Подавляющее устройство для подавления вибрации с регулируемым грузом и вязкоупругим материалом - RU2575963C2

Чертежи

Показать все 10 чертежа(ей)

Описание

ПЕРЕКРЕСТНАЯ ССЫЛКА НА РОДСТВЕННУЮ ЗАЯВКУ

[0001] Настоящая заявка испрашивает приоритет по непредварительной заявке №12/917456 на патент США «Подавляющее устройство для подавления вибрации с регулируемым грузом и вязкоупругим материалом», которая подана 1 ноября 2010 г. и которая полностью включена в настоящую заявку посредством ссылки.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

[0002] Этот раздел предназначен для ознакомления читателя с различными аспектами этой области техники, которые могут быть связаны с различными особенностями настоящего изобретения, описанными и/или заявленными ниже. Это описание, как полагают, полезно для предоставления специалисту вводной информации, содействующей лучшему пониманию различных особенностей настоящего изобретения. В соответствии с этим совершенно понятно, что эти положения должны быть прочитаны в этом свете и не как признание известного уровня техники.

[0003] Многие типы труб, например трубы, используемые в подводных соединительных системах, могут быть подвергнуты воздействию потока текучей среды на их поверхностях (как изнутри, так и снаружи). Поток текучей среды может привести к вибрации трубы, например к вибрации, вызываемой завихрениями. Со временем вибрация может привести к разрушению и/или отказу трубы.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

[0004] Различные особенности, аспекты и отличительные признаки настоящего изобретения станут более понятными при прочтении последующего подробного описания изобретения со ссылками на сопровождающие чертежи, на которых одинаковые элементы повсюду обозначены одинаковыми позиционными обозначениями.

[0005] На фиг.1 схематически показана диаграмма варианта реализации подводной системы добычи ресурсов, содержащей соединительную систему, использующую систему подавления вибраций с регулируемым грузом и вязкоупругим материалом.

[0006] На фиг.2 показан поперечный вид главной соединительной трубы соединительной системы, взятый вдоль линии 2-2 по фиг.1, иллюстрирующий вызывающие вибрацию завихрения.

[0007] На фиг.3 показан примерный график зависимости величины энергии от частоты для соединительной системы по фиг.1 без подавляющего устройства для подавления вибрации с регулируемым грузом и вязкоупругим материалом.

[0008] На фиг.4 показан перспективный вид варианта реализации подавляющего устройства для подавления вибрации с регулируемым грузом и вязкоупругим материалом.

[0009] На фиг.5 показан поперечный вид сбоку варианта реализации подавляющего устройства для подавления вибрации с регулируемым грузом и вязкоупругим материалом по фиг.4.

[0010] На фиг.6 показан поперечный вид сбоку варианта реализации подавляющего устройства для подавления вибрации с регулируемым грузом и вязкоупругим материалом.

[0011] На фиг.7 показан поперечный вид сбоку варианта реализации подавляющего устройства для подавления вибрации с регулируемым грузом и вязкоупругим материалом.

[0012] На фиг.8 показан поперечный вид спереди варианта реализации подавляющего устройства для подавления вибрации с регулируемым грузом и вязкоупругим материалом, поясняющий возможное перемещение L-образной балки.

[0013] На фиг.9 показан поперечный вид спереди варианта реализации подавляющего устройства для подавления вибрации с регулируемым грузом и вязкоупругим материалом, поясняющий перемещение L-образной балки.

[0014] На фиг.10 показан поперечный вид спереди варианта реализации подавляющего устройства для подавления вибрации с регулируемым грузом и вязкоупругим материалом, поясняющий перемещение L-образной балки.

[0015] На фиг.11 показан вид в разрезе варианта реализации вязкоупругого материала, содержащего несколько слоев.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ КОНКРЕТНЫХ ВАРИАНТОВ РЕАЛИЗАЦИИ НАСТОЯЩЕГО ИЗОБРЕТЕНИЯ

[0016] Один или несколько конкретных вариантов реализации настоящего изобретения будут описаны ниже. Эти описанные варианты реализации представляют собой лишь образцы настоящего изобретения. Кроме того, при попытке создания краткого описания этих вариантов реализации изобретения это описание изобретения не может содержать абсолютно все особенности фактической реализации. Совершенно понятно, что при разработке любой такой фактической реализации, например, в рамках любого инженерного или конструкторского проекта, многочисленные специфические для этой разработки технические решения должны быть использованы для достижения конкретных целей разработчиков, таких как согласие с системными и финансовыми ограничениями, которые могут быть различными для различных реализаций. Кроме того, совершенно понятно, что такие опытно-конструкторские работы могут быть сложными и длительными, но, тем не менее, будут представлять собой рутинные операции проектирования, изготовления и производства для специалистов среднего уровня, обладающих знанием раскрытия настоящего изобретения.

