[發明專利]塔器防振用擺動式阻尼器

有效

• 申請號: 201410347429.8
• 申請日: 2014-07-21
• 公開（公告）號: CN104141352B
• 公開（公告）日: 2017-08-08
• 發明（設計）人: 譚蔚;徐樂;田雅婧
• 申請（專利權）人: 天津大學
• 主分類號: E04B1/98
• 分類號: E04B1/98
• 代理公司: 天津市北洋有限責任專利代理事務所12201
• 代理人: 王麗

技術領域

本發明涉及一種塔器防振用阻尼器，尤其是風誘導振動下的塔器防振用擺動阻尼器的開發設計。

背景技術

塔器是化工生產中最重要的設備之一，作為特種設備一旦發生事故危害極大。因此，保證塔器安全運行是非常必要的。

塔器的長徑比比較大。因此，在運行期間，塔體不僅承受重力和操作壓力等載荷，還會受到風載荷的很大影響。安裝在室外的塔器，在風載荷作用下將產生兩個方向的振動。一種是順風向的振動，即塔的振動方向與風向平行；另一種是橫風向振動，即振動方向垂直于風向，又稱橫風向振動或誘導振動。隨著塔高的不斷增加，塔器受風載荷的影響也會越來越大。較大的風載荷將誘導塔器振動。當振動頻率與塔器的自振頻率相當時會發生共振，導致設備破壞，造成嚴重后果。故塔器的防振技術有很大研究價值。

塔器防振的措施主要有三種，增大自振周期、采用擾流裝置和增大阻尼比。對塔器來說，增大自振周期可能會破壞原有工藝條件，增加制造成本；由于平臺、梯子等附件的存在，安裝軸向翅片或螺旋型翅片等擾流裝置并不適用于所有塔設備；通過增設減振器來增大阻尼比則是一個較為簡便實用的方法，在煙囪或高聳建筑物中已得到廣泛的應用。

目前，國內外常用的塔器防振方法主要為增設翅片和擋板等擾流構件，對于防風振減振器的研究仍很少。

發明內容

本發明所解決的問題的是塔器發生共振時的防振措施，通過增加塔體的阻尼，使塔體振幅迅速衰減，減少塔頂共振時的振幅，從而降低共振對塔器造成的破壞。

本發明的技術方案如下：

一種塔器防振用擺動式阻尼器，由連桿5、球鉸2、擺桿6、質量塊7和彈簧3組成；連桿5一端與塔體1焊接，另一端與球鉸2采用螺紋連接；擺桿6與連桿5垂直，一端與球鉸2焊接，另一端焊接質量塊7；彈簧3與連桿5平行，一端與質量塊7焊接，另一端與塔體1焊接；阻尼器呈對稱排列。

優選4個阻尼器呈90°排列，安裝在塔頂外側。

優選連桿長度與塔體半徑相等。

優選彈簧長度與連桿長度相等。

優選阻尼器質量塊總質量與塔體自身質量(不含阻尼器)之比范圍在0.65％～4％。

優選擺桿長度與塔高之比范圍在5％～9％。

優選阻尼器安裝高度大于2/3塔高。

本發明是一種擺動式阻尼器。其工作原理是：調節質量塊的自振頻率，使其與塔的一階固有頻率相等；在振動時，質量塊與塔形成π/2的相位差，質量塊的作用反力與塔運動方向相反，從而增加了塔體阻尼比。在JB4710-2005中有塔頂一階振幅y_T1計算公式如下：其中y_T1為塔頂振幅，C_L為升力系數，D為塔器外徑，為一階臨界風速，H為塔高，ρ為空氣密度，λ₁為計算系數，ζ為塔體阻尼比，E為彈性模量，I為截面慣性矩。由上式可以看出，塔體阻尼比ζ與塔頂振幅y_T1呈反比例關系。也就是說，塔體阻尼比越大，塔頂振幅y_T1就越小。

由于彈簧勁度系數較小，需保證質量塊有足夠的運動空間，所以設置連桿長度與塔體半徑相等。為保證彈簧初始位移為零，并確保質量塊在平面內運動，設置彈簧長度與連桿長度相等。通過調節質量塊的質量和擺桿長度兩個參數可以改變阻尼器的阻尼比。其減振效果通過有限元軟件ANSYS模擬以及小試實驗得到了驗證。

本裝置設置了4個阻尼器,由于質量塊平動距離相對擺桿長度很小，故可以看作是沿水平面的運動。平面內的彈簧和質量塊,會產生4個水平控制力,其大小為：

(j＝1，2，3，4)

塔體在阻尼器控制下的動力方程為:

式中：F_TMDj—第j個阻尼器提供的水平回復力；

k_TMDj—第j個阻尼器彈簧的勁度系數；

c_TMDj—第j個阻尼器的固有阻尼；

x_TMDj—第j個阻尼器質量塊相對于地面的位移；

x_j—第j個阻尼器所在塔體段相對于地面的位移；

—第j個阻尼器質量塊相對于地面的速度；

—第j個阻尼器所在塔體段相對于地面的速度；

[M]—塔體的質量矩陣；

[C]—塔體的阻尼矩陣；

[K]—塔體的剛度矩陣；

—塔體的加速度向量；

—塔體的速度向量；