CN106321706A - 用于支柱类电气设备的铅合金剪切型减震器 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种用于支柱类电气设备的铅合金剪切型减震器。其中，该减震器包括：中心轴、筒体和铅合金元件；其中，所述中心轴可滑动地套设于所述筒体内，并且，中心轴的外壁开设有第一凹槽，筒体的内壁开设有第二凹槽，第一凹槽与第二凹槽位置相对应且围设成一空腔；铅合金元件嵌设于空腔内且与空腔的形状相适配；中心轴的第一端置于筒体外，用于与电气设备相连接；筒体用于与电气设备底座相连接。本发明中，通过在减震器的中心轴的外壁开设第一凹槽，在筒体的内壁开设与第一凹槽位置相对应的第二凹槽，将铅铝合金元件嵌设与第二凹槽与第一凹槽围设成的空腔中，当中心轴与筒体相互错动时，铅铝合金元件受到剪切后能有效地吸收地震能量。

Description

用于支柱类电气设备的铅合金剪切型减震器

技术领域

本发明涉及电力系统技术领域，具体而言，涉及一种用于支柱类电气设备的铅合金剪切型减震器。

背景技术

我国位于亚欧地震带和环太平洋地震带之间，属于地震多发国家。变电站和换流站内的电力设备作为“生命线工程”的关键环节，其抗震问题的重要性不言而喻。其中，支柱类电气设备具有重心高、长径比大、自振频率接近地震波频率、地震易损性较高等不利于抗震的结构特点，因此，处于高烈度地震区内的支柱类电气设备往往要采取安装减震器的措施保证其抗震安全性。

现有的剪切型铅减震器包括上下两个盖板、中间滑动板和铅柱，铅柱置于上、下两个盖板分别与中间滑动板围设的空腔中，当地震发生时，中间滑动板会与上、下两个盖板发生相对位移，从而对铅柱产生剪切作用，铅柱发生变形消耗一部分地震能量，由于纯铅的强度及韧性较低，当发生较高级地震时，铅柱很容易断裂，在一定程度上影响了减震器的减震效率。

发明内容

鉴于此，本发明提出了一种减震器，旨在解决现有减震器减震效率较低的问题。

一个方面，本发明提出了一种用于支柱类电气设备的铅合金剪切型减震器，其特征在于，包括：中心轴、筒体和铅合金元件；其中，所述中心轴可滑动地套设于所述筒体内，并且，所述中心轴的外壁开设有第一凹槽，所述筒体的内壁开设有第二凹槽，所述第一凹槽与所述第二凹槽位置相对应且围设成一空腔；所述铅合金元件嵌设于所述空腔内且与所述空腔的形状相适配；所述中心轴的第一端置于所述筒体外，用于与电气设备相连接；所述筒体用于与电气设备底座相连接。

进一步地，上述用于支柱类电气设备的铅合金剪切型减震器中，所述铅合金元件为铅铝合金元件。

进一步地，上述用于支柱类电气设备的铅合金剪切型减震器中，所述铅铝合金元件中铝与铅的质量配比范围为0.01％～0.2％。

进一步地，上述用于支柱类电气设备的铅合金剪切型减震器中，所述铅铝合金元件中铝与铅的质量配比0.05％。

进一步地，上述用于支柱类电气设备的铅合金剪切型减震器中，还包括：连接于所述中心轴第二端的限位板；其中，所述限位板置于所述筒体的外部且与所述筒体的第二端之间留有预设距离。

进一步地，上述用于支柱类电气设备的铅合金剪切型减震器中，所述限位板通过限位销钉与所述筒体的第二端相连接。

进一步地，上述用于支柱类电气设备的铅合金剪切型减震器中，所述第一凹槽至少为两个，且各所述第一凹槽沿所述中心轴外壁的周向分布；所述第二凹槽至少为两个，且各所述第二凹槽沿所述筒体内壁的周向分布；各所述第一凹槽与各所述第二凹槽的位置一—对应且围设成相应的空腔。

