CN102535674A - 基于单摆模型改善输电杆塔抗风稳定性的调质阻尼系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于单摆模型改善输电杆塔抗风稳定性能的调质阻尼系统。本阻尼系统由球体质量块、托架、油压式耗能阻尼器、油压式防撞阻尼器、钢索及缓冲钢环等组成。其中，球体质量块由圆形钢片组成。四组钢索通过托架托住球体质量块的下半部，托架周围设置四组油压式耗能阻尼器，以达到耗能减振的目的。此外，球体质量块摆幅过大时，托架下方的筒状钢棒会撞击缓冲钢环以减缓其运动。调质阻尼系统的性能主要取决于转动惯量的大小，调质阻尼系统与受控系统之间的转动惯量比越大，控制效果越好。本调质阻尼系统适用于不同塔型的输电杆塔，易于安装，能明显改善输电杆塔的抗风稳定性能。

Description

基于单摆模型改善输电杆塔抗风稳定性的调质阻尼系统

技术领域

   本发明涉及一种改善输电杆塔抗风稳定性能的装置，尤其是涉及一种基于单摆模型改善输电杆塔抗风稳定性能的调质阻尼系统。

背景技术

随着电力工业的发展，电网的电压等级不断提高，塔架高度和输电线路档距也随之增加，在风荷载作用下，输电线塔的风振效应更加显著。随着我国特高压电网的建设，同塔多回线路、紧凑型线路、大截面导线等输电新技术的推广应用，输电杆塔大荷载、大型化的发展趋势越发明显。特高压、大跨越以及一些同塔多回线路的杆塔，由于结构高大，风振效应也更为显著。

结构振动控制主要分为被动控制和主动控制两种，被动控制不需要外部输入能量，而是通过减振器来改变结构阻尼、刚度、质量，以减小结构的反应。主动控制是根据结构反应进行分析，接受外接能源，将最优控制施予结构以控制运动和变形。近年来，国内外学者对输电杆塔附加耗能或吸振器件的被动振动控制开展了一些研究。在被动控制中，最常用的是一种调频质量阻尼器(Tuned Mass Damper，简称TMD)，此外还有粘弹性阻尼器、摩擦阻尼器等。国内的研究主要针对大跨越杆塔进行。但目前的研究和应用主要用于杆塔顺风向的弯曲振动的控制，并且大多用于钢管塔。

另外，随着杆塔的大型化，杆塔横担的尺寸也明显变大。杆塔横担的抗扭能力一般较弱，由于风荷载作用引起的两端导线的不平衡张力容易使其发生扭转破坏。

发明内容

本发明所要解决的技术问题，就是提供一种基于单摆模型改善输电杆塔抗风稳定性能的调质阻尼系统，通过单摆球体质量块的摆动来抵减输电线杆塔的弯扭振动能量，保持风振环境下输电线杆塔的稳定性。

解决上述技术问题，本发明采取如下的技术方案：

1、                一种基于单摆模型改善输电杆塔抗风稳定性能的调质阻尼系统，包括球状质量块，其特征是：所述的球状质量块置放于一托架中，所述的托架由均布的四组钢索悬吊在输电杆塔上，所述的托架下方设有一固定在输电杆塔上的底盘，所述的底盘上均布设有四组油压式耗能阻尼器，油压式耗能阻尼器下端固接在底盘上、上端抵住所述的托架。

所述的托架结构为：一上圆环和一下圆形底板，两者通过均布的四条弯曲连接板条连接成一体，所述的上圆环均布有四个吊索孔。

在上述基础上，本发明还可以做进一步的改进：

所述的托架的下圆形底板的底面设有突出的限位棒，所述的底盘上还设有四组油压式防撞阻尼器，四组油压式防撞阻尼器均布地支撑起一个缓冲钢环，并使得所述的限位棒落入缓冲钢环中。

所述的球状质量块由若干圆形钢片叠加组成，从而使球体质量块的质量和半径均可调，满足不同安装环境的要求。

所述的限位棒为筒状钢棒。

本发明中所涉及的调质阻尼系统的减振原理是将输电线杆塔结构的振动能量传递到频率相近的阻尼器中，通过球体质量块的摆动加以耗散，从而达到减小结构振幅的目的。应用被动调质阻尼系统可以很好地改善输电线杆塔在风振环境下的稳定性。

单摆模型调质阻尼系统的性能主要取决于转动惯量的大小，调质阻尼系统与输电杆塔之间的转动惯量比越大，控制效果越好。当转动惯量比高于5.6％时，调质阻尼系统能提高颤振临界风速40％左右。因此，调质阻尼系统能显著地提高输电杆塔的颤振临界风速。本调质阻尼系统对风振引起的弯扭振动具有很好的控制效果，可以应用于不同环境下不同类型的杆塔中。

有益效果：本发明的突出特点是，在输电线杆塔内部安装基于单摆模型改善输电杆塔抗风稳定性能的调质阻尼系统，在结构上易于实现，维护方便，适应性强。该调质阻尼系统对风振引起的弯扭振动具有很好的控制效果，可以应用于不同类型的杆塔中。

