CN107654111B - 一种用于混凝土输电杆减风振的环形调谐质量阻尼器 - Google Patents

一种用于混凝土输电杆减风振的环形调谐质量阻尼器 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种用于混凝土输电杆减风振的环形调谐质量阻尼器，涉及输电线路混凝土杆结构抗风减振技术领域。所述用于混凝土输电杆减风振的环形调谐质量阻尼器，用于沿海地区10kV以下输配电网混凝土杆的减风振控制，主要由环形质量块、弹簧和阻尼器、抱箍、支撑板组成。环形调谐质量阻尼器可方便安装于圆形截面的混凝土输电杆指定位置，有效降低输电杆在台风作用下的动力响应，减小台风作用下的杆底弯矩，提高混凝土输电杆的抗风能力；将本发明应用于沿海地区输电杆的抗风减灾领域，可提高输电线路的可靠性和安全性，对于保障输电线路在台风期的安全稳定运行具有重要意义。

Description

一种用于混凝土输电杆减风振的环形调谐质量阻尼器
技术领域
本发明属于输电线路混凝土杆结构抗风减振技术领域，尤其涉及一种用于混凝土输电杆减风振的环形调谐质量阻尼器。
背景技术
我国沿海为台风多发地区，沿海城市频繁遭受台风影响，近年来因台风造成的输电线路倒杆事故频发，其中以35kV以下输电线路中的水泥杆倒杆数量最大。台风来临时断杆倒杆导致大面积电力中断，给灾后抢修增加了难度，且造成了巨大财产损失和社会影响。因此，研究如何提高35kV以下输电线路中的水泥杆抗台风能力，降低输电杆在台风作用下的动力响应，提高输电线路的可靠性和安全性，减少倒杆事故的发生，对保障电网稳定运行有着重要意义。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明提供一种用于混凝土输电杆减风振的环形调谐质量阻尼器，用于沿海地区10kV以下输配电网混凝土输电杆的减风振控制，环形调谐质量阻尼器可方便安装于圆形截面的混凝土输电杆指定位置，有效降低输电杆在台风作用下的动力响应，减小台风作用下的输电杆杆底弯矩，提高混凝土输电杆的抗风能力。
本发明是通过如下的技术方案来解决上述技术问题的：一种用于混凝土输电杆减风振的环形调谐质量阻尼器，包括环形质量块、弹簧、阻尼器、抱箍以及支撑板；所述抱箍包括内抱箍、上抱箍和下抱箍，所述支撑板包括上支撑板和下支撑板；所述内抱箍固定于指定高度的混凝土输电杆上，所述环形质量块通过弹簧和阻尼器与所述内抱箍连接；所述上抱箍和下抱箍固定于所述内抱箍上下两侧的混凝土输电杆上；所述上支撑板和下支撑板的一端分别固定在所述上抱箍和下抱箍的侧面上，另一水平自由端分别与所述环形质量块的上面和下面贴合，以支撑环形质量块。
进一步的，所述弹簧和阻尼器为并联连接结构，所述并联连接结构的一端通过第一铰接杆与所述内抱箍铰接，另一端通过第二铰接杆与所述环形质量块铰接。
进一步的，所述弹簧和阻尼器的并联连接结构有四组，所述四组弹簧和阻尼器的并联连接结构均匀环绕分布在所述内抱箍和环形质量块之间，相邻并联连接结构之间的夹角呈90°，实现水平面内任意向减振控制。
进一步的，所述上支撑板和下支撑板的一端分别焊接在所述上抱箍和下抱箍的侧面上。
进一步的，所述上支撑板和下支撑板均为“Z”字形，且有四组上支撑板和下支撑板；所述四组上支撑板和下支撑板分别均匀环绕分布在上抱箍和下抱箍的侧面，且与所述弹簧和阻尼器的并联连接结构位置相适应。
进一步的，所述环形质量块以与所述弹簧和阻尼器的连接点为支撑点转动，且在所述上支撑板和下支撑板上双向滑动，滑动摩擦系数小于0.03。
进一步的，一种用于混凝土输电杆减风振的环形调谐质量阻尼器的应用方法，包括以下几个步骤：
（1）建立混凝土输电杆的有限元模型，进行动力特性分析，得出混凝土输电杆的动力特性分析结果；
（2）利用动力特性分析结果，设计环形调谐质量阻尼器的圆频率、环形质量块的质量、弹簧的刚度、阻尼器的阻尼以及混凝土输电杆的安装位置等相关参数；
（3）将所述步骤（2）中设计好参数的环形调谐质量阻尼器安装于混凝土输电杆的指定位置。
进一步的，所述步骤（2）中的参数设计为：所述环形调谐质量阻尼器对混凝土输电杆的频率比为，阻尼比为/>，其中，/>为环形调谐质量阻尼器对输电杆的质量比，一般取2%，从而确定环形调谐质量阻尼器的圆频率为/>，弹簧刚度为，阻尼器的阻尼为/>，其中，/>为阻尼器的质量，/>为混凝土输电杆的圆频率。
