本實用新型涉及高聳設(shè)備風(fēng)洞實驗裝置技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種帶調(diào)諧質(zhì)量阻尼器的高聳設(shè)備風(fēng)洞實驗裝置。

背景技術(shù)：

塔設(shè)備和煙囪等高柔結(jié)構(gòu)在石化、化工、能源企業(yè)中十分普遍。隨著石化和能源產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展，高度高、柔度大的設(shè)備日益增多，風(fēng)誘導(dǎo)振動導(dǎo)致高聳結(jié)構(gòu)失效的事故也頻頻發(fā)生。我國蘭州、山東、福建等地石化企業(yè)中都曾發(fā)生過大型塔設(shè)備由風(fēng)誘導(dǎo)導(dǎo)致振動的事故，塔頂振幅最大的接近于1.4米。高聳結(jié)構(gòu)減振的傳統(tǒng)措施包括：增加壁厚、加裝破風(fēng)圈等，但減振效果不是很明顯，且投入較大。目前，運用調(diào)諧質(zhì)量阻尼器是對結(jié)構(gòu)振動進行控制的一種行之有效的方法，該減振技術(shù)已經(jīng)在建筑以及橋梁上得到了廣泛的應(yīng)用，并取得很好的減振效果，典型的例子是電視塔、演播塔等的減振。因此，能否設(shè)計一種帶有調(diào)諧質(zhì)量阻尼器的高聳設(shè)備的風(fēng)洞實驗裝置迫在眉睫，只有在實驗驗證可靠的基礎(chǔ)上，對于推廣調(diào)諧質(zhì)量阻尼器在高聳設(shè)備上的應(yīng)用具有重要意義。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

為了解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的問題，本實用新型提供了結(jié)構(gòu)簡單，可靠性強的一種帶調(diào)諧質(zhì)量阻尼器的高聳設(shè)備風(fēng)洞試驗裝置。

本實用新型的技術(shù)方案如下：

一種帶調(diào)諧質(zhì)量阻尼器的高聳設(shè)備風(fēng)洞實驗裝置，包括高聳設(shè)備風(fēng)洞實驗裝置的本體，其特征在于，所述本體包括內(nèi)部為中空的一組圓形筒體、芯梁、六棱柱及掛鉤，所述一組圓形筒體沿軸向配合疊加設(shè)置，所述芯梁由圓柱及垂直設(shè)置在圓柱上的一組連接桿構(gòu)成，連接桿用于支撐圓形筒體，所述六棱柱配合設(shè)置在圓柱的頂部，所述掛鉤等間距設(shè)置在六棱柱的側(cè)面，所述本體的上方設(shè)有調(diào)諧質(zhì)量阻尼器，所述調(diào)諧質(zhì)量阻尼器與本體之間設(shè)有間隙，所述調(diào)諧質(zhì)量阻尼器包括質(zhì)量環(huán)及鋼絲繩隔振器，所述鋼絲繩隔振器包括鋼絲繩及夾板，所述鋼絲繩穿插固定在夾板上，所述質(zhì)量環(huán)通過螺桿與所述鋼絲繩隔振器的夾板螺紋連接，所述質(zhì)量環(huán)側(cè)面與掛鉤相對應(yīng)的位置處穿設(shè)懸繩，所述懸繩掛接在掛鉤上。

所述的一種帶調(diào)諧質(zhì)量阻尼器的高聳設(shè)備風(fēng)洞實驗裝置，其特征在于，所述質(zhì)量環(huán)上設(shè)有用于安裝懸繩的通孔及設(shè)有用于螺桿連接固定的安裝孔。

所述的一種帶調(diào)諧質(zhì)量阻尼器的高聳設(shè)備風(fēng)洞實驗裝置，其特征在于，所述鋼絲繩隔振器沿質(zhì)量環(huán)圓周方向間隔120°均勻分布。

所述的一種帶調(diào)諧質(zhì)量阻尼器的高聳設(shè)備風(fēng)洞實驗裝置，其特征在于，所述連接桿軸向之間的間距與圓形筒體的高度相對應(yīng)。

所述的一種帶調(diào)諧質(zhì)量阻尼器的高聳設(shè)備風(fēng)洞實驗裝置，其特征在于，所述質(zhì)量環(huán)與本體之間的間隙為30-40mm。

所述的一種帶調(diào)諧質(zhì)量阻尼器的高聳設(shè)備風(fēng)洞實驗裝置，其特征在于，所述芯梁為相鄰相互垂直的四根圓柱梁連接構(gòu)成。

所述的一種帶調(diào)諧質(zhì)量阻尼器的高聳設(shè)備風(fēng)洞實驗裝置，其特征在于，所述掛鉤相鄰之間間隔120°設(shè)置在六棱柱的側(cè)面。

