CN109295854A - 一种斜拉索减振系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种斜拉索减振系统，涉及斜拉索减振技术领域，该系统包括：斜拉索；多个间隔设置在斜拉索上的阻尼减振风车；阻尼减振风车的转动中心与斜拉索的中轴线垂直。本发明能够有效的吸收周围气流流动带来的风能，从而在一定程度上降低风能对斜拉索的影响，避免斜拉索抖动程度超出安全范围，为桥梁结构提供安全保障。
Description
技术领域
本发明涉及斜拉索减振技术领域，具体涉及一种斜拉索减振系统。
背景技术
作为大跨度斜拉桥的主要承载构件，斜拉索在风振作用下的大幅振动将导致索锚固区疲劳受损及高应力状态下的应力腐蚀加剧，其寿命将大大缩短。因此，斜拉索的振动控制是非常必要的。针对斜拉索十分复杂的振动机理，大量控制措施已被提出，且研究结果表明，只要采取措施提高斜拉索自身阻尼，使得斜拉索自由振动对数衰减率提高0.05以上，即可抑制斜拉索的各种振动；
斜拉索用阻尼器为目前公认的有效阻尼装置，如粘滞和磁流变阻尼器，阻尼器为固定位置控制，其减振效果在很大程度上取决于其安装位置，且这些阻尼器主要提供阻尼并不能有效实现风能收集；
另外，当斜拉索长度加大时，阻尼器存在连接刚度不足以及失稳的问题，而且会对斜拉桥的景观造成很不利的影响，因而现有的斜拉索减振装置的设计、制造与安装难度均较大；
因此，急需一种有效的斜拉索减振结构，从而解决上述问题。
发明内容
针对现有技术中存在的缺陷，本发明的目的在于提供一种斜拉索减振系统，能够有效的吸收周围气流流动带来的风能，从而在一定程度上降低风能对斜拉索的影响，避免斜拉索抖动程度超出安全范围，为桥梁结构提供安全保障。
为达到以上目的，本发明采取的技术方案是：
一种斜拉索减振系统，所述系统包括：
斜拉索(1)；
多个间隔设置在所述斜拉索(1)上的阻尼减振风车(2)；
所述阻尼减振风车(2)的转动中心与所述斜拉索(1)的中轴线垂直。
在上述技术方案的基础上，所述阻尼减振风车(2)包括：
风车主体(20)，所述风车主体(20)包括：依次并排设置的电磁集能单元(21)、磁流变阻尼单元(22)以及固定基座(23)，所述电磁集能单元(21)以及所述磁流变阻尼单元(22)均为圆盘形结构，所述固定基座(23)不可转动的套设在所述斜拉索(1)上；
穿设于所述电磁集能单元(21)以及所述磁流变阻尼单元(22)上的转动轴(24)，所述转动轴(24)的一端可转动的插设在所述固定基座(23)内，所述转动轴(24)的另一端伸出所述电磁集能单元(21)的外壁；
设置在所述转动轴(24)自由端，且与所述转动轴(24)同轴转动的风车扇叶(25)；
其中，所述电磁集能单元(21)、所述磁流变阻尼单元(22)、所述转动轴(24)以及所述风车扇叶(25)的中轴线重合；
所述电磁集能单元(21)与所述磁流变阻尼单元(22)电连接。
在上述技术方案的基础上，所述固定基座(23)为圆柱体，所述所述电磁集能单元(21)、所述磁流变阻尼单元(22)、所述固定基座(23)、所述转动轴(24)以及所述风车扇叶(25)共轴。
在上述技术方案的基础上，所述电磁集能单元(21)包括：
第一外壳(210)，所述第一外壳(210)内设置有第一腔体(211)；
包裹在所述第一腔体(211)的侧壁上的第一永磁体(212)；
设置在所述第一腔体(211)内部的第一转盘(213)；
绕设在所述第一转盘(213)上的定子线圈(214)；
其中，所述转动轴(24)穿设于所述第一转盘(213)上，且所述转动轴(24)与所述第一转盘(213)固定连接，所述转动轴(24)可转动的穿设于所述第一外壳(210)以及所述第一腔体(211)上，所述转动轴(24)、所述第一外壳(210)、所述第一腔体(211)以及所述第一转盘(213)共轴。
在上述技术方案的基础上，所述第一外壳(210)、所述第一腔体(211)以及所述第一转盘(213)均为圆盘形结构。
在上述技术方案的基础上，所述磁流变阻尼单元(22)包括：
第二外壳(220)，所述第二外壳(220)内设置有第二腔体(221)；
绕设在所述第二腔体(221)的侧壁上的励磁线圈(222)；
设置在所述第二腔体(221)内部的剪切板(223)；
填充在所述第二腔体(221)内部的磁流变液(224)；