根据混凝土输电杆的动力特性分析结果，对环形调谐质量阻尼器频率、质量、阻尼、安装位置以及弹簧的刚度参数进行设计，可实现混凝土输电杆在台风作用下振动加速度、输电杆杆底弯矩的精确减振控制，能够有效降低输电杆在台风作用下的动力响应。
与现有技术相比，本发明所提供的用于混凝土输电杆减风振的环形调谐质量阻尼器，包括环形质量块、弹簧、阻尼器、抱箍以及支撑板；所述抱箍包括内抱箍、上抱箍和下抱箍，所述支撑板包括上支撑板和下支撑板；所述内抱箍固定于指定高度的混凝土输电杆上，所述环形质量块通过弹簧和阻尼器与所述内抱箍连接；所述上抱箍和下抱箍固定于所述内抱箍上下两侧的混凝土输电杆上；所述上支撑板和下支撑板的一端分别固定在所述上抱箍和下抱箍的侧面上，另一水平自由端分别与所述环形质量块的上面和下面贴合，以支撑环形质量块。
通过建立混凝土输电杆的有限元模型以及动力特性分析后设计环形调谐质量阻尼器的相关参数，将设计好参数的环形调谐质量阻尼器安装于混凝土输电杆的指定位置上，能够有效降低输电杆在台风作用下的动力响应，减小台风作用下的输电杆杆底弯矩，提高混凝土输电杆的抗风能力，提高输电线路的可靠性和安全性，降低倒杆事故的发生概率；本发明结构简单、成本低、耐久性强，安装于混凝土输电杆杆身上，不影响输电线路的电路安全，是进行混凝土输电杆减振抗风灾的直接手段，对于保障输电线路在台风器的安全稳定运行具有重要意义。
附图说明
为了更清楚地说明本发明的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一个实施例，对于本领域普通技术人员来说，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明一种用于混凝土输电杆减风振的环形调谐质量阻尼器安装在混凝土输电杆上的俯视图；
图2是本发明一种用于混凝土输电杆减风振的环形调谐质量阻尼器安装在混凝土输电杆上的侧视图；
图3是本发明混凝土输电杆的最大振动变形形态图；
其中：1-环形质量块，2-弹簧，3-阻尼器，4-第一铰接杆，5-内抱箍，6-下支撑板，7-下抱箍，8-上支撑板，9-上抱箍，10-混凝土输电杆，11-第二铰接杆。
具体实施方式
下面结合本发明实施例中的附图，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
如图1和图2所示，本发明所提供的一种用于混凝土输电杆减风振的环形调谐质量阻尼器，包括环形质量块1、弹簧2、阻尼器3、抱箍以及支撑板；抱箍包括内抱箍5、上抱箍9和下抱箍7，支撑板包括上支撑板8和下支撑板6；内抱箍固定于指定高度的混凝土输电杆10上；弹簧2和阻尼器3并联连接形成并联连接结构，环形质量块1通过第二铰接杆11与并联连接结构的一端铰接，并联连接结构的另一端通过第一铰接杆4与内抱箍5的侧面连接；上抱箍9和下抱箍7分别固定于内抱箍5上下两侧的混凝土输电杆10上；上支撑板8和下支撑板6的一端分别焊接在上抱箍9和下抱箍7的侧面上，另一水平自由端分别与环形质量块1的上面和下面贴合，以支撑环形质量块1。
弹簧2和阻尼器3形成的并联连接结构有四组，四组弹簧2和阻尼器3的并联连接结构均匀环绕分布在内抱箍5和环形质量块1之间，相邻并联连接结构之间的夹角呈90°，实现水平面内任意向减振控制。
上支撑板8和下支撑板6均为“Z”字形，且有四组上支撑板8和下支撑板6；四组上支撑板8和下支撑板6分别均匀环绕分布在上抱箍9和下抱箍7的侧面，且与弹簧2和阻尼器3的并联连接结构位置相适应。
环形质量块1以与弹簧2和阻尼器3的铰接点为支撑点转动，且在上支撑板8和下支撑板6上双向滑动，滑动摩擦系数小于0.03。
一种用于混凝土输电杆减风振的环形调谐质量阻尼器的应用方法，包括以下几个步骤：
（1）针对混凝土输电杆减风振的环形调谐质量阻尼器，首先建立混凝土输电杆10的有限元模型，进行动力特性分析，得出混凝土输电杆10的动力特性分析结果；如图3所示，混凝土输电杆10的最大振动变形形态图，可以看出，输电杆10顶部的振动位移及加速度最大，输电杆10的底部受到的弯矩最大，即相应的应力应变最大；
（2）利用动力特性分析结果，设计环形调谐质量阻尼器的圆频率、环形质量块1的质量、弹簧2的刚度、阻尼器3的阻尼以及混凝土输电杆10的安装位置等相关参数；
（3）将步骤（2）中设计好参数的环形调谐质量阻尼器安装于混凝土输电杆10的指定位置，该指定位置通过动力特性分析结果可以确定，即步骤（2）中的安装位置；实现对混凝土输电杆的减振控制。
