Материал: Исследование и расчет виброопор трубопроводов

короткие замыкания и провалы энергоснабжения, аварийные отключения электропитания работающих насосных агрегатов;

срабатывание обратных клапанов, быстрое закрытие или открытие предохранительной или запорно-регулирующей арматуры;

сбои автоматизированных систем управления технологическими процессами, ложные срабатывания технологических защит;

периодические остановы, повторные пуски а также коммутационные переключения насосов;

ошибочные действия обслуживающего персонала и т.п.

.3 Классификация методов защиты от вибрации

Основным источником вибраций трубопроводов нагнетательных установок в большинстве случаев является пульсирующий поток газа. При одновременной асинхронной работе нескольких машин часто возникают мгновенные высокие давления на выходе цилиндров. Высокие давления наблюдаются при крутых углах поворота трубопроводов с пульсирующим потоком. Пульсация давления газа снижает пропускную способность трубопровода, что уменьшает производительность установок. Пульсация газа в нагнетательном трубопроводе может привести к увеличению расхода мощности агрегата, поскольку образуются стоячие волны, увеличивается среднее давление в момент выброса очередной порции газа из цилиндра компрессора. Возникающая неравномерная работа клапанов приводит к ускоренному их износу. Стоячие волны создаются при отражении периодических импульсов газа от переходов, отводов, тройников, колен и т. п. Эти импульсы особенно опасны в условиях акустического резонанса, когда число импульсов от компрессора в секунду находится в таком соотношении с длиной участка трубопровода между компрессором и плоскостью отражения, что на нем укладывается целое число четвертей длины волны давления. Пульсации давления газа в трубопроводе приводят к преждевременному износу контрольно-измерительной аппаратуры и нарушению точности ее показаний. Погрешность показаний расходомеров, как и манометров, нередко достигает значительных величин. Пульсации газа оказывают прямое влияние на прочность компрессора, присоединенных к ним конструкций и оборудования: газоочистителей, теплообменников, змеевиков холодильников, строительных конструкций. Пульсации газа в ряде случаев приводят к возникновению недопустимых вибрации надземных трубопроводов. Вибрации трубопроводов достигают значительных величин, являются серьезной помехой в работе компрессорных станций и служат причиной разрушения коммуникации. Частота вибрации трубопроводов зависит от величины давления газа и частоты пульсирующего потока, типа опор и расстояния между ними, жесткости трубопровода, его веса и пр. Для ослабления вибраций существенное значение имеет исключение резонансных режимов, т. е. отстройки собственных частот агрегата и его отдельных узлов и деталей от частоты вынуждающей силы.

Снижение вибрации в источнике ее возникновения достигается путем уменьшения силы, которая вызывает колебание. Поэтому еще на стадии проектирования следует выбирать кинематические схемы, в которых динамические процессы, вызванные ударами и ускорением, были бы исключены или снижены. Снижение вибрации может быть достигнуто уравновешиванием массы, изменением массы или жесткости, уменьшением технологических допусков при изготовлении и сборке, применением материалов с большим внутренним трением. Большое значение имеет повышение точности обработки и снижение шероховатости трущихся поверхностей.

Для ослабления вибраций существенное значение имеет предотвращение резонансных режимов работы с целью исключения резонанса с частотой принуждающей силы. Собственные частоты отдельных конструктивных элементов определяются расчетным методом по известным значениям массы и жесткости или же экспериментально на стендах.

Резонансные режимы при работе технологического оборудования устраняются двумя путями: изменением характеристик системы (массы или жесткости) или установлением другого режима работы (наладка резонансного значения угловой частоты принуждающей силы).

Вибродемпферование - этот метод снижения вибрации реализуется путем превращения энергии механических колебаний колебательной системы в тепловую энергию. Увеличение расхода энергии в системе осуществляется за счет использования конструктивных материалов с большим внутренним трением: пластмасс, металлорезины, сплавов марганца и меди, никелетитанових сплавов, нанесения на вибрирующие поверхности слоя упруговязких материалов, которые имеют большие потери на внутреннее трение. Наибольший эффект при использовании вибродемпферных покрытий достигается в области резонансных частот, поскольку при резонансе значение влияния сил трения на уменьшение амплитуды возрастает.

Наибольший эффект вибродемпферные покрытия обеспечивают при условии, что протяженность вибродемпферного слоя соразмерна с длиной волны изгиба в материале конструкции. Покрытие необходимо наносить в местах, где генерируется вибрация максимального уровня. Толщина вибродемпферных покрытий принимаются равной 2-3 толщинам элемента конструкции, на которую оно наносится.

Тип виброизолятора выбирается в зависимости от массы, частоты колебаний, предполагаемого числа изоляторов и требуемого снижения уровня вибраций.

Вибродемпфирующие свойства материалов определяются величиной коэффициента потерь.

