CN102853021A - 一种应用于输电杆塔基于高分子材料的双向弹性阻尼器 - Google Patents

Abstract

一种应用于输电杆塔基于高分子材料的双向弹性阻尼器，其特征是：包括活塞缸组件，所述的活塞缸组件的缸筒内的活塞前腔和后腔充满高分子阻尼材料，所述的缸筒外身设有散热结构，其为多条环状凸楞。本发明目的在于克服现有技术的缺点，提高输电杆塔在台风、地震等自然灾害环境下的安全性与可靠性，为电网在恶劣环境下安全、稳定地运行提供有力保障。本发明的双向弹性阻尼器中的阻尼材料，具有非常高的粘性、强压缩性，能有效消减各种频率、振幅的振动，同时能迅速吸收激扰型冲击能量，对于普通液压阻尼器无法解决的风载等高幅低频振动及外部干扰引起的高频低幅振动，均可起到明显减振作用，具备弹簧拉杆、液压阻尼器共同使用的双重效果。

Description

一种应用于输电杆塔基于高分子材料的双向弹性阻尼器

技术领域

本发明涉及一种阻尼器，尤其是涉及一种应用于输电杆塔的基于具有非常高的粘性、强压缩性高分子材料双向弹性阻尼器。

背景技术

电力工程是关系国计民生的重要基础产业和公用事业，电力的安全、稳定和充足供应，是国民经济全面协调、可持续发展的重要保障条件。输电线路，尤其是高电压等级的架空输电线路，是电力系统的命脉，其运行状况的好坏直接影响着电网的安全、稳定运行。所以架空输电线路的运行维护和管理工作至关重要，尤其是在台风、冰雪天气条件下，保障架空输电线路的正常稳定运行更是重中之重。

近年来，输电工程结构频繁受到雪灾、台风、地震等的侵袭，各种动力破坏给电网工程结构造成的损失日益加剧，基于此，应用于输电杆塔减振控制和阻尼技术的发展在近些年取得了较快发展。

近年来有机杂化阻尼材料作为一种新型阻尼材料引起了广大研究者的关注，这类杂化材料通常是由氯化聚乙烯(CPE)、氯化聚丙烯(CPP)、丙烯酸醋橡胶(ACM)等极性高分子和一些功能性有机小分子物质，如硫化促进剂DZ、受阻酚抗氧剂AO-80和AO-60等组成的。研究表明，向CPE、CPP、ACM、NBR等极性高分子中添加大量功能性有机小分子后通过相分离构造的动态控制和氢键的积极利用，可得到具有高阻尼性能的高分子/小分子杂化材料，而且可通过改变小分子的添加量对杂化体系的阻尼峰位置加以调控。这些研究提出了一种基于氢键的利用来开发高阻尼材料的新理念。

日本研究人员研制出一种新型黏弹性超级橡胶。据称，这种基于碳纳米管的材料可以像蜂蜜一样流动，像橡皮一样伸缩。这种新材料是由单层、双层和三层碳纳米管随机相连构成的网状结构制成的，研究人员说这种随机连接类似于一团头发。每个碳纳米管都与其他许多碳纳米管相互连接。研究人员认为，这种材料非比寻常的韧性来自于复杂的网状连接—工作原理类似于弹簧产生弹力，以及碳纳米管在这些连接处开开合合造成的能量散失。尽管目前生产适合于大众消费的超级橡胶的成本依然高得惊人，但此阻尼材料的问世，为基于新型材料的阻尼器的发展注入了新的活力。

目前流体阻尼技术是一种性能较为可靠的减振控制方法，它基于空隙流动的原理，通过调节变截面孔隙的大小，从而调节阻尼系数的取值范围，具有较好的减振耗能效果。而且，近年来以磁流变液为代表的智能材料的出现为阻尼技术的发展注入了新的生机，它将屈服流体阻尼技术与主动控制的策略相结合，已经逐渐在各种减振领域发挥了很大的应用价值，但是目前市场上磁流变液阻尼器件绝大多数都需要电源控制，而且往往需要稳定的低压直流电源，这在输电杆塔的灾害性破坏作用下是难以保证的。另一方面，由于台风、地震等灾害的破坏作用往往事先难以预测估计，而此阻尼器性能的有效发挥又能很大程度依赖于外界控制系统的决策和驱动，因此对整个系统都有非常高的要求。这使得这种阻尼器在输电杆塔方面的应用一直难以实现突破性的进展。

