[实用新型]塔器防振用摆动式阻尼器

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种塔器防振用阻尼器，尤其是风诱导振动下的塔器防振用摆动阻尼器的开发设计。

背景技术

塔器是化工生产中最重要的设备之一，作为特种设备一旦发生事故危害极大。因此，保证塔器安全运行是非常必要的。

塔器的长径比比较大。因此，在运行期间，塔体不仅承受重力和操作压力等载荷，还会受到风载荷的很大影响。安装在室外的塔器，在风载荷作用下将产生两个方向的振动。一种是顺风向的振动，即塔的振动方向与风向平行；另一种是横风向振动，即振动方向垂直于风向，又称横风向振动或诱导振动。随着塔高的不断增加，塔器受风载荷的影响也会越来越大。较大的风载荷将诱导塔器振动。当振动频率与塔器的自振频率相当时会发生共振，导致设备破坏，造成严重后果。故塔器的防振技术有很大研究价值。

塔器防振的措施主要有三种，增大自振周期、采用扰流装置和增大阻尼比。对塔器来说，增大自振周期可能会破坏原有工艺条件，增加制造成本；由于平台、梯子等附件的存在，安装轴向翅片或螺旋型翅片等扰流装置并不适用于所有塔设备；通过增设减振器来增大阻尼比则是一个较为简便实用的方法，在烟囱或高耸建筑物中已得到广泛的应用。

目前，国内外常用的塔器防振方法主要为增设翅片和挡板等扰流构件，对于防风振减振器的研究仍很少。

发明内容

本实用新型所解决的问题的是塔器发生共振时的防振措施，通过增加塔体的阻尼，使塔体振幅迅速衰减，减少塔顶共振时的振幅，从而降低共振对塔器造成的破坏。

本实用新型的技术方案如下：

一种塔器防振用摆动式阻尼器，由连杆5、球铰2、摆杆6、质量块7和弹簧3组成；连杆5一端与塔体1焊接，另一端与球铰2采用螺纹连接；摆杆6与连杆5垂直，一端与球铰2焊接，另一端焊接质量块7；弹簧3与连杆5平行，一端与质量块7焊接，另一端与塔体1焊接；阻尼器呈对称排列。

优选4个阻尼器呈90°排列，安装在塔顶外侧。

优选连杆长度与塔体半径相等。

优选弹簧长度与连杆长度相等。

优选阻尼器质量块总质量与塔体自身质量(不含阻尼器)之比范围在0.65％～4％。

优选摆杆长度与塔高之比范围在5％～9％。

优选阻尼器安装高度大于2/3塔高。

本实用新型是一种摆动式阻尼器。其工作原理是：调节质量块的自振频率，使其与塔的一阶固有频率相等；在振动时，质量块与塔形成π/2的相位差，质量块的作用反力与塔运动方向相反，从而增加了塔体阻尼比。在JB4710-2005中有塔顶一阶振幅y_T1计算公式如下：其中y_T1为塔顶振幅，C_L为升力系数，D为塔器外径，为一阶临界风速，H为塔高，ρ为空气密度，λ₁为计算系数，ζ为塔体阻尼比，E为弹性模量，I为截面惯性矩。由上式可以看出，塔体阻尼比ζ与塔顶振幅y_T1呈反比例关系。也就是说，塔体阻尼比越大，塔顶振幅y_T1就越小。

由于弹簧劲度系数较小，需保证质量块有足够的运动空间，所以设置连杆长度与塔体半径相等。为保证弹簧初始位移为零，并确保质量块在平面内运动，设置弹簧长度与连杆长度相等。通过调节质量块的质量和摆杆长度两个参数可以改变阻尼器的阻尼比。其减振效果通过有限元软件ANSYS模拟以及小试实验得到了验证。

本装置设置了4个阻尼器,由于质量块平动距离相对摆杆长度很小，故可以看作是沿水平面的运动。平面内的弹簧和质量块,会产生4个水平控制力,其大小为：

F_TMDj＝k_TMDj(x_TMDj-x_j)+C_TMDj(x_TMDj-x_j)

(j＝1，2，3，4)

塔体在阻尼器控制下的动力方程为: