CC BY
7
Виброзащитное устройство квазинулевой жесткости для насосно-компрессорного оборудования
М.И. Тавлыкаев
магистрант 2 курса УГНТУ, г. Уфа, РФ
E-mail: tavlykaevmansur987@qmail.com
Аннотация
В процессе жизнедеятельности человек постоянно сталкивается с вибрацией. Вибрация — процесс механических колебаний. Вибрация негативно влияет на оборудование, так и может наносить большой вред здоровью человека.
В данной статье рассмотрены способы защиты от вибрации. Также предложена конструкция виброизолирующей опоры с квазинулевой жесткостью.
Показана зависимость между материальным исполнением и формой виброизолирующей опоры.
Результаты расчетов и моделирования показали, что у предложенной конструкции виброизолятора силовая характеристика пологая. Системы с пологим участком называются системами с квазинулевой жесткостью. Данные системы демпфируют широкий диапозон частот и ударные нагрузки.
Ключевые слова:
Механические колебания, вибрация, виброизолятор, квазинулевая система, силовая характеристика
Вибрация — процесс механических колебаний. Но не все механические колебания принято называть вибрацией. Для вибрации присущи следующие признаки:
— относительно малые отклонения тела или его точек по отношению к характерным размерам
тела;
— вибрации подвержены упругие тела и тела, находящиеся в поле действия переменных электромагнитных сил.
В соответствии с ГОСТ 24346-80 «Вибрация. Термины и определения» под вибрацией понимается движение точки или механической системы, при котором происходит поочередное возрастание, и убывание во времени значений, по крайней мере, одной координаты [1, с. 1].
Под вибрацией обычно понимаются сложные колебания в механических системах. Поскольку размеры этих систем могут быть в зависимости от частоты составляющих вибрации, значительно больше длины волны в однородном материале, сравнимы с ней или на много меньше длины волны, соответственно существуют три разных подхода к описанию вибрации механических систем.
Диапозон частот вибрации очень широкий. Нижний предел начинается от 1 Гц, при которой вибрация начинает негативно сказываться на человека, верхний предел исчисляется сотнями килогерц.
Основным механическим источником вибраций служит неуравновешенность вращающихся деталей машин. Это относится преимущественно к машинам центробежного типа, характеризующимся, как правило, большой частотой вращения [2, с. 5].
Для борьбы с вибрацией используют различные методы, но не все из них бывают достаточно эффективными или же экономически целесообразными.
Защита от вибрации должна начинаться с устранения причин, порождающих ее в источнике
образования. К мероприятиям, которые могут радикальным образом уменьшить или практически устранить вибрацию, в первую очередь следует отнести применение виброзоизоляторов.
На сегодняшний день наиболее распространены на производстве такие как резиновые, стальные пружинные и комбинированные виброизоляторы Достоинствами пружинных и резиновых виброопор являются простота конструкции и изготовления, а также дешевизна. Недостатками же данных виброизоляторов является большая динамическая жесткость и малая несущая способность на 1 опору, при этом отсутствие ремонтопригодности. Данную проблему могут решить виброизоляторы с квазинулевой системой. Это такие системы, которые позволяют получить одновременно и большую динамическую нагрузку и малую динамическую жесткость. Таким образом, они позволяют изолировать широчайший спектр колебаний, включая экстремально низкие частоты, а также удары, при незначительном усложнении конструкции. Одна из конструкций разработанного виброизолятора с квазинулевой жесткостью (рис. 1).
1 — крепежная плита; 2 — опорный стержень; 3 — ролики; 4 — рычаги; 5 — пружина растяжения;
Рис.1. Виброизолирующая опора с квазинулевой жесткостью.
Данная опора работает по принципу работы рукоятки отбойного молотка, стой лишь разницей, что в отбойном молотке используется пружина сжатия, а в виброизоляторе — пружина растяжения.
Под действием нагрузки от оборудования крепежная плита позиции 1 передает нагрузку на опорный стержень позиции 2, который в свою очередь приводит в движение роликоопоры позиции 3. Далее нагрузка передается стержни и пружину позиции 4 и 5 соответственно. Основная нагрузка приходится на пружину растяжения.
Рассмотрим, полученные в ходе моделирования, силовые характеристики виброизоляторов различных типов. Для разрабатываемой конструкции виброизолятора (кривая 3) после просадки менее чем на 2 см, попадаем на участок АВ — участок квазинулевой жесткости, в которой вибрация почти полностью демпфируется, при этом сила, действующая на опоры и оборудование, остается практически неизменной. Эффективность работы виброизолирующей опоры в этом участке будет маски мальной.
Ft кН
у
1
1
л
ft
OS
со 'Ы lc¿> lo.ek W lojl 'j/i W
1 — стальной виброизолятор; 2 — резиновый виброзолятор; 3 — характеристика предлагаемой конструкции Рис.2. Силовые характеристики виброзоляторов.
После выполнения расчета характеристик колебаний компрессорного агрегата в зависимости от типа виброизолятора получили то, что с уменьшением динамической жесткости виброизолятора амплитуда поступательных колебаний по вертикальной оси снижается. Также снижается собственная частота колебаний насосного агрегата и уменьшается нагрузка, передающаяся основанию блока. Таким образом, увеличивается срок эксплуатации самой опоры и компрессорного агрегата за счет снижения нагрузок, а также увеличивается межремонтный период компрессорного оборудования.
Список использованной литературы:
1. ГОСТ 24346-80. Вибрация. Термины и определения — Введ. 1981-01-01. — М.: Издательство стандартов, 1981. — 28 с.
2. Валеев, А.Р Защита от вибрации и ударов системами с квазинулевой жесткостью: монография / А. Р. Валеев, А. Н. Зотов. — Уфа: Нефтегазовое дело, 2013. — 166 с.
3. Валеев, А.Р. Уменьшение динамических воздействий на объекты магистральных нефтегазопроводов: дис. канд. техн. наук. — Уфа: УГНТУ, 2013. — 180 с.