其中，所述转动轴(24)穿设于所述剪切板(223)上，且所述固定轴(23)与所述剪切板(223)固定连接，所述转动轴(24)可转动的穿设于所述第二外壳(220)以及所述第二腔体(221)上，所述固定轴(23)、所述第二外壳(220)、所述第二腔体(221)以及所述剪切板(223)共轴；
所述电磁集能单元(21)与所述励磁线圈(222)电连接。
在上述技术方案的基础上，所述第二外壳(220)、所述第二腔体(221)以及所述剪切板(223)均为圆盘结构。
在上述技术方案的基础上，所述转动轴(24)与所述第二腔体(221)的衔接处设置有密封圈(225)。
在上述技术方案的基础上，所述转动轴(24)与所述电磁集能单元(21)以及所述磁流变阻尼单元(22)的衔接处，均设置有止推轴承(26)。
在上述技术方案的基础上，所述风车扇叶(25)迎风设置。
本发明还提供一种风车式斜拉索减振系统的铺设方法，所述方法包括以下步骤：
S1、在斜拉索(1)上预装多个阻尼减振风车(2)，将所述斜拉索(1)依次穿过各阻尼减振风车(2)，各所述阻尼减振风车(2)间隔设置在所述斜拉索(1)上，所述阻尼减振风车(2)的转动中心与所述斜拉索(1)的中轴线垂直；
S2、调整各所述阻尼减振风车(2)在所述斜拉索(1)上的安装高度以及各所述阻尼减振风车(2)之间的间隔；
S3、固定各所述阻尼减振风车(2)的方位；
S4、对所述斜拉索(1)进行预拉伸工作，调整所述斜拉索(1)与各所述阻尼减振风车(2)的连接点；
S5、加固所述斜拉索(1)与各所述阻尼减振风车(2)的连接点；
S6、将所述斜拉索(1)设置在预留安装位，两端进行加固。
与现有技术相比，本发明的优点在于：
(1)本发明能够有效的吸收周围气流流动带来的风能，从而在一定程度上降低风能对斜拉索的影响，避免斜拉索抖动程度超出安全范围，为桥梁结构提供安全保障。
附图说明
图1为本发明实施例1、2中斜拉索减振系统的结构示意图；
图2为本发明实施例1、2中阻尼减振风车的结构示意图；
图3为本发明实施例2中斜拉索减振系统的施工步骤图；
图中：1、斜拉索；2、阻尼减振风车；20、风车主体；21、磁集能单元；210、第一外壳；211、第一腔体；212、第一永磁体；213、第一转盘；214、定子线圈；22、磁流变阻尼单元；220、第二外壳；221、第二腔体；222、励磁线圈；223、切板；224、磁流变液；225、密封圈；23、固定基座；24、转动轴；25、风车扇叶；26、止推轴承27、电能传递单元；271、导线；272、整流模块。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的实施例作进一步详细说明。
实施例1
参见图1、2所示，本发明实施例1提供一种斜拉索减振系统，系统包括：
斜拉索1；
多个间隔设置在斜拉索1上的阻尼减振风车2；
阻尼减振风车2的转动中心与斜拉索1的中轴线垂直。
本发明实施例中，斜拉索1位于户外时，尤其是斜拉索1作为桥梁、高架、大坝或其他大型设备的稳定结构时，其工作环境经常会受到周围风力的影响；而阻尼减振风车2则能够有效的吸收周围气流流动带来的风能，从而在一定程度上降低风能对斜拉索1的影响，避免斜拉索1抖动程度超出安全范围，为桥梁结构提供安全保障。
需要说明的是，本发明实施例中，不仅仅是能够将风能进行消耗，还能够将因振动导致的气体流动而产生的能力进行消耗。
本发明实施例中，阻尼减振风车2包括：
风车主体20，风车主体20包括：依次并排设置的电磁集能单元21、磁流变阻尼单元22以及固定基座23，电磁集能单元21以及磁流变阻尼单元22均为圆盘形结构，固定基座23不可转动的套设在斜拉索1上；
穿设于电磁集能单元21以及磁流变阻尼单元22上的转动轴24，转动轴24的一端可转动的插设在固定基座23内，转动轴24的另一端伸出电磁集能单元21的外壁；
设置在转动轴24自由端，且与转动轴24同轴转动的风车扇叶25；
其中，电磁集能单元21、磁流变阻尼单元22、转动轴24以及风车扇叶25的中轴线重合；
电磁集能单元21与磁流变阻尼单元22电连接。
其中，电磁集能单元21主要用于基于风能进行发电，一方面将风能进行第一阶段的吸收，避免过多的风能引起斜拉索1的振动，另一方面，产生电能后，为磁流变阻尼单元22供能，从而借助磁流变阻尼单元22对风能进行第二阶段的吸收，从而进一步削减风能对斜拉索1的影响，有效地保护了斜拉索1以及与斜拉索1相连的建筑结构。
需要说明的是，风车扇叶25可选用与常规的风车扇片同类型的结构。
必要时，电磁集能单元21以及磁流变阻尼单元22均可采用圆盘形结构，而两者必要时，可采用同一厚度。
