一种应用于高压管道的环形动力吸振装置

1.本发明涉及结构振动控制领域，特别涉及一种应用于高压管道的环形动力吸振装置。


背景技术：

2.随着我国核电领域的飞速发展，高压管道振动现象在核电厂调试和运行中时常发生，带来的危害日益暴露出来，必须引起足够的重视。高压管道的振动现象对管道的危害很大，它将加速材料的疲劳破坏，极大地缩短管道的使用寿命，增加高温高压蒸汽泄漏的风险，使核电机组面临调峰运行、低功率运行、频率启停工况，形势严峻，所以缓解管道振动问题刻不容缓。
3.针对需求背景中提到的这一管道振动问题，开始设想将动力吸振器应用到高压管道减振的场景中，希望能够使用动力吸振的能量转换技术路线缓解高压管道振动问题，形成一种适用于高压管道的动力吸振装置。如此，可以大幅的、定点的缓解高压管道振动问题，延长高压管道的使用寿命，减小高温高压蒸汽泄漏的风险，提高经济效益。
4.不过，目前的动力吸振器，不能较好的适应高压管道这种弯曲接触面。因此，本发明提出一种应用于高压管道的环形动力吸振装置，能够在保证动力吸振效果的前提下，还能较好地适应高压管道。


技术实现要素：

5.本发明提出一种应用于高压管道的环形动力吸振装置，能够在保证动力吸振效果的前提下，还能较好地适应管道，提高经济效益。
6.为实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：
7.一种用于高压管道的环形动力吸振装置，包括用于将动力吸振装置固定于高压管道上的环形安装底座(101)和三自由度动力吸振振子(102)；其特征在于，所述环形安装底座(101)设有外伸牙口；所述三自由度动力吸振振子结构(102)包括振子组合固定底座(1)、振子组合固定片(2)、悬臂阻尼器(3、4、5)和动力吸振振子结构质量块(6、7)；
8.所述应用于高压管道的环形动力吸振装置安装步骤，其特征在于：环形安装底座(101)通过牙口连接紧固在需减振高压管道位置上；四个三自由度动力吸振振子(102)绕管道以90度为间隔，径向环形阵列布置在环形安装底座(101)。所述三自由度动力吸振振子结构，其特征在于：振子组合固定块(2)上方设有悬臂阻尼器(3、4、5)，呈一定角度交叉安装，呈不同高度安装，悬臂阻尼器(3、4、5)末端设有动力吸振振子结构质量块(6、7)。
9.进一步的，所述的一种应用于核电管道的环形动力吸振装置，其特征在于：所述装置应用于核电管道，为圆环形吸振装置。
10.进一步的，所述的一种应用于高压管道的环形动力吸振装置，其特征在于：四个三自由度动力吸振振子(102)绕管道以90度为间隔，垂直于管道径向布置。
11.进一步的，所述的一种应用于高压管道的环形动力吸振装置，其特征在于：三个悬
臂阻尼器(3、4、5)呈可设计角度交叉安装。
12.再进一步的，所述的一种应用于高压管道的环形动力吸振装置，其特征在于：三个悬臂阻尼器(3、4、5)末端设置的动力吸振振子质量块(6、7)的质量为可设计质量，以实现定频减振。
13.与现有技术相比本发明具有如下优点：
14.本发明为环形动力吸振装置，所述环形动力吸振装置为圆环形能够极好的吻合核电管道外轮廓达到定点减振的目的。并且本发明通过螺栓连接，可实现质量块的快速装配，便于在复杂几何构型管道上安装与拆卸，且质量块的大小可设计、可调控，能够实现不同频段的减振。同时，本发明属于多自由度结构能够大幅的对核电管道进行减振，为高压管道振动能量吸收提供了新的解决方案。
附图说明
15.图1是本发明的结构示意图；
16.图2是三自由度动力吸振振子结构示意图；
17.图3是悬臂阻尼器详图；
18.图4是本发明工作原理示意图；
19.101、环形安装底座；102、三自由度动力吸振振子结构；103、中长螺栓；104、螺母；1、振子组合固定底座；2、振子组合固定片；3、4、5、悬臂阻尼器；6、7、8、动力吸振振子质量块；9、短螺栓；10、螺母；11、加长螺栓；