进一步地，上述用于支柱类电气设备的铅合金剪切型减震器中，所述第一凹槽沿所述中心轴的外壁的周向均匀分布；所述第二凹槽沿所述筒体的内壁的周向均匀分布。

进一步地，上述用于支柱类电气设备的铅合金剪切型减震器中，所述中心轴的第一端沿轴向开设有用于与电气设备相连接的内螺纹孔。

进一步地，上述用于支柱类电气设备的铅合金剪切型减震器中，还包括：两个锁紧螺母；其中，所述筒体靠近第一端的外壁开设有外螺纹；两个所述锁紧螺母与所述筒体螺纹连接，所述电气设备底座的连接部套设于所述筒体且夹设于两个所述锁紧螺母之间。

本发明中，通过在减震器的中心轴的外壁开设第一凹槽，在筒体的内壁开设与第一凹槽位置相对应的第二凹槽，将铅铝合金元件嵌设与第二凹槽与第一凹槽围设成的空腔中，当中心轴与筒体相互错动时，铅铝合金元件受到剪切后能有效地吸收地震能量，提高了减震器的减震效率。

附图说明

通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本发明的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的部件。在附图中：

图1为本发明实施例提供的用于支柱类电气设备的铅合金剪切型减震器的结构示意图；

图2为本发明实施例提供的用于支柱类电气设备的铅合金剪切型减震器的中心轴的剖面图；

图3为本发明实施例提供的用于支柱类电气设备的铅合金剪切型减震器的筒体的剖面图；

图4为本发明实施例提供的用于支柱类电气设备的铅合金剪切型减震器的剖面图；

图5为本发明实施例提供的用于支柱类电气设备的铅合金剪切型减震器中铅铝合金元件的冲击功试验结果图。

具体实施方式

下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施例。虽然附图中显示了本公开的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

参见图1，图中示出了本实施例提供的用于支柱类电气设备的铅合金剪切型减震器的优选结构。如图所示，该用于支柱类电气设备的铅合金剪切型减震器包括：中心轴1、筒体2和铅合金元件3。其中，中心轴1可滑动地套设于筒体2内，当地震发生时，中心轴1与筒体2会发生相互错动，从而对铅合金元件3产生剪切，铅合金元件3受到剪切力后产生塑性变形，吸收地震能量。

中心轴1和筒体2的材料可以为不锈钢材，也可以为其他材料，本实施例对其不作任何限定。中心轴1的第一端置于筒体2外，用于与电气设备相连接。当中心轴1相对筒体2向中心轴1第二端移动时，会带动电气设备挤压筒体2第一端，将中心轴1的第一端置于筒体2外可以防止电气设备过度挤压筒体2，而使减震器遭到破坏。筒体2用于与电气设备底座相连接，使得筒体2固定于电气设备的底座上。

参见图2和图3，中心轴1的外壁开设有第一凹槽11，筒体2的内壁开设有第二凹槽21，第一凹槽11和第二凹槽21的形状和尺寸可以根据实际情况进行选择，本实施例对其不作任何限定。

第一凹槽11与第二凹槽21位置相对应且围设成一空腔，铅合金元件3嵌设于该空腔内且与该空腔的形状相适配，即空腔的轮廓即是铅合金元件3的形状。本实施例中，铅合金元件3为减震器中用来吸收地震能量的的核心元件，铅合金元件3的材料可以是铅锡合金、铅锑合金或铅铝合金等，优选地，铅合金元件3为铅铝合金元件。本技术领域人员应该理解，铅铝合金是以铅为基材加入铝元素组成的合金，其具有较强的延性和柔性，在受力变形过程中可以吸收大量的能量；同时，铅铝合金具有较高的强度和较好的力学性能，所以可以在较大作用力下发生塑性变形且不断裂，能有效提高电气设备的抗震安全性。

本实施例对不同质量配比的铅铝合金的性能进行了试验，并与纯铅的性能进行了对比，本试验中，Pb代表纯铅，Pb-0.05Al代表铝与铅的质量比为0.05％的铅铝合金，Pb-0.1Al代表铝与铅的质量比为0.1％的铅铝合金，Pb-0.15Al代表铝与铅的质量比为0.15％的铅铝合金。试验结果如下：