步骤（2）中的参数设计为：环形调谐质量阻尼器对混凝土输电杆10的频率比为，阻尼比为/>，其中，/>为环形调谐质量阻尼器对输电杆的质量比，一般取2%，从而确定环形调谐质量阻尼器的圆频率为/>，弹簧2刚度为/>，阻尼器3的阻尼为/>，其中，/>为阻尼器3的质量，/>为混凝土输电杆10的圆频率。
根据混凝土输电杆10的动力特性分析结果，对环形调谐质量阻尼器的圆频率、环形质量块1的质量、阻尼器3的阻尼、混凝土输电杆10的安装位置以及弹簧2的刚度进行设计，可实现混凝土输电杆10在台风作用下振动加速度、输电杆10杆底弯矩的精确减振控制，能够有效降低输电杆在台风作用下的动力响应，减小台风作用下的输电杆杆底弯矩，提高混凝土输电杆的抗风能力，提高输电线路的可靠性和安全性，降低倒杆事故的发生概率。
本发明结构简单、成本低、耐久性强，安装于混凝土输电杆杆身上，不影响输电线路的电路安全，是进行混凝土输电杆减振抗风灾的直接手段，对于保障输电线路在台风器的安全稳定运行具有重要意义。
以上所揭露的仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或变型，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种用于混凝土输电杆减风振的环形调谐质量阻尼器，其特征在于：包括环形质量块（1）、弹簧（2）、阻尼器（3）、抱箍以及支撑板；所述抱箍包括内抱箍（5）、上抱箍（9）和下抱箍（7），所述支撑板包括上支撑板（8）和下支撑板（6）；所述内抱箍（5）固定于指定高度的混凝土输电杆（10）上，所述环形质量块（1）通过弹簧（2）和阻尼器（3）与所述内抱箍（5）连接；所述上抱箍（9）和下抱箍（7）固定于所述内抱箍（5）上下两侧的混凝土输电杆（10）上；所述上支撑板（8）和下支撑板（6）的一端分别固定在所述上抱箍（9）和下抱箍（7）的侧面上，另一水平自由端分别与所述环形质量块（1）的上面和下面贴合，以支撑环形质量块（1）；
所述弹簧（2）和阻尼器（3）的并联连接结构有四组，所述四组弹簧（2）和阻尼器（3）的并联连接结构均匀环绕分布在所述内抱箍（5）和环形质量块（1）之间，相邻并联连接结构之间的夹角呈90°。
2.如权利要求1所述的环形调谐质量阻尼器，其特征在于：所述弹簧（2）和阻尼器（3）为并联连接结构，所述并联连接结构的一端通过第一铰接杆（4）与所述内抱箍（5）铰接，另一端通过第二铰接杆（11）与所述环形质量块（1）铰接。
3.如权利要求1所述的环形调谐质量阻尼器，其特征在于：所述上支撑板（8）和下支撑板（6）的一端分别焊接在所述上抱箍（9）和下抱箍（7）的侧面上。
4.如权利要求1或3所述的环形调谐质量阻尼器，其特征在于：所述上支撑板（8）和下支撑板（6）均为“Z”字形，且有四组上支撑板（8）和下支撑板（6）；所述四组上支撑板（8）和下支撑板（6）分别均匀环绕分布在上抱箍（9）和下抱箍（7）的侧面，且与所述弹簧（2）和阻尼器（3）的并联连接结构位置相适应。
5.如权利要求1或2所述的环形调谐质量阻尼器，其特征在于：所述环形质量块（1）以与所述弹簧（2）和阻尼器（3）的连接点为支撑点转动，且在所述上支撑板（8）和下支撑板（6）上双向滑动，滑动摩擦系数小于0.03。
6.一种基于权利要求1-5任一项所述的用于混凝土输电杆减风振的环形调谐质量阻尼器的应用方法，其特征在于，包括以下几个步骤：
（1）建立混凝土输电杆（10）的有限元模型，进行动力特性分析，得出混凝土输电杆（10）的动力特性分析结果；
（2）利用动力特性分析结果，设计环形调谐质量阻尼器的圆频率、环形质量块（1）的质量、弹簧（2）的刚度、阻尼器（3）的阻尼以及混凝土输电杆（10）的安装位置；
（3）将所述步骤（2）中设计好参数的环形调谐质量阻尼器安装于混凝土输电杆（10）的指定位置，即所述步骤（2）中的安装位置。
7.如权利要求6所述的环形调谐质量阻尼器的应用方法，其特征在于：所述步骤（2）中的参数设计为：所述环形调谐质量阻尼器对混凝土输电杆（10）的频率比为，阻尼比为/>，其中，μ为环形调谐质量阻尼器对输电杆（10）的质量比，取2%；从而确定环形调谐质量阻尼器的圆频率为/>，弹簧（2）的刚度为，阻尼器（3）的阻尼为/>，其中，为阻尼器（3）的质量，/>为混凝土输电杆（10）的圆频率。
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