一种半主动管路隔振器
本发明涉及管路隔振，特别是涉及一种半主动管路隔振器。
背景技术：
1、随着建筑、船舶等结构物内部的管路振动噪声控制要求越来越高，作为主要控制技术的管路隔振技术以及相关产品需求越来越迫切。在一般的管路系统中，管路需要通过马脚、管路支架和吊架等支撑结构为管路系统提供支撑，对于有一定隔振要求的管路，通过增加弹簧，实现一定的隔振效果，但是在对管路振动控制要求严格的船舶等特殊应用领域，需要安装管路隔振器，以降低管路系统振动通过支撑结构向安装基础的传递。
2、现有管路隔振器大致可分为三类方式：
3、第一类是弹性元件和质量块连接构成的被动隔振器，这类隔振器结构简单、构件数量少，并且成本低，但是在安装后隔振器的系统固有特性无法进行调整，对于远高于隔振器固有频率的高频振动具有很好的隔振效果，但是对于接近或低于隔振器固有频率的低频振动的隔振效果差，甚至不能发挥隔振效果。
4、第二类是完全主动隔振器，其原理是在被动隔振的基础上通过作动器并联或替代系统中的部件，以初级振源的振动信息为输入，根据一定的控制策略以作动器为次级振源对被控对象施加主动控制力，使其在要求的部位产生的振动响应与原激励的振动响应相抵消。这类隔振器可以根据系统的振动输入特性调节作动器的输出，因此隔振器的隔振效果更好、变工况适应性好。但是完全主动隔振器的部件数量多、结构复杂、价格高，并且主动隔振器又称有源隔振器，需要外部供电，能耗较高。
5、第三类是在被动隔振的基础上通过实时调节系统中某些零部件的刚度和惯性，可以改变系统的固有频率和特性的半主动隔振器。半主动隔振器根据系统输入的变化和对系统输出的要求，实时调节系统中某些环节的刚度、惯性以及阻尼特性，从而使系统能获得优良的动力学特性。但现有半主动隔振器的工作原理是基于线性隔振原理，固有频率不能无限小，对于远高于隔振器固有频率的高频振动具有很好的隔振效果，但是对于接近或低于隔振器固有频率的低频振动的隔振效果差，甚至会将振动的响应放大。
6、综上所述，现有管路隔振器中，完全主动隔振器虽然隔振效果好、变工况适应性好，但是结构复杂、价格高、能耗较高；而被动隔振器和半主动隔振器虽然结构简单、成本低、能耗低，但均是基于线性隔振原理，在低频区域隔振效果受固有频率限制。因此，有必要提出一种新型的管路隔振器，以解决上述现有技术存在的问题。
技术实现思路
1、本发明的目的是提供一种新型的半主动管路隔振器，其通过对由管路向安装基础的振动传播路径进行非线性调制，能够将低于隔振器固有频率的振动能量分散到隔振器的工作频率范围内，从而实现对管路振动的控制，以解决上述现有管路隔振器基于线性隔振原理，在低频区域隔振效果受固有频率限制的难题。
2、为实现上述目的，本发明提供了如下方案：
3、本发明提供一种半主动管路隔振器，包括：
4、非线性调制单元，包括作动器和开关调制电路，所述开关调制电路与所述作动器中的线圈连接形成回路，所述作动器的动子用于与被隔振管路连接，所述开关调制电路能够在所述动子传递来管路低频振动时，在所述低频振动的一个振动周期内对所述回路的通断状态进行数次往复切换，以对所述低频振动进行非线性调制，并使所述低频振动分解为多个高频振动；
5、被动隔振单元，设置于所述作动器下方，所述被动隔振单元包括由下至上依次设置的底座、弹性元件和质量块，所述底座用于与安装基础连接，所述质量块与所述作动器相连，所述被动隔振单元用于抑制所述被隔振管路的高频振动以及由所述低频振动分解形成的高频振动。
6、可选的，所述作动器为电动作动器或电磁作动器。
7、可选的，所述作动器为电磁作动器，其包括：
8、外壳，其底部与所述质量块相连；
9、电磁组件，设置于所述外壳内，所述电磁组件包括内磁钢、外磁钢、永磁体和所述线圈，所述内磁钢套装于所述外磁钢的内圈，所述永磁体套装于所述内磁钢和所述外磁钢之间，所述线圈活动套装于所述内磁钢和所述外磁钢之间，且所述线圈位于所述永磁体上方；
10、所述动子，活动插装于所述内磁钢的内圈，并与所述线圈相连，所述动子能够在管路振动作用下带动所述线圈在由所述内磁钢、所述外磁钢和所述永磁体构成的磁路中往复运动，以使所述线圈切割磁感线产生电流，所述动子和所述外壳在电流和磁场双重作用下产生相互作用力。
11、可选的，所述动子和所述外壳中至少一者的材质为不锈钢；或者，所述动子和所述外壳中至少一者的材质为碳纤维。
12、可选的，所述动子上开设有供所述线圈的导线贯穿的通孔。
13、可选的，所述开关调制电路包括阻抗电路、场效应管和开关信号发生电路，所述阻抗电路、所述场效应管和所述线圈连接形成所述回路，所述开关信号发生电路与所述场效应管相连，所述开关信号发生电路能够控制所述场效应管在断开状态和联通状态之间切换，以对所述回路的通断状态进行切换。
14、可选的，所述场效应管为金属-氧化物半导体场效应管；所述开关信号发生电路为具有555定时器的振荡器。