[0017] Определенные варианты реализации настоящего изобретения содержат устройства и способы подавления вибрации секций трубы, например труб, используемых в подводных соединительных системах. В частности, раскрытые варианты реализации изобретения содержат использование вязкоупругого материала в комбинации с подавляющим устройством для подавления вибрации с регулируемым грузом. В частности, в определенных вариантах реализации изобретения подавляющее устройство для подавления вибрации с регулируемым грузом может содержать первую балку с регулируемым грузом, причем эта первая балка соединена с трубой и вибрирует вместе с ней. Подавляющее устройство для подавления вибрации с регулируемым грузом может также содержать вторую балку, содержащую ограничивающее устройство (например, кольцевую часть), размещенное вокруг участка первой балки. Кроме того, обеспечена возможность размещения вязкоупругого материала на участке первой балки и/или на ограничивающем устройстве второй балки. При вибрации трубы первая балка с регулируемым грузом вибрирует внутри ограничивающего устройства. Поскольку первая и вторая балки входят в контакт друг с другом в виде соударения, вязкоупругий материал поглощает энергию колебаний и, посредством этого, подавляет вибрацию в трубе.

[0018] На фиг.1 схематически показана диаграмма варианта реализации подводной системы 10 добычи ресурсов. Обеспечена возможность использования подводной системы 10 добычи ресурсов для извлечения нефти, природного газа и других естественных ресурсов из скважины 12, размещенной на морском дне 14, в точку 16 извлечения на поверхности (например, в береговое устройство обработки, буровую платформу на некотором расстоянии от берега или в любую другую точку извлечения). Также обеспечена возможность использования подводной системы 10 добычи ресурсов для нагнетания текучих сред, например химических продуктов, пара и т.д. в скважину 12. Эти нагнетаемые текучие среды могут содействовать извлечению ресурсов из скважины 12. В определенных вариантах реализации изобретения подводная система 10 добычи ресурсов способна содержать соединительную систему 18 с подавляющим устройством 19 для подавления вибрации. Соединительная система 18 соединена с фонтанной арматурой 20 скважины 12 и с манифольдом 22. В некоторых вариантах реализации настоящего изобретения обеспечена возможность сбора нефти, природного газа или других ресурсов в скважине 12 и их перемещения через фонтанную арматуру 20 к манифольду 22 через соединительную систему 18. От манифольда 22 нефть, природный газ или другие ресурсы могут быть транспортированы в место 16 на поверхности через выходной трубопровод 24.

[0019] Как показано, соединительная система 18 содержит последовательность труб, специально предназначенных для соединения фонтанной арматуры 20 с манифольдом 22. Например, соединительная система 18 может содержать первую вертикальную трубу 26, проходящую в целом вверх от фонтанной арматуры 20, первую горизонтальную трубу 28, проходящую в целом горизонтально от первой вертикальной трубы 26 к манифольду 22, и вторую вертикальную трубу 30, проходящую в целом вниз от первой горизонтальной трубы 28 к морскому дну 14. Как таковые, эти три трубы 26, 28, 30 в целом образуют первую U-образную трубную конструкцию 32. Кроме того, соединительная система 18 может содержать третью вертикальную трубу 34, проходящую в целом вверх от манифольда 22, вторую горизонтальную трубу 36, проходящую в целом горизонтально от третьей вертикальной трубы 34 к фонтанной арматуре 20, и четвертую вертикальную трубу 38, проходящую в целом вниз от второй горизонтальной трубы 36 к морскому дну 14. Как таковые, эти три трубы 34, 36, 38 в целом образуют вторую U-образную трубную конструкцию 40. Кроме того, соединительная система 18 может содержать главную соединительную трубу 42, в целом проходящую горизонтально от нижней части второй вертикальной трубы 30 рядом с фонтанной арматурой 20 до нижней части четвертой вертикальной трубы 38 рядом с манифольдом 22.

