一种整体安装式TMD减振装置

本发明涉及结构振动控制，具体涉及一种整体安装式tmd减振装置。

背景技术：

1、塔设备作为炼化一体化的重要单元操作设备，在蒸馏、吸收、气提、萃取、洗涤、增湿及冷却等单元操作有着极为重要的作用。石油化工行业许多单元操作过程都广泛采用钢制塔式容器，而高耸塔设备作为一种高度与直径尺寸之比较大的化工设备，具有固有频率低和阻尼小等特点，其固有特点使其对风荷载比较敏感。但是随着石油化工装置中高塔设备越来越大型化和参数化，高耸塔设备的高径比随着需求在一直增加，刚度值、阻尼在逐渐变小，在风载荷的作用下更容易发生大范围的振动。近年来，由于风载荷对高耸塔设备的影响，产生剧烈的振动，导致高耸塔设备的损坏案例频发。因此，对高耸塔设备风诱导振动的机理进行研究，并开发出相应的减振装置，对于保障石化安全生产具有深刻的意义。

2、调谐质量阻尼器（tuned mass damper，以下简称tmd）属于被动式振动控制方法，其结构设计简单，对安装位置要求不高，根据不同的安装条件可以自由设置，设计快速便捷，因此运用最为广泛。tmd通常由质量、阻尼、弹簧构成。弹簧起谐频的作用，阻尼可以消耗结构能量。通过合理设计质量、阻尼、刚度三个参数，可以对一定的振动频率实现调频。tmd的减振机理如下：当系统受到外部的激励时，会发生被迫振动，当外界和系统的频率相等或接近时，系统会表现为剧烈的共振，此时即使较小的激振力，也会引起明显的振动。tmd通过参数设置，使其固有频率与外部激励基本一致。当系统振动时，tmd会对系统施加反向力，阻碍系统的振动，从而实现减振的效果。目前tmd主要应用于建筑内部，工作环境的影响较小，而在石油化工行业，高耸塔器、烟囱顶部空间较小，工作环境也更为恶劣，因此需要一种可以在此类环境中长期、高效运行的减振装置。钢丝绳隔振器由多股钢丝按照一定方式缠绕成的钢丝绳作为弹性元件，可以承受剪切、横滚和拉压三个方向的冲击，耐高温、耐腐蚀，兼备刚度和阻尼的作用，体积小，是一种具有非线性软硬化特性的隔振装置，具有极好的减振性能。而针对在役高塔设备，塔体上部管路、附件等较为复杂，常规的钢丝绳隔振器减振装置无法安装使用，提前将tmd减振装置组装完毕，再整体安装至在役高耸塔器上，形成的整体安装式tmd减振装置于在役高耸塔器、烟囱等石油化工设备的振动控制领域，具有极为广阔的应用前景。

技术实现思路

1、为解决现有技术中存在的上述问题，本发明提供了一种整体安装式tmd减振装置。

2、本发明的技术方案如下：一种整体安装式tmd减振装置，包括塔体、保温层、支撑架、质量环、顶部支架、悬吊钢丝绳、弹簧支架、钢丝绳隔振器、斜支撑、上抱箍和下抱箍，所述塔体的外侧与保温层相连接，所述保温层的外壁上设有上抱箍和下抱箍，所述上抱箍与顶部支架固定连接，所述下抱箍与弹簧支架固定连接，所述顶部支架上开有小孔与悬吊钢丝绳的上端相连接，所述质量块通过悬吊钢丝绳进行悬吊，所述弹簧支架与钢丝绳隔振器螺栓连接，所述钢丝绳隔振器与质量环螺栓连接，所述顶部支架和下抱箍之间设置有斜支撑。

3、所述顶部支架包括顶部支架垫板、两块顶部支架筋板和顶部支架顶板，所述顶部支架垫板焊接于上抱箍上，所述顶部支架垫板与顶部支架筋板固定连接，两块顶部支架筋板的上部通过顶部支架顶板相连接，所述顶部支架筋板上开有孔位，通过螺栓、螺母、垫圈与悬吊钢丝绳相连接。

4、所述弹簧支架包含弹簧支架垫板、两块弹簧支架筋板和弹簧支架顶板，所述弹簧支架垫板焊接于下抱箍上，所述弹簧支架垫板与弹簧支架筋板固定连接，所述弹簧支架筋板的一端与弹簧支架顶板相连接，所述弹簧支架顶板与钢丝绳隔振器用螺栓相连接。

5、所述质量环包含四个子质量块，每个质量子块上各有一个悬吊钢丝绳用以悬吊，各个子质量块之间通过质量块连接板和螺栓、螺母、垫圈相连接。

6、所述子质量块的数量与悬吊支架数量相同，每个子质量块上连接有一个钢丝绳隔振器。

7、所述下抱箍与质量环之间连接有工装支架，工装支架作用为辅助安装，在整体结构安装完成后可进行拆除，不影响整体结构的减振效率。

8、所述塔体上焊接有支撑架，支撑架用以辅助支撑上抱箍。

9、所述顶部支架通过螺栓、螺母和垫圈与斜支撑相连接，斜支撑的作用为支撑顶部支架及其悬吊的质量环，降低减振装置的应力集中。

10、所述斜支撑通过螺栓、螺母和垫圈与工装支架相连接。

11、所述顶部支架、悬吊钢丝绳、斜支撑位于同一方位，均匀分布于保温层外侧， 所述弹簧支架和钢丝绳隔振器位于另一方位，两个方位相互错开，但都均匀分布于保温层外围。

12、通过采用上述技术，相对于现有技术，本发明的有益效果如下：本发明采用钢丝绳隔振器替代了传统tmd的弹簧、阻尼系统，极大减小了减振装置的安装所需空间，装置结构简单；采用的上下箍式结构可以有效地减少焊接，避免影响设备的正常运行，降低焊接残余应力；同时由于钢丝绳隔振器自身结构紧凑、可多向隔振并具备高阻尼的特性，使该减振装置可以在各种恶劣环境下实现正常运行，安装和维修较为方便；而通过提前组装和整体式安装，使得该整体安装式tmd减振装置可以一定程度上忽视高耸塔器上的附加装置的影响，从而安装于在役高耸塔器上，占用的空间较小，对于附件较多、较为复杂的在役高耸塔器也可以完成安装，不影响设备正常运行。