15、可选的，还包括用于连接所述被隔振管路的管箍，所述管箍与所述动子的顶端相连。
16、可选的，所述管箍包括下管箍座、上管箍和紧固螺栓，所述上管箍和所述下管箍座对接，所述紧固螺栓依次贯穿所述上管箍和所述下管箍座后与所述动子螺纹连接。
17、可选的，所述管箍的内圈还设置有软垫片。
18、可选的，所述软垫片为橡胶片。
19、可选的，所述弹性元件为橡胶块。
20、可选的，所述质量块上设置有两组所述非线性调制单元，两组所述非线性调制单元的两个所述动子对称连接在所述管箍的两侧。
21、本发明相对于现有技术取得了以下技术效果：
22、本发明提出的半主动管路隔振器，包括上下层布置的非线性调制单元和被动隔振单元，非线性调制单元包括作动器和开关调制电路，开关调制电路与作动器中的线圈连接形成回路，作动器的动子用于与被隔振管路连接，开关调制电路能够在动子传递来管路低频振动时，在低频振动的一个振动周期内对回路的通断状态进行数次往复切换，以对低频振动进行非线性调制，并使低频振动的能量分解为多个高频振动的能量；被动隔振单元设置于作动器下方，被动隔振单元包括由下至上依次设置的底座、弹性元件和质量块，质量块与作动器相连，被动隔振单元用于抑制被隔振管路的高频振动以及由低频振动分解形成的高频振动。上述半主动管路隔振器，不用向非线性调制单元馈入能量，通过开关调制电路的非线性调控作用可以将一个低于隔振器固有频率的振动调制为多个高于隔振器固有频率的振动，并利用被动隔振单元的隔振特性，降低管路振动向安装基础的传递，从而达到高效隔振的目的。
23、上述半主动管路隔振器，通过对管路振动非线性调制并抑制管路振动向安装基础传递，实现了良好管路隔振效果；该半主动管路隔振器不仅突破了现有隔振器对低频振动隔振效果受限的难题，同时，上层的非线性调制单元具备传统半主动隔振器价格低、能耗小等特点，下层的被动隔振单元又具备传统被动隔振器构件简单、体积小、成本低等优势，从而形成了一套结构简单、空间体积小、能耗低、成本低、隔振效果好且适用于多种振动工况的隔振体系，能够满足现有建筑、船舶等管路系统结构复杂、空间限制、振动控制要求高的特点。
技术特征：
1.一种半主动管路隔振器，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的半主动管路隔振器，其特征在于，所述作动器为电动作动器或电磁作动器。
3.根据权利要求2所述的半主动管路隔振器，其特征在于，所述作动器为电磁作动器，其包括：
4.根据权利要求3所述的半主动管路隔振器，其特征在于，所述动子和所述外壳中至少一者的材质为不锈钢；或者，所述动子和所述外壳中至少一者的材质为碳纤维。
5.根据权利要求3所述的半主动管路隔振器，其特征在于，所述动子上开设有供所述线圈的导线贯穿的通孔。
6.根据权利要求1～5任意一项所述的半主动管路隔振器，其特征在于，所述开关调制电路包括阻抗电路、场效应管和开关信号发生电路，所述阻抗电路、所述场效应管和所述线圈连接形成所述回路，所述开关信号发生电路与所述场效应管相连，所述开关信号发生电路能够控制所述场效应管在断开状态和联通状态之间切换，以对所述回路的通断状态进行切换。
7.根据权利要求6所述的半主动管路隔振器，其特征在于，所述场效应管为金属-氧化物半导体场效应管；所述开关信号发生电路为具有555定时器的振荡器。
8.根据权利要求1～5任意一项所述的半主动管路隔振器，其特征在于，还包括用于连接所述被隔振管路的管箍，所述管箍与所述动子的顶端相连。
9.根据权利要求8所述的半主动管路隔振器，其特征在于，所述管箍包括下管箍座、上管箍和紧固螺栓，所述上管箍和所述下管箍座对接，所述紧固螺栓依次贯穿所述上管箍和所述下管箍座后与所述动子螺纹连接。
10.根据权利要求8所述的半主动管路隔振器，其特征在于，所述质量块上设置有两组所述非线性调制单元，两组所述非线性调制单元的两个所述动子对称连接在所述管箍的两侧。
技术总结
本发明公开一种半主动管路隔振器，包括上下层布置的非线性调制单元和被动隔振单元，非线性调制单元通过设置开关调制电路与作动器中的线圈连接形成回路，可对管路振动非线性调制并抑制管路振动向安装基础传递，实现了良好管路隔振效果；该半主动管路隔振器不仅突破了现有隔振器对低频振动隔振效果受限的难题，同时，上层的非线性调制单元具备传统半主动隔振器价格低、能耗小等特点，下层的被动隔振单元又具备传统被动隔振器构件简单、体积小、成本低等优势，从而形成了一套结构简单、空间体积小、能耗低、成本低、隔振效果好且适用于多种振动工况的隔振体系，能够满足现有建筑、船舶等管路系统结构复杂、空间限制、振动控制要求高的特点。
技术研发人员：赵晓臣,张世祺,张新玉,国杰,曹贻鹏,刘晨,杨洁
受保护的技术使用者：哈尔滨工程大学
技术研发日：
技术公布日：2024/9/23