黏滞阻尼器在抗振方面的应用

    火电厂、核电厂及其他一些工业管道都存在振动问题,如何控制振动、减少振动引起的危害是值得研究的问题,黏滞阻尼器不失为一种优良的解决途径。

    1  黏滞阻尼器的结构、外形及工作原理

    用于管道减振的黏滞阻尼器(也称为管道阻尼器)的结构与外形见图1。它由柱塞、外壳、阻尼液、顶板、底板以及保护套(用于防止灰尘与水汽进入)组成。用于工业设备减振的黏滞阻尼器经常与弹簧隔振器组合成一个整体,称为弹簧阻尼隔振器(见图2),其中间的圆筒就是黏滞阻尼器。

    标准设计的管道阻尼器,柱塞与外壳之间的间隙在三个方向上都是40 mm,间隙中充注阻尼液。柱塞、外壳通过顶板、底板,分别和振动件、静止连接,使柱塞与外壳之间吸收设备的振动[1]。当柱塞挤压非常黏稠的阻尼液时,产生阻尼力,以减缓振动频率和振动加速度。阻尼力与振动速度成正比,比例系数称为阻尼系数,阻尼系数通过试验机直接测定。在振动微分方程中,阻尼系数视作常数,实际上它与介质温度、振动频率以及振动剧烈程度都有关。当管道热膨胀位移超过35 mm时,柱塞与外壳的冷态相对位置需要偏置;热膨胀位移超过70 mm时,需要用特殊设计的管道阻尼器。工业设备用的弹簧阻尼隔振器,由于没有热膨胀问题,柱塞与外壳之间的间隙比较小。

    在管道的减振设计中,管道阻尼器的设计要素是,管道振动频率与管道(包括管内介质)总质量,由最佳阻尼比0.4计算所需要的阻尼系数值,从而根据样本选取所需要的管道阻尼器型号与数量。

    在回转机械隔振设计中,只控制垂直向阻尼比,最佳值为0.05~0.15。在强地震区,取值可以增大。由系统总质量(机器加基础台板,包括弹簧阻尼隔振器)、系统的垂直向固有频率与所需垂直向阻尼比,计算所需要的总垂直向阻尼系数,再由弹簧隔振器样本中选取所需要的隔振器型号与数量。

    阻尼系数与阻尼比的换算公式为:

C=2mDX2(1)

    式中:C为阻尼系数,kN#s/m;m为质量,kg或t;D为阻尼比(无因次量);X对管道为振动频率,对工业设备为系统固有频率(振动角速度1 s-1)。

    阻尼比不要取得过大,因为阻尼器是传递振动的,取值过大会降低隔振效率。

    2 黏滞阻尼器的应用实例

    2.1核电站的应用

    在我国已经运行的几个核电站常规岛中,几乎到处都能见到管道阻尼器。某核电站进水管道是一条近30 m长、公称直径分别为750 mm与600 mm的空间管道。当水泵处于小流量区域工作时,管道振动非常剧烈。未装备与装备了管道阻尼器的管道振动的实测值见表1。