[0020] Соединительная система 18 способна также содержать соединители для соединения труб 26, 28, 30, 34, 36, 38 и 42 с фонтанной арматурой 20, манифольдом 22 и друг с другом. Например, соединительная система 18 может содержать 90-градусные колена 44 между смежными трубами 26, 28, 30, 34, 36, 38 и 42. Кроме того, соединительная система 18 способна содержать соединители 46 нажимного действия на обоих концах соединительной системы 18 для соединения с фонтанной арматурой 20 и манифольдом 22. Например, соединитель 46 нажимного действия выполнен с возможностью соединения первой вертикальной трубы 26 с фонтанной арматурой 20, а другой соединитель 46 нажимного действия выполнен с возможностью соединения третьей вертикальной трубы 34 с манифольдом 22.

[0021] Конкретные размеры, конфигурации и характеристики труб 26, 28, 30, 34, 36, 38 и 42 в соединительной системе 18 различны в различных конкретных реализациях. Однако обычные наружные диаметры труб 26, 28, 30, 34, 36, 38 и 42 попадают в диапазон от приблизительно 4,5 дюймов до 10,75 дюймов (например, номинальные размеры трубы составляют от приблизительно 4 дюймов до 10 дюймов). Например, в определенных вариантах реализации настоящего изобретения наружные диаметры труб 26, 28, 30, 34, 36, 38 и 42 могут составлять 4,5 дюйма, 6,625 дюймов, 8,625 дюймов, 10,75 дюймов и т.д. Однако в других вариантах реализации настоящего изобретения наружные диаметры труб 26, 28, 30, 34, 36, 38 и 42 могут составлять от приблизительно 2,375 дюйма до 24 дюймов (например, номинальные размеры трубы составляют приблизительно от 2 дюймов до 24 дюймов), или еще больше. Например, в определенных вариантах реализации изобретения наружные диаметры труб 26, 28, 30, 34, 36, 38 и 42 могут составлять 2,375 дюйма, 3,5 дюйма, 4,5 дюйма, 6,625 дюймов, 8,625 дюймов, 10,75 дюймов, 12,75 дюймов, 14 дюймов, 16 дюймов, 18 дюймов, 20 дюймов, 22 дюйма, 24 дюйма или еще больше.

[0022] Кроме того, толщина стенок труб 26, 28, 30, 34, 36, 38 и 42 в определенных вариантах реализации настоящего изобретения составляет от приблизительно 0,5 дюйма до 2,0 дюйма или еще больше. Например, толщина стенок труб 26, 28, 30, 34, 36, 38 и 42 составляет 0,5 дюйма, 0,625 дюйма, 0,75 дюйма, 0,875 дюйма, 1,0 дюйма, 1,125 дюйма, 1,25 дюйма, 1,375 дюйма, 1,5 дюйма, 1,625 дюйма, 1,75 дюйма, 1,875 дюйма, 2,0 дюйма или еще больше. В определенных вариантах реализации настоящего изобретения наружные диаметры и толщины стенок всех труб 26, 28, 30, 34, 36, 38 и 42 соединительной системы 18 одинаковы. Однако в других вариантах реализации настоящего изобретения наружные диаметры и толщины стенок могут быть различными как для разных труб 26, 28, 30, 34, 36, 38 и 42, так и на протяжении одной трубы. Фактически, указанные здесь значения наружного диаметра и толщины стенок представляют собой лишь примеры и не предназначены для введения ограничений.

[0023] Все трубы 26, 28, 30, 34, 36, 38 и 42 из соединительной системы 18 в целом выполнены жесткими и в целом жестко соединены с фонтанной арматурой 20, манифольдом 22 и друг с другом посредством в целом жестких соединителей 44, 46. Другими словами, трубы 26, 28, 30, 34, 36, 38 и 42 и связанные с ними соединители 44, 46 в целом не содержат гибкие материалы (например, гибкую трубу). Скорее, например, в определенных вариантах реализации настоящего изобретения трубы 26, 28, 30, 34, 36, 38 и 42 могут содержать стальную трубу и соединители 44, 46, соединяющие трубы 26, 28, 30, 34, 36, 38 и 42 с фонтанной арматурой 20, манифольдом 22 и друг с другом, в целом не содержат гибких соединителей (например, соединителей с возможностью поворота, соединителей с возможностью параллельного перемещения и т.д.). В определенных вариантах реализации изобретения трубы 26, 28, 30, 34, 36, 38 и 42 выполнены из низколегированной стали марки AISI 4130 с минимальным пределом текучести, составляющим 75000 фунтов на квадратный дюйм. Однако в других вариантах реализации настоящего изобретения обеспечена возможность использования других материалов для труб 26, 28, 30, 34, 36, 38 и 42.