具体实施方式
20.为了便于理解本发明，下面结合附图对本发明做进一步说明：
21.附图中给出了本发明的结构图，本发明可适用于任何需减振的圆形管道，并不限于高压管道。提供核电高压管道相关实施例的目的是使对本发明的公开内容更加透彻全面，便于理解。
22.需要说明的是，本文所使用的术语“以90度为间隔”、“径向布置”、“对称”、“上”、“下”、“左”、“右”以及类似表述都是以需减振的高压管道为参照，只是为了说明的目的。
23.一种应用于高压管道的环形动力吸振装置，如图1～3所示，包括用于将动力吸振装置固定于高压管道上的安装底座(101)和三自由度动力吸振振子(102)；其特征在于，所述安装底座(101)设有外伸牙口；所述三自由度动力吸振振子结构(102)包括振子组合固定底座(1)、振子组合固定片(2)、悬臂阻尼器(3、4、5)和动力吸振振子结构质量块(6、7)；
24.所述应用于高压管道的环形动力吸振装置安装步骤，其特征在于：环形动力吸振固定环(101)通过牙口连接紧固在需减振高压管道位置上；四个三自由度动力吸振振子(102)绕管道以90度为间隔，径向环形阵列布置在环形安装底座(101)。所述三自由度动力吸振振子结构，其特征在于：振子组合固定块(2)上方设有悬臂阻尼器(3、4、5)，呈一定角度交叉安装，呈不同高度安装，悬臂阻尼器(3、4、5)末端设有动力吸振振子质量块(6、7)。
25.本发明装置的吸振原理是在需减振的管道上附加质量刚度系统，所述附加质量刚度系统在本发明中由四个三自由度动力吸振振子(102)绕管道径向环形阵列布置组成。本发明所述的环形动力吸振装置视为附加系统，管道视为主系统，附加系统对主系统的作用
力正好平衡了主系统上的激励力fasinωt，利用附加系统吸收主系统的振动能量以降低主系统的振动。在具体实施时，可以根据需要减振的管道的振动频率去调整环形动力吸振装置中的动力吸振振子质量块(6、7)的质量大小。其中，可以降低的管道的频率可以是一个频率区间(例如50-100hz)；也可以是一个频率点(如50hz)，视具体需求所确定。具体操作为，例如，当需减振的管道震动频率为50hz时，调节本发明中的动力吸振振子质量块(6、7)的质量大小，使本发明装置基频达到50hz，即可实现减振目的。下面做工作原理说明。
26.工作原理
27.本发明的工作原理为，当核电管道受到内部高压蒸汽激励时，可将这个激励视作正弦激励力fasinωt，此时被视为附加系统的环形动力吸振装置也被激励起来，利用附加系统吸收主系统的振动能量以降低主系统的振动，通过调整装置的安装位置实现定点减振的目的；通过调节装置上的附加质量块(6、7、8)，实现不同频段的减振。
28.图4为本发明工作原理示意图，下面做具体解释：
29.为方便做解释，选取无阻尼情况进行解释说明，且本发明为多自由度系统计算较为复杂，仅选用二自由度系统进行公式推导说明：
30.管道通过环形动力吸振器安装底座传递给本发明装置的简谐力为fsinωt；动力吸振振子结构质量块提供的质量为m1、管道主系统的质量为m2；动力吸振振子结构质量块的位移为x1、管道主系统的位移为x2；悬臂钢片刚度阻尼器提供的刚度为k1、管道主系统的刚度为k2；使用a1、a2表示动力吸振装置和主系统的振幅，得系统的运动微分方程为:
[0031][0032]
求解时，令x1＝a
1 sinωt，x2＝a
2 sinωt；
[0033]
求得
[0034]
为达到减震目的，物理意义即为主系统振幅a2＝0，由此推得可见当外界激励频率等于吸振装置固有频率时，主系统振幅为零，此时动力吸振装置的振幅外界激励力作用于主系统的振动能量全部转移到了该动力吸振装置上。