表1：不同质量配比的铅铝合金的抗拉强度试验

从表1可以看出，铅铝合金强度高于纯铅，当铝与铅的质量比为0.05％时，铅铝合金强度可提高36％；铝与铅的质量比为0.10％、0.15％时，合金强度分别提高了18％、26％。加入铝后，铅铝合金断裂后伸长率和断面收缩率均未受到影响，说明适量铝的加入在提高纯铅强度的同时并未影响纯铅的塑性。

参见图5，图中示出了不同质量配比的铅铝合金的冲击功随温度变化的曲线，其中：曲线31代表铝与铅的质量比为0.05％的铅铝合金的冲击功随温度变化的趋势；曲线32代表铝与铅的质量比为0.15％的铅铝合金的冲击功随温度变化的趋势；曲线33代表铝与铅的质量比为0.1％的铅铝合金的冲击功随温度变化的趋势；曲线34代表纯铅的冲击功随温度变化的趋势。可以看出，铅铝合金的冲击功均随着温度的降低而升高。添加铝后，铅铝合金的常温冲击功和低温冲击功基本上均高于纯铅(Pb-0.10Al在20℃除外)。铝与铅的质量比为0.05％时，铅铝合金具有最高的冲击功，表现出比较优异的常温及低温冲击韧性。

表2：不同质量配比的铅铝合金的腐蚀性能试验

试样	试验前质量g	试验后质量g	质量损失g/m2
				纯铅	3.9407	3.9282	0.0125
Pb-0.05Al	4.9949	4.9892	0.0057
				Pb-0.10Al	4.5044	4.5001	0.0043
Pb-0.15Al	4.9402	4.9297	0.0105

从表2可以看出，与纯铅相比，铅铝合金的耐腐蚀性能提高；当铝与铅的质量比为0.05％和0.10％时，单位面积的损失重量较小，说明该范围内铅铝合金的耐腐蚀性能最好，进一步提高铝含量，损失重量增加，铅铝合金耐腐蚀性能降低。

本实施例中，铅铝合金元件中铝与铅的质量配比的范围可以为0.01％～0.2％；优选地，铅铝合金元件中铝与铅的质量配比为0.05％～0.1％；进一步优选地，铅铝合金元件中铝与铅的质量配比为0.05％。通过试验发现，当铝与铅的质量配比为0.10％时，铅铝合金的强度提高了18％，且耐腐蚀性能较强，但其在常温下的冲击韧性低于纯铅；当铝与铅的质量配比为0.15时，铅铝合金的强度提合金的强度提高了26％，在常温下的冲击韧性高于纯铅；当铝与铅的质量配比为0.05％时，铅铝合金元件的强度可提高36％，铅铝合金的常温下的冲击韧性和耐腐蚀性较强且并不影响铅铝合金的塑性。

可以看出，当铝与铅的质量配比为0.05％时，铅铝合金元件的力学性能最佳且塑性较好，能在较强的地震作用力下能保持结构完整，并吸收大量的地震能量，提高了减震器的减震效率；此外，由于铅铝合金元件具有较强的腐蚀性，可以提高减震器在户外使用时的抗腐蚀性能。

本实施例中，筒体2还可以开设有与空腔相连通的注入通道，注入通道用于向第一凹槽11与第二凹槽21围设成的空腔中注入铅合金以形成铅合金元件。此外，注入通道的进口还设有封盖，该封盖与筒体2可以焊接在一起，用于密封筒体2，该封盖的材料优选为不锈钢，可以防止外界环境对其的腐蚀和损坏。

工作时，中心轴1与电气设备相连接，筒体2与电气设备的支架相连接，在地震力作用下，电气设备相对于支架发生相对摆动弯曲，从而促使中心轴1与筒体2发生相对位移，进而对铅铝合金元件3产生剪切作用，铅铝合金元件3在此作用力下发生形变，吸收地震传递给电气设备的地震动能量，当震动消失后，铅铝合金元件3恢复原状，将吸收的地震动能量释放在减震器中，如此不断的吸收和释放地震动能量，对电气设备进行减震保护。

可以看出，本实施例中，当中心轴1与筒体2相互错动时，对铅合金元件3进行剪切，使铅合金元件3产生塑性变形，从而有效地吸收地震能量，即：与现有减震器中同样体积的纯铅元件相比，铅合金元件3的耗能能力增加，解决了现有减震器中纯铅耗能材料耗能较少导致的减震器减震效率较低的问题。

上述各实施例中，还包括：连接于中心轴1第二端的限位板7。限位板7可以与中心轴1的第一端焊接在一起，其中，该限位板7置于筒体2的外部且与筒体2的第二端之间留有预设距离，该预设距离可以为减震器受到外力作用时所能移动的最大位移。

可以看出，当中心轴1的第二端受到地震力作用时，中心轴1会相对于筒体2向中心轴1的第一端移动，当地震作用力超过减震器所能承受的作用力时，限位板7可以阻止中心轴1相对于筒体2继续移动，防止对铅合金元件3产生过大的剪切力使铅合金元件3失去塑性变形能力，而导致减震器失效。

上述各实施例中，参见图2和图3，限位板7通过限位销钉4与筒体2的第二端相连接。

可以看出，本实施例中，当地震力作用于筒体2的第二端时，限位板7将向中心轴1的第二端移动，直至限位销钉4与中心轴1第二端相应位置处的限位孔的底端相抵触，此时，限位板7所移动的位移即减震器所能移动的最大位移，有效避免了减震器的失控。

上述各实施例中，第一凹槽11至少为两个，且各第一凹槽11沿中心轴1外壁的周向分布；第二凹槽21至少为两个，且各第二凹槽21沿筒体2内壁的周向分布；各第一凹槽11与各第二凹槽21的位置一—对应且围设成相应的空腔。

优选地，第一凹槽11可以沿中心轴1的外壁的周向均匀分布；第二凹槽21沿筒体2的内壁的周向均匀分布，具体实施时，第一凹槽11可以为沿中心轴1外壁的全周向分布的凹槽；第二凹槽21可以为沿筒体2的外壁全周向分布的凹槽，这样第一凹槽11和第二凹槽21形成的空腔容积较大，相应的，铅合金元件3的体积较大，当中心轴1与筒体2相互错动时，铅合金元件3可以吸收更多的地震能量。

上述实施例中，各第一凹槽11还可以沿中心轴1外壁的轴向均匀分布，各第二凹槽21还可以沿筒体2内壁的轴向均匀分布。具体地，沿周向分布的各第一凹槽11为一个第一凹槽组，沿周向分布的各第二凹槽21为一个第二凹槽组，在中心轴1的外壁的轴向方向可以等间距的设置多个第一凹槽组，相应的，在筒体2上与中心轴1的对应位置处可以等间距的设置多个第二凹槽组，各第一凹槽组与各第二凹槽组一—对应地配合，形成多个空腔，各空腔内均设置有铅合金元件3。需要说明的是，具体实施时，第一凹槽组和第二凹槽组的数量可以根据实际情况进行确定，本实施例对其不作限定。

可以看出，在中心轴1外壁与筒体2内壁之间设置多个第一凹槽11和多个第二凹槽21形成多个空腔，向多个空腔中嵌设多个铅合金元件3，增加了减震器中铅合金元件3的数量，使得减震器能吸收更多的地震能量。此外，该种设置方式可以使各组铅合金元件3沿中心轴1和筒体2的轴向均匀分布，使中心轴1和筒体2具有较好的受力性能。

上述实施例中，中心轴1的第一端沿轴向开设有用于与电气设备相连接的内螺纹孔6，通过螺栓的第一端与该内螺纹孔6配合，使螺栓的第一端连接于该减震器，螺栓的第二端连接于电气设备，实现了电气设备与减震器的螺栓连接。具体地，在小震或风荷载作用下，减震器仅起到螺栓连接作用，不影响电气设备整体刚度及电气功能；在中高等级地震作用时，电气设备传递至减震器的作用力达到减震器铅合金元件3的屈服力时减震器开始吸收地震动能量，并通过动态重结晶以热能方式耗散地震动能量，发挥减震作用。