[0024] Конфигурация по фиг.1 в целом выполненных жесткими труб 26, 28, 30, 34, 36, 38 и 42 из соединительной системы 18 способна привести к нескольким значительным преимуществам. Например, поскольку трубы 26, 28, 30, 34, 36 и 38 из первой и второй U-образных конструкций 32, 40 в целом выполнены жесткими, главная соединительная труба 42 поднята от морского дна 14 в целом на постоянное расстояние Δ_JP. Сама по себе главная соединительная труба 42 может быть удержана очень близко к поверхности морского дна 14, где потоки могут быть до некоторой степени уменьшены, что, тем самым, уменьшает вибрационную усталость главной соединительной трубы 42. Кроме того, главная соединительная труба 42 может быть выполнена с избежанием непосредственного расположения на поверхности морского дна 14, где контакт с поверхностью морского дна 14 может со временем приводить к истиранию главной соединительной трубы 42, уменьшая, тем самым, общий срок службы главной соединительной трубы 42. Кроме того, первая и вторая U-образные конструкции 32, 40 труб дают возможность определенной степени горизонтальных и вертикальных вибраций, обеспечивая возможность некоторой свободы перемещения соединительной системы 18, тем самым также уменьшая вибрационную усталость главной соединительной трубы 42.

[0025] Однако эта конфигурация в целом выполненных жесткими труб 26, 28, 30, 34, 36, 38 и 42 из соединительной системы 18 не способна полностью подавить вибрацию главной соединительной трубы 42. Одна из основных причин вибрации главной соединительной трубы 42 представляет собой вибрацию, вызываемую вихреобразованием. Вызываемая вихреобразованием вибрация в целом связана с потоками, текущими через главную соединительную трубу 42 в направлении, в целом перпендикулярном к плоскости фиг.1 (например, в направлении к фиг.1 и от нее). Например, фиг.2 представляет собой вид в разрезе главной соединительной трубы 42 из соединительной системы 18, проведенном вдоль линии 2-2 по фиг.1. Поскольку потоки текут через главную соединительную трубу 42 в целом горизонтально, происходит замедление потока вследствие контакта с поверхностью главной соединительной трубы 42. Завихрения 48, 50 могут быть образованы на задней стороне 52 главной соединительной трубы 42, в удалении от направления потока. Однако эти завихрения 48, 50 в целом не синхронны. Скорее, например, происходит образование верхнего завихрения 48 с последующим образованием нижнего завихрения 50, сопровождаемого последующим верхним завихрением 48 и т.д. Эта картина последовательных завихрений 48, 50 способна вызвать появление осциллирующих сил на верхней и нижней поверхностях 54, 56 главной соединительной трубы 42. Как таковые, эти осциллирующие силы способны вызвать вертикальную вибрацию главной соединительной трубы 42, как показано стрелкой 58. Могут также возникать вибрации в направлении потока.