现有的，应用于输电杆塔的阻尼器很多为基于流体的阻尼器，由于是通过往机壳内冲入粘性流体、利用粘性流体的流动阻力来获得阻尼效果，因此，粘性流体成了必须的介质。粘性流体的引入，使得为整个装置设计防止流体泄漏的密封部件成为必须的环节，然而，无论密封的多么好，也必然会导致附着在机体上的流体等泄漏到外部。因此，要使流体漏量真正地达到零，实际上近乎不可能。

从另一方面来讲，虽然流体漏量达到零实际上近乎不可能，但为更好地满足实用要求，则势必使流体漏量无限地趋近于零，这就必须得提高密封结构的精度。然而，存在的问题是：密封结构的精度越高，使得成本大幅提高，这样就很大程度地限制了其广泛的应用。此外，如要在不提高密封精度的情况下满足密封要求，则势必要加大密封的紧固力。但是，密封紧固力越大，摩擦力越大，使得阻尼器的滑动性受阻，也对阻尼器产生了不良影响。因此，现有的基于粘性流体的阻尼器，存在着不仅其用途有限、而且无法避免其制造成本大幅增加的问题。

另一方面，为弥补现有的基于粘性流体阻尼器的泄漏的缺点，现在已经公知的有将气体冲入气缸内的气体阻尼器。但是，如果该气体阻尼器也漏气的话，则阻尼器几乎达不到阻尼效果，而且，要完全防止粒子极小的气体等的泄漏比防止流体泄漏更加困难。因此，这种气体阻尼器，即便结构上没有缺陷，但因存在漏气问题而极大地限制了其应用环境。此外，气体阻尼器，因气体等的压缩性强等原因，具有灵敏度差于油阻尼器的特性。

综上所述，现有技术的现状是：基于流体的阻尼器使用寿命较长，可以获得较大的阻尼力，但其因泄漏而引起的成本大幅提升问题，大大限制了其广泛应用的前景；气体阻尼器存在使用寿命短、灵敏度较差等问题。

另外，现有的基于流体的阻尼器的散热性能不好，会使流体温度上升、粘性改变阻尼力下降。

发明内容

本发明所要解决的技术问题，就是提供一种应用于输电杆塔的无需粘性流体或气体，可获得期望的阻尼力的基于高分子材料的双向弹性阻尼器，其弥补了基于粘性流体的阻尼器或气体阻尼器的缺点，且散热性能良好。

解决上述技术问题，本发明采用的技术方案如下：

一种应用于输电杆塔基于高分子材料的双向弹性阻尼器，包括活塞缸组件，其特征是：所述的活塞缸组件的缸筒内的活塞前腔和后腔充满高分子阻尼材料。

所述的高分子材料是一种高分子弹性阻尼体材料，即：纤维增强型粘弹性聚合物基复合材料。它由粘弹性基体和具有高弹性模量的纤维夹杂组成。它在一定受力状态下,既具有粘性液体消耗能量的特性,又具有弹性固体材料存贮能量的特性。当它产生动态应力或应变时,有一部分能量被转化为热能而耗散掉,而另一部分能量以势能的形式储备起来,通过将振动机械能转变为其它能量而达到耗能吸振的目的。

所述的缸筒外身设有散热结构，其为缸筒外身设有多条环状凸楞。

所述的活塞缸组件包括活塞杆3和带有后盖5的缸筒4，活塞杆3穿过缸筒底部前盖9的杆孔伸进缸筒阻尼腔6，活塞杆3的前端为活塞7，在缸筒4前盖9还设有活塞杆护套2，活塞杆3后杆端设有关节轴承，后盖5上设有连接铰杆，杆端也设有关节轴承。

本发明提供的应用于输电杆塔的基于高分子材料的双向弹性阻尼器，为充分发挥阻尼材料的高粘性和强压缩性，阻尼器整体采用结构简单，容易安装的缸筒结构。

本发明提供的应用于输电杆塔的基于高分子材料的双向弹性阻尼器，为使得阻尼腔与高粘性阻尼介质瞬间产生极大的摩擦力使冲击动能迅速转化为热能快速释放，整体结构中的缸筒外壁设有散热结构。

本发明提供的应用于输电杆塔的基于高分子材料的双向弹性阻尼器，为保障阻尼器工作在恶劣环境中时，用于进出阻尼腔内部的部分活塞杆不被锈蚀，在缸体结构外设有活塞杆护套结构，并采用沉头螺钉与缸筒相连接。