Чем выше коэффициент потерь, тем большего эффекта вибродемпфирования можно достичь:

путем изготовления колеблющихся объектов из материалов с высоким коэффициентом потерь, т.е. из сплавов на основе систем Cu-Ni, Ni-Co, а также из пластмасс, дерева, резины, капрона, текстолита;

нанесением на колеблющиеся объекты материалов с высоким коэффициентом потерь.

Действие таких покрытий основано на ослаблении вибраций путем перевода колебательной энергии в тепловую при деформациях покрытия.

Вибропоглощающие покрытия по своим упругим свойствам делятся на жесткие и мягкие.

К жестким покрытиям (Е1 = 108...109 Па) относятся твердые пластмассы, рубероид, изол, битумизированный войлок, фольга, гидроизол, стеклоизол, фольгоизол, и другие материалы.

К мягким вибродемпфирующим покрытиям (Е < 108 Па) относятся мягкие пластмассы, материалы типа резины (пеноэласт, технический винипор), отдельные виды пластиков и пенопластмасс.

Для вибрирующих объектов сложной конфигурации, где невозможно использовать листовые вибродемпфирующие покрытия, применяют мастики (коэффициент потерь от 0,3 до 0,45).

Их применяют для снижения вибрации в вентиляционных системах, трубопроводах, насосах, центробежных компрессорах.

Оптимальная толщина покрытия должна быть равна двум-трем толщинам демпфируемого элемента конструкции.

Хорошо демпферируют колебания смазочные материалы. Слой смазки между двумя сопряженными элементами устраняет возможность их непосредственного контакта.

Виброгашение - для динамического гашения колебаний используются динамические виброгасители: пружинные, маятниковые, эксцентриковые, гидравлические. Недостатком динамического гасителя является то, что он действует только при определенной частоте, которая отвечает его резонансному режиму колебаний.

2. Типы устройств защиты трубопроводов от вибрации

.1 Виды виброопор

Трубопроводные опоры выступают обязательными конструктивными элементами всей инженерной системы, которая может использовать в различных целях, в зависимости от сферы деятельности. Трубопроводные системы находят свое применение в судостроении. Но для гарантии безопасности монтажа и будущей эксплуатации трубопроводных систем не обойтись без специальных крепежных и фиксирующих элементов, благодаря чему удается обеспечить целостность, прочность и надежность инженерных коммуникаций.

Опоры трубопроводов как раз призваны выполнять данную функцию, выступая в роли крепежа для трубных линий, тем самым облегчая все монтажные процедуры и гарантируя точный и эффективный результат. Использование высококачественной углеродистой стали позволяет создать действительно прочные и стойкие крепежные конструкции, а благодаря тому, что сырьем может выступать низколегированная сталь, опоры трубопроводов допустимо эксплуатировать в экстремальных условиях, в частности при низком температурном показателе.

Опоры трубопроводов могут также выполнять дополнительную функцию, принимая на себя все нагрузки, которые испытывает трубопроводная система, а это повышает надежность самих коммуникаций и гарантирует их долговечную эксплуатацию.

Место установки трубопроводных опор - это участки рядом с запорной арматурой или возле соединительных деталей трубопровода. Конструкция и габариты крепежных агрегатов позволяют полностью охватить диаметр трубы, оказывая поддержку нижней, верхней и боковым частям линии. Кроме того, следует учитывать соответствие трубопровода и его опоры, что подразумевает использование одинакового типа и сорта материала для их изготовления.

Как правило, на практике используют углеродистую сталь для таких изделий, а у нас вы всегда сможете заказать опоры трубопроводов наилучшего качества и по доступной цене.

Стальные опоры трубопроводов выдерживают режим эксплуатации от - 50 до +50 градусов, демонстрируя стойкость и прочность конструкции.
Если вас интересуют неподвижные опоры, которые можно использовать в более экстремальных и жестких условиях, тогда для производства изделий применяется низколегированная сталь различных марок. Вся продукция отвечает высшим критериям качества, соответствуя требованиям государственных стандартов, что определяет универсальность, практичность и надежность таких крепежных деталей.

Без опор трубопроводов трудно представить себе функционирование тепловых и других инженерных систем, поскольку с помощью таких изделий можно быстро разгрузить сами трубы и уменьшить нагрузку на грунтовую поверхность.

При строительстве любых наземных трубопроводов необходимо закрепить трубопровод посредством опоры к фундаменту. На опору трубопроводов как и на сам трубопровод воздействую различные напряжения и силы и важно, чтобы опоры трубопроводов были прочными и технологичными.

Виброопоры предназначены для защиты от вибрации и ее последствий. У виброопор много названий:

виброизоляторы,

амортизаторы,

демпферы,

демпферные подушки,

виброгасители,

виброизолирующие или виброгасящие опоры,

эластомерные пружины.

Виброопоры ОВ - это специальные опорные конструкции, которые устанавливаются под оборудование с целью:

Изолировать вибрации различного происхождения;

Снизить уровень шума;

Поглотить возникшие колебания и др.