[0026] Эта вызванная вихреобразованием вибрация способна со временем привести к увеличенной усталости труб 26, 28, 30, 34, 36, 38 и 42 из соединительной системы 18. В целом, величина энергии колебаний соединительной системы 18 может быть функцией частоты вызванной вихреобразованием вибрации. На фиг.3 показан примерный график 60 зависимости величины энергии колебаний от частоты для соединительной системы 18 по фиг.1. Степень подавления и степень повреждения прямо пропорциональны величине энергии колебаний. На фиг.3 величина энергии колебаний отложена в масштабе децибел 20log₁₀. Например, при возникновении вызываемой вихреобразованием вибрации на определенной (очень низкой) частоте, величина энергии колебаний может быть на исходном уровне в 0 децибел, что означает, что степень подавления расположена на исходном уровне в 100%. Однако, как показано на фиг.3, при расположении частоты вызванной вихреобразованием вибрации около характеристической частоты ω_n колебаний соединительной системы 18 величина энергии колебаний может быть на уровне 1000%, то есть в десять раз (например, составлять 20 децибел) больше исходного уровня. Другими словами, на низких частотах величина энергии колебаний может быть на ожидаемых до некоторой степени уровнях. Однако при расположении частоты вызванных вихреобразованием вибраций около характеристической частоты колебаний ω_n соединительной системы 18 величина энергии колебаний значительно больше. Однако при еще больших частотах величина энергии колебаний может асимптотически спадать до уровней, приблизительно составляющих 3,163% (например, - 30 децибел) от исходного уровня. Величины энергии колебаний по фиг.3 представляют собой лишь примеры и не предназначены для введения ограничений.

[0027] Характеристическая частота ω_n колебаний соединительной системы 18 представляет собой частоту, с которой соединительная система 18 вибрирует с самой большой величиной энергии колебаний при приведении ее в движение. В действительности соединительная система 18 способна иметь несколько характеристических частот ω_n колебаний (то есть частот гармоник) выше характеристической частоты ω_n колебаний, показанной на фиг.3. Однако, для простоты, показана только фундаментальная характеристическая частота ω_n колебаний. Кроме того, обычно величина энергии колебаний на других характеристических частотах ω_n колебаний меньше величины энергии колебаний при фундаментальной характеристической частоте ω_n колебаний. Следовательно, фундаментальная характеристическая частота ω_n колебаний обычно представляет собой самую важную частоту при попытках минимизации величины энергии колебаний соединительной системы 18. Действительно, при приближении частоты вызванной вихреобразованием вибрации к фундаментальной характеристической частоте ω_n колебаний, показанной на фиг.3, соединительная система 18 может «попасть в резонанс». Другими словами, соединительная система 18 может попасть в вызывающий повреждения режим колебаний, который трудно остановить. Следовательно, возможность минимизации величины максимальной энергии колебаний и/или изменения фундаментальной характеристической частоты ω_n колебаний может привести к уменьшению общих повреждений системы и, посредством этого, увеличению ее срока использования.

[0028] На фиг.4 показан перспективный вид варианта реализации подавляющего устройства 70 для подавления вибрации, соединенного с трубной конструкцией 80. Подавляющее устройство 70 способствует изменению характеристической частоты колебаний трубы (труб) и/или уменьшает энергию колебаний, вызванных воздействием ветра или турбулентностью воды. Подавляющее устройство 70 содержит груз 72, первую балку 74, вторую балку 76 и вязкоупругий материал 78. В показанном варианте реализации настоящего изобретения первая балка 74 представляет собой L-образную балку с первой частью 82 балки и второй частью 84 балки, причем первая и вторая части 82 и 84 балки в целом размещены крестообразно (например, перпендикулярно друг другу). Первая часть 82 балки размещена крестообразно (например, перпендикулярно) относительно трубной конструкции 80, а вторая часть 84 балки вытянута вдоль трубной конструкции 80 (например, параллельна ей). Вторая балка 76 содержит первую часть 92 и вторую часть 94. Первая часть 92 размещена крестообразно (например, перпендикулярно) относительно трубной конструкции 80 и в целом представляет собой удлиненную балочную конструкцию. Вторая часть 94 представляет собой ограничитель (например, кольцо), окружающий первую балку 74 и обеспечивающий возможность лишь ограниченного перемещения этой балки. Таким образом, вязкоупругий материал 78 может быть выполнен в виде кольцеобразной полосы внутри второй части 94. Как подробно описано ниже, первая и вторая балки 74 и 76 действуют совместно при подавлении вибрации в трубной конструкции 80.