上述各实施例中，还包括：两个锁紧螺母5；其中，筒体2靠近第一端的外壁开设有外螺纹；两个锁紧螺母5与筒体2螺纹连接，电气设备底座的连接部套设于筒体2且夹设于两个锁紧螺母5之间。具体地，在第二圆筒23的外壁开设外螺纹，锁紧螺母5通过该螺纹与筒体2连接，电气设备底座的连接部设置有通孔以将该连接部围设于筒体2外壁周围，且该连接部卡在两个锁紧螺母5之间。

可以看出，通过锁紧螺母5实现筒体2与电气设备底座的连接，可以起到对电气设备底座连接件的夹紧作用，使减震器与外部电气设备连接的更紧固。

综上，本发明中，通过在减震器的中心轴1的外壁开设第一凹槽11，在筒体2的内壁开设与第一凹槽11位置相对应的第二凹槽21，且第二凹槽21与第一凹槽11围设成一空腔，将铅合金元件3嵌设于该空腔内且与该空腔的形状相适配，地震发生时，铅合金元件3产生塑性变形能有效地吸收地震能量，提高了减震器的减震效率。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (10)

1.一种用于支柱类电气设备的铅合金剪切型减震器，其特征在于，包括：中心轴(1)、筒体(2)和铅合金元件(3)；其中，

所述中心轴(1)可滑动地套设于所述筒体(2)内，并且，所述中心轴(1)的外壁开设有第一凹槽(11)，所述筒体(2)的内壁开设有第二凹槽(21)，所述第一凹槽(11)与所述第二凹槽(21)位置相对应且围设成一空腔；所述铅合金元件(3)嵌设于所述空腔内且与所述空腔的形状相适配；

所述中心轴(1)的第一端置于所述筒体(2)外，用于与电气设备相连接；所述筒体(2)用于与电气设备底座相连接。

2.根据权利要求1所述的用于支柱类电气设备的铅合金剪切型减震器，其特征在于，所述铅合金元件(3)为铅铝合金元件。

3.根据权利要求2所述的用于支柱类电气设备的铅合金剪切型减震器，其特征在于，所述铅铝合金元件中铝与铅的质量配比的范围为0.01％～0.2％。

4.根据权利要求3所述的用于支柱类电气设备的铅合金剪切型减震器，其特征在于，所述铅铝合金元件中铝与铅的质量配比为0.05％。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的用于支柱类电气设备的铅合金剪切型减震器，其特征在于，还包括：连接于所述中心轴(1)第二端的限位板(7)；其中，

所述限位板(7)置于所述筒体(2)的外部且与所述筒体(2)的第二端之间留有预设距离。

6.根据权利要求5所述的用于支柱类电气设备的铅合金剪切型减震器，其特征在于，所述限位板(7)通过限位销钉(4)与所述筒体(2)的第二端相连接。

7.根据权利要求1至4中任一项所述的用于支柱类电气设备的铅合金剪切型减震器，其特征在于，

所述第一凹槽(11)至少为两个，且各所述第一凹槽(11)沿所述中心轴(1)外壁的周向分布；

所述第二凹槽(21)至少为两个，且各所述第二凹槽(21)沿所述筒体(2)内壁的周向分布；

各所述第一凹槽(11)与各所述第二凹槽(21)位置一一对应且围设成相应的空腔。

8.根据权利要求7所述的用于支柱类电气设备的铅合金剪切型减震器，其特征在于，

所述第一凹槽(11)沿所述中心轴(1)的外壁的周向均匀分布；

所述第二凹槽(21)沿所述筒体(2)的内壁的周向均匀分布。

9.根据权利要求1至4中任一项所述的用于支柱类电气设备的铅合金剪切型减震器，其特征在于，所述中心轴(1)的第一端沿轴向开设有用于与电气设备相连接的内螺纹孔(6)。

10.根据权利要求1至4中任一项所述的用于支柱类电气设备的铅合金剪切型减震器，其特征在于，还包括：两个锁紧螺母(5)；其中，

所述筒体(2)靠近第一端的外壁开设有外螺纹；两个所述锁紧螺母(5)与所述筒体(2)螺纹连接，所述电气设备底座的连接部套设于所述筒体(2)且夹设于两个所述锁紧螺母(5)之间。