附图说明

图1是本发明实施例的组成结构立体示意图；

图2是图1所示实施例的球体质量块托架的主视图；

图3是图1所示实施例的球体质量块托架的俯视图；

图4是图1所示实施例的带有缓冲环的铰接底盘；

图5是应用实例中的杆塔的主视图。

具体实施方式

如图1-5所示，本发明的基于单摆模型改善输电杆塔抗风稳定性能的调质阻尼系统实施例，包括球状质量块1，球状质量块置1放于一托架2中，托架2由均布的四组钢索3悬吊在输电杆塔4上，托架2的下方均布设有四组油压式耗能阻尼器5，油压式耗能阻尼器5的上端抵住托架2，其下端固接一底盘（平台），底盘的四个端点设有铰扣，分别与输电杆塔连接。

球状质量块1由若干圆形钢片叠加组成，从而使球体质量块的质量和半径均可调，满足不同安装环境的要求。

托架2的结构为：一上圆环和一下圆形底板，两者通过均布的四条弯曲连接板条连接成一体，上圆环均布有四个吊索孔用来穿钢索，托架2的下圆形底板的底面设有突出的限位棒6，在输电杆塔上托架2的下方设有底盘7，底盘7通过螺栓与输电杆塔连接，底盘7上设有四组油压式防撞阻尼器8，四组油压式防撞阻尼器8均布地支撑起一个缓冲钢环9，并使得限位棒6落入缓冲钢环中，限位棒为筒状钢棒。

本发明所涉及的调质阻尼系统基于单摆模型，用四组较高强度的钢索通过托架托住球体质量块的下半部，托架周围设置四组油压式耗能阻尼器，以达到耗能减振的目的。此外，为避免强风作用时球体质量块摆幅过大，托架下方安装有筒状钢棒。当球体质量块在强风作用下摆幅过大时，筒状钢棒则会撞击缓冲钢环以减缓质量块的运动。

本发明的基于单摆模型改善输电杆塔抗风稳定性能的调质阻尼系统，其固有频率应与相应杆塔的固有频率相一致，其实现方式是通过调节球体质量块的质量和钢索的长度。

本发明中的基于单摆模型改善输电杆塔抗风稳定性能的调质阻尼系统依据输电杆塔在特定环境下固有频率的不同，通过调节球体质量块的质量和钢索的长度进行频率调节，因此具有广泛的适用性。所述底盘7在输电杆塔的安装位置在此阻尼系统固有频率与相应杆塔的固有频率相一致的基础上确定。

本发明所涉及的调质阻尼系统基于单摆模型，用四组较高强度的钢索通过托架托住球体质量块的下半部，托架周围设置四组油压式耗能阻尼器，以达到耗能减振的目的。此外，为避免强风作用时球体质量块摆幅过大，托架下方安装有筒状钢棒。当球体质量块在强风作用下摆幅过大时，筒状钢棒则会撞击缓冲钢环以减缓质量块的运动。

本发明中，调质阻尼系统的控制效果还与受控器的机构阻尼有关，原结构阻尼越小，控制效果越好，这是因为调质阻尼系统所提供的阻尼值在整个器阻尼值中所占的比重较大。因此，发明中涉及的调质阻尼系统适合于钢结构的输电线杆塔。

本发明中，调质阻尼系统的控制效率在阻尼器质量和阻尼一定的条件下，对阻尼器与受控器之间的频率比非常敏感，只有在最优频率比附近控制效率才达到最优，而此时，阻尼器与受控器之间的最优频率比是受钢索长度影响的。

本发明中，调质阻尼系统的安装位置应根据不同环境不同类型的输电线杆塔具体实际情况而定，尽可能地放在输电线杆塔受控振型的振幅最大区域。

Claims (5)

1.一种基于单摆模型改善输电杆塔抗风稳定性能的调质阻尼系统，包括球状质量块，其特征是：所述的球状质量块置放于一托架中，所述的托架由均布的四组钢索悬吊在输电杆塔上，所述的托架下方设有一固定在输电杆塔上的底盘，所述的底盘上均布设有四组油压式耗能阻尼器，油压式耗能阻尼器下端固接在底盘上、上端抵住所述的托架。

2.根据权利要求1所述的基于单摆模型改善输电杆塔抗风稳定性能的调质阻尼系统，其特征是：所述的托架结构为：一上圆环和一下圆形底板，两者通过均布的四条弯曲连接板条连接成一体，所述的上圆环均布有四个吊索孔。

3.根据权利要求2所述的基于单摆模型改善输电杆塔抗风稳定性能的调质阻尼系统，其特征是：所述的托架的下圆形底板的底面设有突出的限位棒，所述的底盘上还设有四组油压式防撞阻尼器，四组油压式防撞阻尼器均布地支撑起一个缓冲钢环，并使得所述的限位棒落入缓冲钢环中。

4.根据权利要求3所述的基于单摆模型改善输电杆塔抗风稳定性能的调质阻尼系统，其特征是：所述的球状质量块由若干圆形钢片组成。

5.根据权利要求4所述的基于单摆模型改善输电杆塔抗风稳定性能的调质阻尼系统，其特征是：所述的限位棒为筒状钢棒。

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