[0029] В настоящем варианте реализации изобретения подавляющее устройство 70 подавляет вибрации в трубной конструкции 80 (например, в соединительной системе) посредством вибрации первой балки 74 и ее соударения с вязкоупругим материалом 78 внутри второй балки 76. Трубная конструкция 80, как показано выше, может быть подвергнута воздействию турбулентности ветра или воды, приводящему к вибрациям трубы 78. Вибрация трубы 80 вызывает вибрации первой балки 74 и груза 72. В некоторых вариантах реализации настоящего изобретения груз 72 выполнен регулируемым, что дает возможность первой балке 74 вибрировать с той же самой характеристической частотой колебаний, что и трубная конструкция 80. Таким образом, при возникновении вибрации трубной конструкции 80 на определенной частоте первая балка 74 с регулируемым грузом 72 соответственно вибрирует на той же самой частоте. На определенных частотах (например, на резонансных частотах) колебания трубной конструкции 80 вынуждают груз 72 и первую балку 74 достигать амплитуд, достаточных для соударения первой балки 74 со второй балкой 76. Соударение первой балки 74 со второй балкой 76 зажимает вязкоупругий материал 78 между первой балкой 74 и второй балкой 76. Это соударение позволяет вязкоупругому материалу 78 поглощать энергию колебаний и, таким образом, подавлять вибрации трубной конструкции 80. В некоторых вариантах реализации настоящего изобретения вторая балка 76 может быть выполнена существенно жесткой для уменьшения введения дополнительной динамической энергии колебаний в трубную конструкцию 80, вызванной соударением первой балки 74 со второй балкой 76. Таким образом, подавляющее устройство 70 ограничивает/уменьшает энергию колебаний в трубной конструкции 80.

[0030] Вязкоупругий материал определен как материал, проявляющий свойство вязкоупругости. Вязкоупругие материалы одновременно обладают свойствами и вязкости, и упругости. Вязкие материалы противостоят потоку со сдвигом и проявляют линейную деформацию со временем при приложении напряжения. Упругие материалы проявляют мгновенную деформацию при растяжении с последующим возвратом к их исходному состоянию при снятии напряжения. Вязкоупругие материалы показывают элементы обоих этих свойств и как таковые проявляют деформацию с временной зависимостью. В качестве примера вязкоупругого материала можно использовать акриловый вязкоупругий материал, представляющий собой вязкоупругий амортизирующий полимер. Эти вязкоупругие материалы могут быть поставлены в разных формах (например, в виде лент, покрытий, наносимых пульверизатором, покрытий, наносимых кистью, предварительно сформованных деталей, раствора для обработки погружением и т.д.). Эти различные формы содействуют нанесению и размещению вязкоупругого материала 78 на подавляющем устройстве 70.

[0031] На фиг.5 показан поперечный вид сбоку согласно варианту реализации подавляющего устройства 70 по фиг.4. Как показано на фиг.5, первая балка 74 представляет собой L-образную балку, содержащую первую часть 82 балки и вторую часть 84 балки, размещенные крестообразно относительно друг друга. В других вариантах реализации изобретения первая балка 74 может быть выполнена в форме изгиба или дуги от трубной конструкции 80 к грузу 72. Первая часть 82 балки, кроме того, определяет концевую часть 86, соединенную с трубной конструкцией 80 посредством соединительных средств 88, например сварного шва, фланца, болта или любой их комбинации. Соединительные средства 88 первой балки 74 с трубной конструкцией 80 обеспечивает возможность передачи энергии колебаний от трубной конструкции 80 к первой балке 74 и к грузу 72. Аналогично, вторая часть 84 балки определяет концевую периферийную часть 90, соединенную с грузом 72 посредством соединительных средств 89, например сварного шва, фланца, болта, или посредством цельнолитой отливки или механической обработки, вместе со второй частью 84 балки. Показанный груз 72 представляет собой твердотельный цилиндр, хотя другие варианты реализации груза 72 могут включать квадратную, сферическую, овальную, треугольную или другую форму. Кроме того, груз 72 может не представлять собой один единый груз, а быть выполненным в виде нескольких частей, не соединенных исключительно на конце 90, а распределенных вдоль первой балки 74. В других вариантах реализации изобретения вторая часть 84 балки может обеспечивать достаточный груз без груза 72.

[0032] Для ограничения/уменьшения вибрации в трубной конструкции 80 подавляющее устройство 70 содержит вторую балку 76, ограничивающую перемещение первой балки 74 и подавляющую вибрацию посредством вязкоупругого материала 78. Вторая балка 76 содержит первую часть 92 и вторую концевую периферийную часть 94. Первая часть 92 определяет концевую часть 96, соединенную с трубной конструкцией 80 посредством соединительных средств 98, например сварного шва, выступа, болта или их комбинации. В других вариантах реализации настоящего изобретения вторая балка 76 может быть прикреплена к другой конструкции, а не к трубной конструкции 80. Например, только L-образная балка 74 может быть прикреплена к трубной конструкции 80, а вторая балка 76 прикреплена к другой конструкции.

