜如圖5所示，2號測點的振動加速度響應(yīng)頻譜如圖6所示?？刂菩Ч缦?如圖所示，當(dāng)管道智能減振器工作時，可以使I號測點的兩根突出線譜在被動減振的基礎(chǔ)上分別下降11.2dB49.5Hz和16.9dB123.5Hz，5Ηζ_315Ηζ的頻率范圍內(nèi)總振級再衰減5.3dB; 2號測點的兩根突出線譜在被動減振的基礎(chǔ)上分別下降6.5dB49.5Hz和18.4dB123.5Hz，5Hz_315Hz的頻率范圍內(nèi)總振級再衰減4.2dB。
[0031]本發(fā)明提供的管道智能減振器包括:橡膠阻尼圈、兩個半圓型管箍、托架、中間框架結(jié)構(gòu)、兩個慣性式電磁作動模塊、功率放大模塊、加速度傳感器、兩個橡膠減振器、罩殼，橡膠阻尼圈利用管箍和托架之間的螺栓連接產(chǎn)生的預(yù)緊力將其壓緊在管道和管箍之間，兩個半圓型管箍、托架以及中間框架結(jié)構(gòu)包括安裝其內(nèi)的振動主動控制單元通過螺栓連接作為中間質(zhì)量，兩個橡膠減振器安裝在中間框架和基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)之間；主動的振動控制單元由兩個慣性式電磁作動模塊作為主動執(zhí)行機(jī)構(gòu)對稱布置在中間框架結(jié)構(gòu)內(nèi)的左右兩側(cè)，功率放大模塊安裝在兩個慣性式電磁作動模塊之間，加速度傳感器倒置固定在中間框架結(jié)構(gòu)的頂板上，中間框架結(jié)構(gòu)外表面安裝保護(hù)罩殼。
[0032]管箍和管道之間的橡膠阻尼圈為第一層減振，中間支撐框架結(jié)構(gòu)和基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)之間安裝的兩個橡膠減振器作為第二層減振;管箍、托架和中間框架結(jié)構(gòu)包括內(nèi)置的振動主動控制單元通過螺栓連接共同組成管道被動式雙層管夾結(jié)構(gòu)的中間質(zhì)量;功率放大模塊和加速度傳感器均布置在中間框架結(jié)構(gòu)中間的空腔內(nèi)；功率放大模塊采用模塊化設(shè)計，在水平方向以插拔的方式安裝、拆卸;慣性式電磁作動模塊采用模塊化設(shè)計，對稱布置在中間框架結(jié)構(gòu)內(nèi)部的左右兩側(cè)，在左右兩側(cè)水平方向上以插拔的方式安裝、拆卸；中間框架結(jié)構(gòu)前后壁板對應(yīng)慣性式電磁作動模塊內(nèi)側(cè)安裝螺栓的位置開有四個方孔；中間框架結(jié)構(gòu)外置罩殼。
[0033]本發(fā)明一種應(yīng)用于管路系統(tǒng)振動隔離的主被動復(fù)合、傳感作動一體化的管道智能減振器結(jié)構(gòu)，包括:橡膠阻尼圈1、管箍2、托架3、中間框架結(jié)構(gòu)4、慣性式電磁作動模塊5、功率放大模塊6、加速度傳感器7、下層橡膠減振器8、罩殼9，作為第一層被動減振的橡膠阻尼圈I置于管道和管箍2之間，管箍2、托架3以及中間框架結(jié)構(gòu)4通過螺栓連成一體，與安裝于中間框架內(nèi)的振動主動控制單元(包括加速度傳感器、慣性式電磁作動模塊和功率放大模塊一起構(gòu)成被動的雙層隔振結(jié)構(gòu)的中間質(zhì)量，兩個慣性式電磁作動模塊5作為主動執(zhí)行機(jī)構(gòu)對稱布置在中間框架結(jié)構(gòu)4內(nèi)部的左右兩側(cè)，功率放大模塊6和加速度傳感器7均內(nèi)置于中間框架結(jié)構(gòu)4內(nèi)，第二層橡膠減振器8固定在中間框架結(jié)構(gòu)4和基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)之間，罩殼9安裝在中間框架結(jié)構(gòu)4外表面，以保護(hù)其內(nèi)的振動主動控制單元，并起到電磁屏蔽的作用。