所述六棱柱的中心設(shè)有與圓柱尺寸相配合的圓形孔，圓柱端頭插入圓形孔內(nèi)與六棱柱連接。

通過采用上述技術(shù)，與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實用新型有益的效果是：本實用新型通過設(shè)計縮比模型，可以獲得結(jié)構(gòu)準確的風(fēng)致現(xiàn)象和各種響應(yīng)，質(zhì)量環(huán)與本體之間設(shè)有間隙，使得鋼絲繩的運動更加充分，阻尼效果明顯，提高了減振的效果。結(jié)構(gòu)設(shè)計合理，生產(chǎn)成本低，操作方便，大大加快了試驗及研究進度。

附圖說明

圖1 本實用新型的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2 本實用新型芯梁的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3 本實用新型圓形筒體的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4 本實用新型調(diào)諧質(zhì)量阻尼器的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖5 本實用新型本體特性試驗自由衰減曲線圖；

圖6 本實用新型加速度-相對風(fēng)速曲線圖；

圖中：1、本體，2、芯梁，3、圓柱，4、圓形筒體，5、六棱柱，6、掛鉤，7、懸繩，8、質(zhì)量環(huán)，9、螺桿，10、夾板，11、鋼絲繩。

具體實施方式

以下結(jié)合說明書附圖對本實用新型作進一步的描述，但本實用新型的保護范圍并不僅限于此：

如圖1-6所示，一種帶調(diào)諧質(zhì)量阻尼器的高聳設(shè)備風(fēng)洞實驗裝置，包括本體1、芯梁2、圓柱3、圓形筒體4、六棱柱5、掛鉤6、懸繩7、質(zhì)量環(huán)8、螺桿9、夾板10及鋼絲繩11。所述本體1包括圓形筒體4、芯梁2、六棱柱5及掛鉤6，芯梁2為相鄰相互垂直的四根圓柱梁連接構(gòu)成，芯梁2設(shè)置在圓形筒體4內(nèi)部，用于支撐固定。所述芯梁2由圓柱3及垂直設(shè)置在圓柱3上的一組連接桿構(gòu)成，連接桿用于支撐圓形筒體4，圓柱3設(shè)置在芯梁2的中心且與芯梁2連接固定，圓形筒體4為中空筒體且其沿軸向疊加配合設(shè)置多個。六棱柱5設(shè)置在圓柱3頂部，六棱柱5底部設(shè)有安裝孔用于連接圓柱3，六棱柱5側(cè)面等相距安裝掛鉤6，質(zhì)量環(huán)8的側(cè)面設(shè)有用于安裝懸繩7的通孔且設(shè)有用于螺桿9連接固定的安裝孔，所述掛鉤6與懸繩7連接。本體1上方設(shè)有調(diào)諧質(zhì)量阻尼器，所述調(diào)諧質(zhì)量阻尼器包括質(zhì)量環(huán)8及鋼絲繩隔振器，鋼絲繩隔振器包括鋼絲繩11及夾板10，鋼絲繩隔振器通過鋼絲繩來產(chǎn)生阻尼和減振的作用。質(zhì)量環(huán)8通過設(shè)置在其上的懸繩7與設(shè)置在六棱柱5上的掛鉤6懸吊連接。質(zhì)量環(huán)8通過螺桿9與鋼絲繩隔振器的夾板10連接固定。

實施例：

采用直流式開口低速風(fēng)洞裝置，風(fēng)機功率為50kW，整個風(fēng)洞裝置全長18m，試驗段寬和高都是1.2m。圓柱3高度為1030mm，圓柱3直徑為30mm；圓形筒體4數(shù)量為3個，圓形筒體4高度為290mm，圓形筒體4內(nèi)、外直徑分別為241和250mm；質(zhì)量環(huán)8的高度為95mm，質(zhì)量環(huán)8內(nèi)、外直徑分別為240和250mm；六棱柱5高度為120mm，其內(nèi)接圓直徑為120mm，質(zhì)量環(huán)8與圓形筒體4之間的間隙為30mm。