技术特征：

1.一种整体安装式tmd减振装置，包括塔体（1）、保温层（2）、质量环（4）、顶部支架（5）、悬吊钢丝绳（6）、弹簧支架（7）、钢丝绳隔振器（8）、斜支撑（9）、上抱箍（11）和下抱箍（12），其特征在于：所述塔体（1）的外侧与保温层（2）相连接，所述保温层（2）的外壁上设置有上抱箍（11）和下抱箍（12），所述上抱箍（11）与顶部支架（5）固定连接，所述下抱箍（12）与弹簧支架（7）固定连接，所述顶部支架（5）上开有小孔与悬吊钢丝绳（6）的上端相连接，所述质量块（4）通过悬吊钢丝绳（6）进行悬吊，所述弹簧支架（7）与钢丝绳隔振器（8）螺栓连接，所述钢丝绳隔振器（8）与质量环（4）螺栓连接，所述顶部支架（5）和下抱箍（12）之间设置有斜支撑（9）。

2.根据权利要求1所述的一种整体安装式tmd减振装置，其特征在于：所述顶部支架（5）包括顶部支架垫板（501）、两块顶部支架筋板（502）和顶部支架顶板（503），所述顶部支架垫板（501）焊接于上抱箍（11）上，所述顶部支架垫板（501）与顶部支架筋板（502）固定连接，两块顶部支架筋板（502）的上部通过顶部支架顶板（503）相连接，所述顶部支架筋板（502）上开有孔位，通过螺栓、螺母、垫圈与悬吊钢丝绳（6）相连接。

3.根据权利要求1所述的一种整体安装式tmd减振装置，其特征在于：所述弹簧支架（7）包含弹簧支架垫板（701）、两块弹簧支架筋板（702）和弹簧支架顶板（703），所述弹簧支架垫板（701）焊接于下抱箍（12）上，所述弹簧支架垫板（701）与弹簧支架筋板（702）固定连接，所述弹簧支架筋板（702）的一端与弹簧支架顶板（703）相连接，所述弹簧支架顶板（703）与钢丝绳隔振器（8）用螺栓相连接。

4.根据权利要求1所述的一种整体安装式tmd减振装置，其特征在于：所述质量环（4）包含四个子质量块，每个质量子块上各有一个悬吊钢丝绳（6）用以悬吊，各个子质量块之间通过质量块连接板（401）和螺栓、螺母、垫圈相连接。

5.根据权利要求4所述的一种整体安装式tmd减振装置，其特征在于：所述子质量块的数量与悬吊支架（2）数量相同，每个子质量块上连接有一个钢丝绳隔振器（8）。

6.根据权利要求1所述的一种整体安装式tmd减振装置，其特征在于：所述下抱箍（12）与质量环（4）之间连接有工装支架（10），工装支架（10）作用为辅助安装，在整体结构安装完成后可进行拆除，不影响整体结构的减振效率。

7.根据权利要求1所述的一种整体安装式tmd减振装置，其特征在于：所述塔体（1）上焊接有支撑架（3），支撑架（3）用于辅助支撑上抱箍（11）。

8.根据权利要求1所述的一种整体安装式tmd减振装置，其特征在于：所述顶部支架（5）通过螺栓、螺母和垫圈与斜支撑（9）相连接，斜支撑（9）的作用为支撑顶部支架（5）及其悬吊的质量环（4），降低减振装置的应力集中。

9.根据权利要求1所述的一种整体安装式tmd减振装置，其特征在于：所述斜支撑（9）通过螺栓、螺母和垫圈与工装支架（10）相连接。

10.根据权利要求1所述的一种整体安装式tmd减振装置，其特征在于：所述顶部支架（5）、悬吊钢丝绳（6）、斜支撑（9）位于同一方位，均匀分布于保温层（2）外侧，所述弹簧支架（7）和钢丝绳隔振器（8）位于另一方位，两个方位相互错开，但都均匀分布于保温层2外围。

技术总结
本发明提供了一种可整体安装的TMD减振装置，属于结构振动控制领域，包括塔体、保温层、支撑架、质量环、顶部支架、悬吊钢丝绳、弹簧支架、钢丝绳隔振器、斜支撑、工装支架、上抱箍和下抱箍。顶部支架共四组，均匀分布于上抱箍外围，上抱箍卡紧在保温层上，钢丝绳隔振器共有四个，均匀分布于质量环上，可以起到耗散能量的作用，相较于传统的减振装置，其兼具刚度与阻尼作用，可以极大的减小减振装置的安装所需空间，装置结构简单，安装便捷，当塔体因外界激励产生振动时，依靠该结构的设计，对于任意方向的激励都可以使该减振装置朝反方向运动，通过能量耗散达到控制结构振动的作用，可满足无法拆除附件的在役高耸塔器的减振要求。

技术研发人员：丁振宇,何伟,马玉帅,罗威,赵德亮,陈澄,曹诗静
受保护的技术使用者：浙江工业大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/12