[0034]主被動復(fù)合、傳感作動一體化。
[0035]橡膠阻尼圈I利用管箍2和托架3之間螺栓連接產(chǎn)生的預(yù)緊力將其壓緊在管道和管箍2之間，作為上層被動的減振器。管箍2和托架3通過螺栓連接，托架3和中間框架結(jié)構(gòu)4通過螺栓連接，管箍2、托架3以及中間框架結(jié)構(gòu)4包括其內(nèi)的作動模塊和功放模塊構(gòu)成一個整體，形成針對管路系統(tǒng)振動控制的雙層管卡結(jié)構(gòu)的中間質(zhì)量，中間框架結(jié)構(gòu)4和下層橡膠減振器8通過螺栓連接。
[0036]主動的振動控制單元安裝在兩層被動的減振器之間作為中間質(zhì)量的一部分，慣性式電磁作動模塊產(chǎn)生的主動控制力作用在中間質(zhì)量上，由于中間質(zhì)量上下均有橡膠減振，具有較小的阻抗，便于主動控制力能量的輸入。
[0037]慣性式電磁作動模塊5采用模塊化設(shè)計，對稱布置在中間框架結(jié)構(gòu)4內(nèi)部的左右兩側(cè)，在左右兩側(cè)沿水平方向以插拔的方式安裝、拆卸，便于安裝、拆卸和維修。
[0038]功率放大模塊6采用模塊化設(shè)計，在中間框架結(jié)構(gòu)(4)前方沿水平方向以插拔的方式安裝、拆卸，便于安裝、拆卸及其維修。
[0039]中間框架結(jié)構(gòu)4前后壁板上對應(yīng)慣性式電磁作動模塊5內(nèi)側(cè)固定螺栓的位置開有四個方孔，作為螺栓安裝的操作空間進(jìn)行對慣性式電磁作動模塊5的安裝、拆卸。中間框架結(jié)構(gòu)4前后壁板上對應(yīng)慣性式電磁作動模塊5內(nèi)側(cè)固定螺栓的位置開有四個方孔，作為安裝螺栓的操作空間進(jìn)行對慣性式電磁作動模塊5的安裝、拆卸。
[0040]加速度傳感器7固定在中間框架結(jié)構(gòu)4的頂板上，用于采集中間質(zhì)量的振動加速度作為主動控制單元的誤差信號。
[0041 ]功率放大模塊6的電源、控制信號輸入和加速度傳感器7的信號輸出分別集成到功率放大模塊前面板上的兩個航空插接口，功率放大模塊的后端設(shè)置接口分別與加速度傳感器7和兩個慣性式電磁作動模塊5連接。
[0042]中間框架結(jié)構(gòu)4外安裝有罩殼9，保護(hù)其內(nèi)部的振動主動控制單元，并起到電磁屏蔽的作用。
【主權(quán)項】
1.管道智能減振器，其特征是:包括管箍、托架、中間框架結(jié)構(gòu)、下層橡膠減振器，所述管箍為兩個半圓型管箍圍在一起組成的圓環(huán)結(jié)構(gòu)，管道從圓環(huán)結(jié)構(gòu)內(nèi)部通過，圓環(huán)結(jié)構(gòu)與管道之間安裝橡膠阻尼圈，管箍固定在托架上，托架固定在中間框架結(jié)構(gòu)上，中間框架結(jié)構(gòu)與基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)之間安裝下層橡膠減振器，中間框架結(jié)構(gòu)里設(shè)置功率放大模塊，功率放大模塊的兩側(cè)分別設(shè)置與其相連的慣性式電磁作動模塊，中間框架結(jié)構(gòu)的頂板上設(shè)置加速度傳感器，加速度傳感器連接功率放大模塊。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的管道智能減振器，其特征是:中間框架結(jié)構(gòu)的外部安裝罩殼。
【文檔編號】F16F15/08GK105889642SQ201610421671
【公開日】2016年8月24日
【申請日】2016年6月12日
【發(fā)明人】楊鐵軍, 吳磊, 李新輝, 朱明剛, 劉志剛
【申請人】哈爾濱工程大學(xué)