一种抑制充水管道射流时的管壁振动和管口涡流的装置

摘要

本发明提供一种抑制充水管道射流时的管壁振动和管口涡流的装置，包括减振箱、管口夹具、障板，所述减振箱安装在充水管道的管身位置处，所述管口夹具安装在充水管道的管口位置处，所述障板采用螺栓安装在管口夹具上；本发明能够可靠降低充水管道在射流时因管道内水流冲击管壁或弯头等引起的管壁振动，也能够可靠降低充水管道因水泵工作等引起的管壁振动，同时还能抑制管口涡流的产生。

说明书

技术领域

本发明涉及一种抑制充水管道射流时的管壁振动和管口涡流的装置，属于声学测量领域。

背景技术

水下射流噪声一般是由浸没于水中的充水管道内的水以一定的流速从管口喷出，因快速 喷出的水流与静水之间急剧掺混，两者相互作用而产生的辐射噪声。但是，当水在充水管道 内部进行流动时，受管道内表面粗糙度、弯头、截面积变化等因素影响，使得水流对管壁造 成冲击，激励管壁振动，从而由管壁产生辐射噪声；特别是当射流源为水泵时，水泵中的电 机在运行过程中产生的巨大振动，很容易通过管道传播至水下，即便通过减振措施，也很难 使得管壁的振动降为零，从而使管壁受激振动产生的辐射噪声掺和在水下射流噪声之中，这 严重影响了水下射流噪声的试验研究结果与理论研究结果之间的相互验证。充水管道的减振 器非常多，例如曾胜利用调谐阻尼器进行管路系统减振(见振动、测试与诊断，32(5)，2012)， 陈果设计的用于管道减振的新型动力吸振器(见中国机械工程，25(23)，2014)，上述吸振 器多为单一频率的减振器，对管道的某一阶振动的吸收是非常有效的，对由水流冲击或水泵 等引起的管壁辐射的宽带噪声的衰减作用有限。沈中祥提供的一种舰船管路减振降噪管卡(专 利号：CN203703376U)，林新志提供的一种用于金属管路减振降噪的阻尼套管及包覆方法(专 利号：CN103411089A)，均涉及金属管路的减振器，这两种减振器是阻尼减振器，由于减振 器在设计好之后，阻尼参数是固定的，因此这两种减振器的减振效果也是有限的。

发明内容

本发明的目的是为了能够解决射流噪声测试时，充水管道的管壁振动和管口涡流的问题 而提供一种抑制充水管道射流时的管壁振动和管口涡流的装置。

本发明的目的是这样实现的：充水管道的外表面设置有至少两组减震结构，减振结构与 减振结构之间的距离等于充水管道的外径，每组减振箱的内径等于充水管道的外径，且每组 减振结构包括两个双层半圆柱壳结构的减振箱且两个双层半圆柱壳结构的减振箱通过螺栓固 定连接，每个双层半圆柱壳结构的减振箱内充填铁砂，充水管道伸入至水箱内的管口端设置 有管口夹具，且管口夹具的内径等于充水管道的外径，所述管口夹具的下端安装有圆环形障 板，圆环形障板的内径等于充水管道的外径，且所述圆环形障板的下表面与充水管道的管口 端面齐平，所述充水管道的轴线与水箱内的水面垂直。