[0033] Вторая часть 94 второй балки 76 выполнена в виде кольца и определяет круговое отверстие 100. В других вариантах реализации изобретения вторая часть 94 может определять отверстие 100 другой формы, например овальное отверстие, квадратное отверстие, многоугольное отверстие, прямоугольное отверстие, треугольное отверстие или отверстие любой другой формы. В соответствии с другим вариантом реализации изобретения вторая часть 94 может определять прерывистое отверстие 100, например в виде одной или нескольких ограничивающих конструкций, расположенных выше, ниже, слева и/или справа от первой балки 74. Отверстие 100 окружает участок 102 первой балки 74 и определяет ограниченный диапазон перемещения участка 102 в пределах отверстия 100. Например, отверстие 100 определяет верхний и нижний диапазоны 101 и 103 перемещения и левый и правый диапазоны перемещения (то есть в плоскость страницы и из нее). Как упомянуто выше, при вибрации трубной конструкции 80 в ответ на ветер, поток воды или другие побудительные причины груз 72 и первая балка 74 способны соответствующим образом начать вибрировать. При достижении первой балкой 74 определенной амплитуды колебаний участок 102 контактирует с вязкоупругим материалом 78, размещенным вокруг отверстия 100. Таким образом, вязкоупругий материал 78 способен поглощать энергию колебаний из трубной конструкции 80 посредством контакта с участком 102 первой балки 74. Как описано выше, вторая балка 76 может быть выполнена существенно жесткой и, следовательно, не может давать большой колебательный отклик при соударении первой балки 74 внутри кольцевой части 94. Таким образом, жесткость второй балки 76 содействует вязкоупругому материалу 78 в подавлении вибрации в трубной конструкции 80.

[0034] На фиг.6 показан поперечный вид сбоку варианта реализации подавляющего устройства 70 с регулируемым грузом и вязкоупругим материалом. В варианте реализации изобретения по фиг.6 вязкоупругий материал 86 обернут вокруг L-образной трубы 74, а не выполнен в виде облицовки отверстия 100 во второй части 94 (например, кольцевой части) второй балки 76. Это может уменьшить количество вязкоупругого материала 78, необходимого для подавления вибрации между первой балкой 74 и второй балкой 76. В некоторых вариантах реализации изобретения вязкоупругий материал 78 может содержать вязкоупругую ленту, вязкоупругий рукав, вязкоупругое покрытие или их комбинации, размещенные на участке 102 первой балки 74.

[0035] На фиг.7 показан поперечный вид сбоку подавляющего устройства 70 с регулируемым грузом и вязкоупругим материалом согласно другому варианту реализации настоящего изобретения. В варианте реализации изобретения по фиг.7 вязкоупругий материал 78 размещен и на первой балке 74, и на отверстии 100 из второй балки 76 (например, на кольцевой части). Таким образом, во время вибрации вязкоупругий материал 78 входит в контакт с вязкоупругим материалом 78 при перемещении первой балки 74 в направлении второй балки 76 и от нее, улучшая подавление энергии колебаний. Кроме того, показанный вариант реализации изобретения обеспечивает избыточное количество вязкоупругого материала 78 в обоих местах, гарантируя, тем самым, что по меньшей мере один вязкоупругий материал 78 доступен для подавления энергии колебаний. Например, если произошло отсоединение вязкоупругого материала 78 от отверстия 100, вязкоупругий материал 78 на первой балке 74 все еще способен подавлять энергию колебаний, и наоборот.