本发明提供的应用于输电杆塔的基于高分子材料的双向弹性阻尼器，为保障阻尼器现场安装方便，在阻尼器两端设有杆端关节轴承，用来补偿现场安装过程中较小的安装误差，为阻尼器在较好的工况下工作提供保障条件。

本发明提供的应用于输电杆塔的基于高分子材料的双向弹性阻尼器，其中的弹性阻尼体高分子材料具有非常高的粘性、强压缩性、良好的化学惰性和抗老化性能。基于弹性阻尼体高分子材料的阻尼器，能有效地消减各种频率、振幅的振动，同时能迅速吸收激扰型冲击能量，使得其能够广泛应用于各种工况下，并且能够取得很好的阻尼效果。

本发明提供的应用于输电杆塔的基于高分子材料的双向弹性阻尼器，其弹性阻尼材料具备可压缩性，并具有强粘弹性的特征，在极小的位移内即可产生等同于大功率弹簧产生的弹性势能，因此对于普通液压阻尼器无法解决的风载等高幅低频振动以及外部干扰引起的高频低幅振动，均可起到明显的减振作用，具备弹簧拉杆和液压阻尼器共同使用所产生的双重效果。

本发明提供的应用于输电杆塔的基于高分子材料的双向弹性阻尼器，其目的在于克服已有技术的缺点，提高输电杆塔在台风、地震等自然灾害环境下的安全性与可靠性，为电网在恶劣环境下安全、稳定地运行提供有力保障。

发明有益效果：本发明提供的应用于输电杆塔的基于高分子材料的双向弹性阻尼器，具有如下特点：(1)吸能比大，效率高，能在极小的位移内获得高效减振耗能效果；(2)速度响应范围宽，动态响应时间短；(3)抗老化能力强，使其能够长时间地应用于输电杆塔所在的自然环境；(4)对激扰型能量突变和低幅高频与高幅低频的振动都能有效控制，有效降低普通振动引起的关键连接部位的间隙变化；(5)巨大的分子量和极高的分子粘度，使密封较普通液压油更可靠，不易泄漏。(6)不需要外界控制系统的决策和驱动，使其能够适应输电杆塔所受到的随机性自然灾害。

附图说明

图1为基于高分子材料应用于输电杆塔的双向弹性阻尼器基本结构示意图;

图2为双向弹性阻尼器应用于输电杆塔的状态图；

图3为双向弹性阻尼器应用于输电杆塔的示意图。

图中：1为杆端关节轴承，2为活塞杆护套，3为活塞杆，4为带散热片的缸筒，5为缸筒后盖，6为阻尼腔，7为活塞，8为高分子阻尼材料，9为缸筒前盖。

具体实施方式

如图1所示，本发明提供的应用于输电杆塔的基于高分子材料的双向弹性阻尼器，包括活塞缸组件，活塞缸组件的缸筒内的活塞前腔和后腔充满高分子阻尼材料，缸筒外身设有散热结构，其为缸筒外身设有多条环状凸楞。

活塞缸组件具体包括活塞杆3和带有后盖5的缸筒4，活塞杆3穿过缸筒底部前盖9的杆孔伸进缸筒阻尼腔6，活塞杆3的前端为活塞7，在缸筒4前盖9还设有活塞杆护套2，并采用沉头螺钉与缸筒相连接，活塞杆3后杆端设有关节轴承，后盖5上设有连接铰杆，杆端也设有关节轴承。

本发明的双向弹性阻尼器应用于输电杆塔如图2和图3所示，其中，方案一为在输电杆塔的4根主材上安装阻尼器；方案二为在输电杆塔塔身的4个面上对角线斜向安装阻尼器。

Claims (4)

1.一种应用于输电杆塔基于高分子材料的双向弹性阻尼器，包括活塞缸组件，其特征是：所述的活塞缸组件的缸筒内的活塞前腔和后腔充满高分子阻尼材料。

2.根据权利要求1所述的应用于输电杆塔基于高分子材料的双向弹性阻尼器，其特征是：所述的高分子材料为纤维增强型粘弹性聚合物基复合材料。

3.根据权利要求2所述的应用于输电杆塔基于高分子材料的双向弹性阻尼器，其特征是：所述的缸筒外身设有散热结构。

4.根据权利要求3所述的应用于输电杆塔基于高分子材料的双向弹性阻尼器，其特征是：所述的散热结构为多条环状凸楞。

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