Понять принцип действия виброопор поможет знание их конструкции. Они состоят из круглого корпуса, основанием которого является металлическая подушка чуть меньшего диаметра с противоскользящей поверхностью. В верхнюю часть корпуса вкручивается металлическая шпилька с гайкой. Выкручивая её - увеличиваем высоту опоры; закручивая - уменьшаем. Используя это свойство можно установить или выровнять по горизонтали станки и другие производственные механизмы.

Виброизоляция устройств выполняется путем их монтажа на виброизоляторы (упругие элементы, обладающие малой жесткостью) и установки гибких вставок между вибрирующим оборудованием и системой трубопроводов и коммуникаций, а также мягких прокладок для трубопроводов и коммуникаций в точках прохождения их через различные конструкции и в местах закрепления к конструкциям.

С целью снижения вибрации и шума, желательно монтировать на виброизоляторах пружинных, при этом следует учитывать, что пружинные виброизоляторы надежны в работе и долговечны, но неэффективно уменьшают вибрации на высоких частотах, а резиновые виброизоляторы успешно борются с вибрациями высоких частот, но имеют низкую степень виброизоляции на низких частотах, к тому же они недолговечны. Для обеспечения эффективной виброизоляции можно рекомендовать устанавливать пружинные виброизоляторы на резиновых или пробковых прокладках, имеющих толщину 10-20 мм, и прилегающих к опорной поверхности.

Рисунок 4. Виброизолятор пружинный (1 - пружина, 2 - основание)

Виброизолятор - виброизолирующее устройство для отражения и поглощения волн колебательной энергии, распространяющихся от работающего механизма или электрооборудования, за счет использования эффекта виброизоляции.

Рисунок 5. Виброизоляционный хомут для труб

- верхняя половина, 2 - нижняя половина, 3- узел укрепления,

- основание, 5 - металлическая подушка

Виброизоляция осуществляется путем установки источника вибрации на виброизоляторы. В коммуникациях воздуховодов располагают гибкие вставки. Применяются упругие прокладки в узлах крепления воздуховодов, в перекрытиях, в несущих конструкциях зданий, в ручном механизированном инструменте.

Виброизоляция - искусственно создающее препятствие для распространения колебаний в разные стороны.

Они способны нейтрализовать случайно возникшие колебания и стационарные вибрации. Количество использования виброопор на единицу оборудования зависит от характеристик каждой модели. Например, виброопора ОВ-31 способна выдержать нагрузку массой от 200 до 4000 кг. Чаще всего её используют для работы станков с жёсткими станинами. Преимущество её применения в том, что для установки не обязательно предварительное устройство фундамента и проведение подготовки оборудования. Но лучше всё-таки использовать относительно ровную и твёрдую или достаточно плотную поверхность.

Для снижения вибрации применяются также ударные виброгасители маятникового, пружинного и плавающего типов. В них осуществляется переход кинетической энергии относительного движения элементов, которые контактируют, в энергию деформации с распространением напряжений из зоны контакта по элементам, которые взаимодействуют. Вследствие этого энергия распределяется по объему элементов виброгашения, которые претерпевают взаимные удары, вызывая их колебание. Одновременно происходит рассеивание энергии вследствие действия сил внешнего и внутреннего трения. Маятниковые ударные виброгасители используются для гашения колебаний частотой 0,4-2 Гц, пружинные - 2-10 Гц, плавающие - более 10 Гц.

Виброгасители камерного типа предназначены для превращения пульсирующего потока газа в равномерный. Такие виброгасители устанавливаются на всасывающей и нагнетательной сторонах компрессоров, на гидроприводах. Они обеспечивают значительное снижение уровня вибрации трубопроводов.

Динамическое виброгашение достигается также установлением агрегата на массивном фундаменте. Масса фундамента подбирается таким образом, чтобы амплитуда колебаний подошвы фундамента не превышала 0,1-0,2 мм.

Виброизоляция состоит в снижении передачи колебаний от источника возбуждения к объекту, который защищается, путем введения в колебательную систему дополнительной упругой связи. Эта связь предотвращает передачу энергии от колеблющегося агрегата к основе или от колебательной основы к человеку или к конструкциям, которые защищаются.

Основное предназначение антивибрационных вставок предотвратить передачу вибрации, шума механических напряжений по трубопроводным системам, применяются также как компенсаторы при различных деформациях (температурных, линейных и угловых). Используются в системах отопления и кондиционирования для компенсации тепловых удлиненый и сжатий трубопроводов, в системах водоснабжения для предотвращения передачи механических колебаний от установок повышения давления по трубопроводам системы, а также для защиты насосного оборудования и насосных станций от механического воздействия присоединенных к ним трубопроводов. Компенсаторы предназначены также для снижения или предотвращения гидравлических ударов. Их применение значительно увеличивает срок службы системы в целом. По способу подсоединения к системе вибровставки или компенсаторы подразделяются на муфтовые и фланцевые. В качестве рабочей среды в трубопроводах, где используются муфтовые и фланцевые вибрационные вставки, может быть вода, пар, воздух, газ, нефтепродукты, пищевые продукты.