[0036] На фиг.8 показан поперечный вид спереди подавляющего устройства 70, поясняющий возможное перемещение второй части 84 первой балки 74 внутри второй части 94 (например, кольцевой части) второй балки 76. Например, при вибрации в трубной конструкции 80 в вертикальном направлении регулируемый груз 72 и первая балка 74 выполняют перемещение в направлении стрелок 110, как показано на фиг.8 и 9. Аналогично, при вибрации в горизонтальном направлении регулируемый груз 72 и первая балка 74 выполняют перемещение в направлении стрелок 112, как показано на фиг.8 и 10. Хотя на фиг.8-10 показано перемещение первой балки 74 только в вертикальном или горизонтальном направлениях, вторая балка 76 (например, кольцевая часть) обеспечивает возможность перемещения в любом боковом направлении относительно оси первой балки 74. Это многонаправленный (например, в пределах 360 градусов) диапазон перемещения первой балки 74 внутри второй балки 76 (например, кольцевой части) обеспечивает возможность подавления энергии колебаний в любом направлении при вибрации трубной конструкции 80.

[0037] Как описано выше, отверстие 100 второй балки 76 может быть выполнено в разных формах для управления подавлением вибраций в различных направлениях. Например, при необходимости большей степени подавления вибраций в определенном направлении вследствие конструктивного исполнения трубной конструкции отверстие 100 может быть выполнено в различной форме, уменьшая вибрацию в определенных направлениях, но позволяя ее в других направлениях. Например, отверстие 100 может быть выполнено в виде овала или прямоугольника. Эти формы обеспечивают возможность больших колебаний в одном направлении, уменьшая их в другом направлении. В других вариантах реализации настоящего изобретения толщина вязкоупругого материала 78 может быть увеличена в определенных местах отверстия 100 или на первой балке 74. Увеличенная толщина способна уменьшить вибрации в определенных направлениях или компенсировать износ вязкоупругого материала 78 вследствие более частых соударений в известных местах.

[0038] На фиг.11 показан вид в разрезе для варианта реализации вязкоупругого материала 78, содержащего несколько слоев. Например, вязкоупругий материал 78 способен содержать несколько слоев (например, от 2 до 10 или больше слоев). В показанном варианте реализации настоящего изобретения вязкоупругий материал 78 содержит шесть слоев 120, 122, 124, 126, 128 и 130. Каждый из этих слоев может быть выполнен из одного и того же вязкоупругого материала или из вязкоупругого материала, отличного от материала в других слоях. В других вариантах реализации настоящего изобретения различные слои могут выполнены из первого вязкоупругого материала, а другие слои могут быть выполнены из второго вязкоупругого материала или невязкоупругого материала. Например, слой 120 может быть отличен от слоев 122, 124, 126, 128 и 130. Слои могут также быть отличными по своим свойствам от других слоев (например, каждый слой может быть отличным на 5-100 процентов по своим вязкоупругим свойствам, коэффициенту подавления и т.д. от другого слоя). Кроме того, толщина слоев может быть отлична (например, с разницей в 1-5 процентов, 1-10 процентов, 1-100 процентов или 1-1000 процентов) от толщины других слоев. Комбинация различных слоев может улучшить подавление вибраций трубной конструкции 80 и/или защиту вязкоупругого материала от повреждения вследствие воздействия экологических факторов и/или соударений.

[0039] Хотя настоящее изобретение может быть восприимчиво к различным модификациям и альтернативным формам, в качестве примера были показаны на чертежах и подробно описаны здесь конкретные варианты реализации изобретения. Однако совершенно понятно, что изобретение не может быть ограничено конкретными раскрытыми формами. Скорее настоящее изобретение нацелено на покрытие всех модификаций, эквивалентных и альтернативных вариантов, соответствующих сущности и объему изобретения, определенных в следующих приложенных пунктах формулы изобретения.

Реферат

Группа изобретений относится к области машиностроения. Система содержит устройство для подавления вибрации. Устройство содержит первую балку, вторую балку и вязкоупругий материал. Первая балка содержит первую концевую установочную часть и первую концевую периферийную часть, содержащую регулируемый груз. Первая балка выполнена с возможностью вибрации с частотой колебаний конструкции, поддерживающей первую балку в первой концевой установочной части. Вторая балка содержит вторую концевую установочную часть и вторую концевую периферийную часть, содержащую кольцо, размещенное вокруг первой балки. Вязкоупругий материал размещен между первой балкой и кольцом и выполнен с возможностью подавления энергии колебаний при вибрации первой балки. Система по второму варианту содержит трубчатый элемент и устройство для подавления вибрации. Устройство содержит L-образную балку, соединенную с трубчатым элементом. Достигается расширение арсенала технических средств. 2 н. и 8 з.п. ф-лы, 11 ил.

Формула