本发明还包括这样一些结构特征：

1.所述减振箱的内径与外径之差是充水管道壁厚的十倍。

2.所述圆环形障板的厚度是充水管道壁厚的两倍，圆环形障板的外径是充水管道外径的 三倍。

3.所述减震结构有五组。

4.所述铁砂的粒度范围在0.2mm-2mm之间。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明利用减振箱内部充填铁砂对充水管道的 管身进行抑振，铁砂之间的作用可以等效为法向弹簧阻尼器、回转弹簧阻尼器、相互垂直的 切向弹簧阻尼器和两个切向滑动摩擦器，弹簧阻尼器和滑动摩擦器是联合作用的，当两个铁 砂粒之间的切向力大于静摩擦力时，两个铁砂粒之间即发生相对滑动，这时滑动摩擦器起作 用，弹簧阻尼器不起作用；否则，弹簧阻尼器起作用，滑动摩擦器不起作用，通过将铁砂装 载至双层半圆柱壳的减振箱中，在靠近双层半圆柱壳内侧，贴近充水管道附近处的铁砂粒， 因受到较为强烈的振动作用，此时铁砂粒之间的滑动摩擦器起主要作用，将充水管道的振动 进行衰减，随着远离充水管道，振动开始减弱，此时铁砂粒之间不再发生相对滑动，铁砂粒 之间的弹簧阻尼器起主要作用，由于铁砂兼具弹簧阻尼器和滑动摩擦器的作用，是一种宽带 的减振器，对充水管道辐射的宽频带噪声均具有衰减作用，而且减振箱相对充水管道本身的 质量较大，是一大质量负载，管壁的振动经过五层减振箱进行衰减后，传递到管口的振动将 会有很大的衰减；将充水管道的轴线垂直水面放置，且管口刚刚浸没于水下，由于管口外为 空气，当充水管道内的水快速喷射至水中时，极易在管口附近形成涡流，涡流产生的辐射噪 声易掺混在射流噪声之中，通过在管口处安装一圆环形障板，障板的上表面刚刚浸没于水下， 切断了当充水管道内的水快速喷入水中后形成涡流的路径，避免了涡流的发生。

附图说明

图1是本发明的充水管道放置示意图；

图2是本发明的充水管道抑振装置剖面图；

图3是本发明的减振箱俯视方向示意图；

图4是本发明的管口夹具俯视方向示意图；

图5是本发明障板的俯视方向示意图。

其中：1是充水管道，2是减振箱，21是通孔，22是双头螺柱，23是螺母，3是管口夹 具，31是通孔，32是双头螺柱，33是螺母，4是障板，41是螺栓，5是水面，6是水箱。

具体实施方式

下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步详细描述。

结合图1至图5，一种抑制充水管道射流时的管壁振动和管口涡流的装置，包括充水管 道1、减振箱2，管口夹具3，障板4，两个减振箱2为一组并利用双头螺柱22和螺母23固 定在充水管道1的管身上，管口夹具3利用双头螺柱32和螺母33固定在充水管道1的管口 附近，障板4利用螺栓41固定在充水管道1的管口处。

充水管道1为圆形的不锈钢管，内径为88mm，外径为108mm，长度为2000mm，充水 管道1的一端接射流源，充水管道1的另一端安装减振箱2、管口夹具3和障板4。

减振箱2是双层半圆柱壳结构，无顶盖，在半圆柱壳的两端有接耳，接耳上开有四个通 孔(Φ12)，减振箱2长200mm，内径为108mm，壳体厚度为3mm，减振箱2由铁皮加工制 成，内层壳的内表面和外层壳的外表面之间的径向距离为106mm，将两个减振箱2的内侧贴 到充水管道1的管身上，接耳相对，对齐接耳上的四个通孔，利用双头螺柱22(M10)和螺 母23(M10)紧固，使减振箱2严密贴合在充水管道1上，在减振箱2内充填铁砂，填满后 的铁砂表面与减振箱2的顶端平齐，在充水管道1的管身上共安装五组由两个减振箱2组成 的减振结构，两个减震结构之间的间隔为100mm，两个减振箱2组成的一个减震结构的接耳 所成的连线与其它减振箱结构的接耳所成的连线之间夹角为72度，也即减振结构的接耳交错 排列。

管口夹具3为半圆环结构，厚度为20mm，内径为108mm，外径为208mm，即内、外圆 环的径向距离为100mm，在管口夹具3的两端有接耳，接耳上开有通孔，在管口夹具3上开 有通孔(Φ12)，通孔的中心与障板4上的螺纹孔中心是对齐的，将两个管口夹具3贴在充水 管道1的管口附近，管口夹具3所组成的平面距管口平面的距离为障板4的厚度，将管口夹 具3的接耳相接，对齐接耳上的通孔，利用双头螺柱32(M10)和螺母33(M10)紧固，使 管口夹具3紧固在充水管道1的管口处；

障板4为圆环结构，厚度为20mm，内径为108mm，外径为324mm，在障板4上开有螺 纹孔(M10)，螺纹孔的中心与管口夹具3上的通孔中心是对齐的，将障板4放置在充水管道 1的管口附近，利用螺栓41(M10)通过管口夹具3上的通孔后，将障板4紧固在管口夹具3 上，此时障板4的下表面与管口的平面是平齐的；