將該高聳設(shè)備的縮比模型豎直放置在風(fēng)洞裝置中，從該模型的側(cè)面對其進行風(fēng)洞實驗，通過對加裝調(diào)諧阻尼器與不加裝調(diào)諧質(zhì)量阻尼器實驗進行對比實驗。試驗開始時定義共振風(fēng)速為模型振動幅度最大時對應(yīng)的風(fēng)速，本試驗的共振風(fēng)速是13.7m/s。其次考慮到風(fēng)誘導(dǎo)振動的影響區(qū)間是0.7~1.3倍共振風(fēng)速，即在10～18m/s風(fēng)速區(qū)間內(nèi)風(fēng)洞模型的振幅較大，而試驗用的調(diào)諧質(zhì)量阻尼器減振裝置只對這個區(qū)間內(nèi)的風(fēng)誘導(dǎo)振動有減振效果，是控制因素。因此，僅識別10～18m/s風(fēng)速區(qū)間內(nèi)模型有無調(diào)諧質(zhì)量阻尼器的氣動參數(shù)，試驗中每個風(fēng)速值的間隔是0.4m/s，每次測量時間為1min。測量調(diào)諧質(zhì)量阻尼器減振性能的試驗分兩部分：第一步是測量無調(diào)諧質(zhì)量阻尼器的本體1在不同風(fēng)速下頂部的加速度，并繪制相對風(fēng)速（各風(fēng)速與共振風(fēng)速的比值）與頂部加速度的關(guān)系曲線。第二步針對每個鋼絲繩隔振器初始預(yù)壓前提下，將調(diào)諧質(zhì)量阻尼器安裝在本體1的頂部，并用懸繩7懸吊，測量與第一步相同風(fēng)速下模型相同位置的加速度。

實驗步驟如下：

1）高聳設(shè)備風(fēng)洞實驗裝置的本體1特性的試驗；將本體1豎直放置在風(fēng)洞實驗平臺上，進行風(fēng)洞實驗；利用自由衰減法獲取本體1的自由衰減曲線；

2）高聳設(shè)備風(fēng)洞實驗裝置的本體1在不同風(fēng)速下頂部的加速度的實驗；在10～18m/s風(fēng)速區(qū)間內(nèi)進行實驗，試驗中每個風(fēng)速值的間隔是0.4m/s，每次測量時間為1min，記錄數(shù)據(jù)并繪制相對風(fēng)速與頂部加速度的關(guān)系曲線；

3）在高聳設(shè)備風(fēng)洞實驗裝置的本體1頂部安裝調(diào)諧質(zhì)量阻尼器進行不同風(fēng)速下頂部的加速度的實驗；對每個隔振器進行初始預(yù)壓；將調(diào)諧質(zhì)量阻尼器用懸繩懸吊在本體的頂部，采用與步驟2）相同的方法，測量與步驟2）相同風(fēng)速下相同位置的加速度；記錄數(shù)據(jù)并繪制相對風(fēng)速與頂部加速度的關(guān)系曲線；

4）通過Matlab（一種用于算法開發(fā)、數(shù)據(jù)可視化、數(shù)據(jù)分析以及數(shù)值計算的高級技術(shù)計算語言和交互式環(huán)境。）軟件對所測得的數(shù)據(jù)進行處理，繪制出相應(yīng)曲線和表格。

在分析之前，先定義一個參數(shù)相對風(fēng)速：U/U_cr，其中U是試驗中任何加速度對應(yīng)的風(fēng)速，U_cr是共振風(fēng)速。圖6為10～18m/s風(fēng)速區(qū)域內(nèi)加速度-相對風(fēng)速曲線，圖中比較了減振前后模型不同風(fēng)速下的實測值。圖中清晰表明調(diào)諧質(zhì)量阻尼器在共振區(qū)附近減振效果理想，隨著離開共振風(fēng)速調(diào)諧質(zhì)量阻尼器的減振效果迅速下降，若不合理的設(shè)置調(diào)諧質(zhì)量阻尼器參數(shù)，可能會出現(xiàn)在某個區(qū)間內(nèi)放大振動的情況。

不加減振裝置的試驗?zāi)Ｐ晚敳考铀俣茸畲蠓禐锳1、位移最大幅值為D1，加減振裝置后相同位置加速度最大幅值為A2、位移最大幅值為D2。定義兩個參數(shù)：加速度控制率=(A1-A2)/A1，位移控制率=(D1-D2)/D1。通過計算，在結(jié)構(gòu)產(chǎn)生共振時加裝調(diào)諧質(zhì)量阻尼器效果最明顯，加速度控制率能達到64.12%，位移控制率為60.41%。

通過在高聳設(shè)備的縮比模型上加裝調(diào)諧質(zhì)量阻尼器，吸收了風(fēng)載引起的振動和沖擊，共振風(fēng)速范圍內(nèi)減振效果最好，達到60%左右，離開共振風(fēng)速區(qū)域，減振效果迅速下降，結(jié)構(gòu)設(shè)計合理，生產(chǎn)成本低，操作方便，大大加快了試驗及研究進度。

本領(lǐng)域內(nèi)普通的技術(shù)人員的簡單更改和替換都是本實用新型的保護范圍之內(nèi)。