减振箱2充填的铁砂，粒度范围在0.2mm-2mm之间；

本发明利用减振箱2内充填铁砂对充水管道射流时所造成的管壁振动进行抑制，减振箱 2内的铁砂具有弹簧阻尼器和滑动摩擦器的作用，对充水管道的管壁振动进行衰减；充水管 道内部为水，外部为空气，减振箱2还兼具大质量负载的作用，这也对管壁的振动进行了很 好地衰减；采用管口夹具3和障板4阻止了充水管道射流时形成的管口涡流；当管口紧贴水 面放置时，由于水面上是空气，管口此时的辐射阻抗要小于充水管道完全浸没于水下时的辐 射阻抗，由于使得管口的辐射阻抗降低，使得管口的声辐射较充水管道完全浸没于水下时降 低了很多，这减少了管壁振动对射流噪声的影响。

一种抑制充水管道射流时的管壁振动和管口涡流的装置，包括减振箱、管口夹具、障板， 所述减振箱安装在充水管道的管身；所述管口夹具安装在充水管道的管口；所述障板安装在 管口夹具上；所述减振箱为双层半圆柱壳结构，无顶盖，内部充填铁砂，减振箱的内径与充 水管道的外径是相同的，减振箱的外侧带有接耳，接耳上有螺栓通孔，两个减振箱可以由螺 栓紧固成减震结构并位于充水管道的外部，双层圆柱壳的外、内半径差为管壁厚度的十倍； 所述管口夹具为半圆环结构，开有三个螺栓通孔，管口夹具的内径与充水管道的外径是匹配 的，管口夹具的外侧带有接耳，接耳上有螺栓通孔，可以由螺栓紧固；所述障板为圆环结构， 内环的直径跟充水管道的外径是相同的，障板上开有螺纹孔，障板上的螺纹孔中心跟管口夹 具上的螺栓通孔中心是对齐的，障板的厚度为管壁厚度的两倍，障板的外径为管口直径的三 倍；所述减振箱安装在充水管道的管身上，共安装五对，两个减振箱之间的间隔为管口的外 径长度，所述管口夹具安装在充水管道的管口，与管口平面的距离为障板的厚度，障板以螺 栓固定的方式安装在管口夹具上，障板的下表面与管口平面平齐；所述充水管道的轴线垂直 于水面，障板的上表面刚刚浸没于水下；

一种抑制充水管道射流时的管壁振动和管口涡流的装置，包括减振箱、管口夹具、障板， 所述减振箱安装在充水管道的管身位置处，所述管口夹具安装在充水管道的管口位置处，所 述障板采用螺栓安装在管口夹具上；充水管道为圆形钢管；充水管道的轴线垂直于水面，管 口紧贴水面放置；减振箱是双层半圆柱壳结构，一端无盖，双层半圆柱壳结构的两端有接耳， 接耳上有通孔，采用双头螺柱和螺母将减振箱安装在管身上，在减振箱内部充填铁砂；管口 夹具为半圆环结构，半圆环结构上开有螺栓通孔，半圆环结构的两端有接耳，接耳上有通孔， 采用双头螺柱和螺母将管口夹具安装在管口附近；障板上开有螺丝孔，螺丝孔的中心与紧固 的管口夹具螺栓通孔中心是对齐的，采用螺栓将障板安装在管口夹具上；障板的一个表面与 管口的平面是平齐的；减振箱的内径与管的外径是一致的，管口夹具的内径和管的外径是一 致的，障板的内径和管的外径是一致的；减振箱的外、内径之差为管壁厚度的十倍，障板的 厚度为管壁厚度的两倍，障板的外径为管口外径的三倍。

本发明公开了一种抑制充水管道射流时的管壁振动和管口涡流的装置，包括减振箱、管 口夹具、障板，所述减振箱安装在充水管道的管身位置处，所述管口夹具安装在充水管道的 管口位置处，所述障板采用螺栓安装在管口夹具上；该抑制充水管道射流时的管壁振动和管 口涡流的装置，能够可靠降低充水管道在射流时因管道内水流冲击管壁或弯头等引起的管壁 振动，也能够可靠降低充水管道因水泵工作等引起的管壁振动，同时还能抑制管口涡流的产 生。