本发明实施例中，固定基座23为圆柱体，电磁集能单元21、磁流变阻尼单元22、固定基座23、转动轴24以及风车扇叶25共轴。
本发明实施例中，电磁集能单元21包括：
第一外壳210，第一外壳210内设置有第一腔体211；
包裹在第一腔体211的侧壁上的第一永磁体212；
设置在第一腔体211内部的第一转盘213；
绕设在第一转盘213上的定子线圈214；
其中，转动轴24穿设于第一转盘213上，且转动轴24与第一转盘213固定连接，转动轴24可转动的穿设于第一外壳210以及第一腔体211上，转动轴24、第一外壳210、第一腔体211以及第一转盘213共轴。
当斜拉索1周围风力较大，并且足以带动风车扇叶25时，带动风车扇叶24时，实际上是电磁集能单元21以及磁流变阻尼单元22内的第一转盘213在第一腔体211内发生转动，此时第一转盘213在电磁集能单元21切割磁感线，将一部分风能转化为电能。
本发明实施例中，第一外壳210、第一腔体211以及第一转盘213均为圆盘形结构。
本发明实施例中，磁流变阻尼单元22包括：
第二外壳220，第二外壳220内设置有第二腔体221；
绕设在第二腔体221的侧壁上的励磁线圈222；
设置在第二腔体221内部的剪切板223；
填充在第二腔体221内部的磁流变液224；
其中，转动轴24穿设于剪切板223上，且固定轴23与剪切板223固定连接，转动轴24可转动的穿设于第二外壳220以及第二腔体221上，固定轴23、第二外壳220、第二腔体221以及剪切板223共轴；
电磁集能单元21与励磁线圈222电连接。
本发明实施例中，电磁集能单元21产生的电能供予励磁线圈222，剪切板223相对第二外壳220以及第二腔体221而言是转动的，此时剪切板223的相对转动会受到磁场的阻碍，故而能够进一步消耗风能，减小斜拉索1的抖动程度。
本发明实施例中，第二外壳220、第二腔体221以及剪切板223均为圆盘结构。
本发明实施例中，转动轴24与第二腔体221的衔接处设置有密封圈225。
本发明实施例中，转动轴24与电磁集能单元21以及磁流变阻尼单元22的衔接处，均设置有止推轴承26；
避免本系统在工作过程中，电磁集能单元21以及磁流变阻尼单元22因工作产生的抖动和转动而导致发生位移，故而止推轴承26能在不对本系统的工作造成影响的前提下，为本系统的结构稳定提供保障。
避免本系统在工作过程中，电磁集能单元21以及磁流变阻尼单元22因工作产生的抖动和转动而导致发生位移，故而止推轴承26能在不对本系统的工作造成影响的前提下，为本系统的结构稳定提供保障。
需要说明的是，电磁集能单元21与磁流变阻尼单元22电连接，具体的电连接方式，可以是：
利用一电能传递单元27将定子线圈214与励磁线圈222进行连接，由于定子线圈214与励磁线圈222均随着转动轴24同轴转动，故而两者进行连接时，并不影响转动。
具体的，电能传递单元27包括导线271以及整流模块272，导线271的一端与定子线圈214，导线271的另一端与励磁线圈222连接，而导线271的中段可以铺设在转动轴24上，而整流模块272则可以设置在转动轴24上，设置在导线271的中段；
而整流模块272具体为整流电路。
优选的，本发明实施例中，阻尼减振风车2的风车扇叶25迎风设置，即其正对风向设置。
实施例2
如图3所示，本发明实施例2提供一种斜拉索减振系统，系统包括：
S1、在斜拉索1上预装多个阻尼减振风车2，将斜拉索1依次穿过各阻尼减振风车2，各阻尼减振风车2间隔设置在斜拉索1上，阻尼减振风车2的转动中心与斜拉索1的中轴线垂直；
S2、调整各阻尼减振风车2在斜拉索1上的安装高度以及各阻尼减振风车2之间的间隔；
S3、固定各阻尼减振风车2的方位；
S4、对斜拉索1进行预拉伸工作，调整斜拉索1与各阻尼减振风车2的连接点；
S5、加固斜拉索1与各阻尼减振风车2的连接点；
S6、将斜拉索1设置在预留安装位，两端进行加固。
本发明实施例中，提供一种斜拉索减振系统，系统包括：
斜拉索1；
多个间隔设置在斜拉索1上的阻尼减振风车2；
阻尼减振风车2的转动中心与斜拉索1的中轴线垂直。
本发明实施例中，斜拉索1位于户外时，尤其是斜拉索1作为桥梁、高架、大坝或其他大型设备的稳定结构时，其工作环境经常会受到周围风力的影响；而阻尼减振风车2则能够有效的吸收周围气流流动带来的风能，从而在一定程度上降低风能对斜拉索1的影响，避免斜拉索1抖动程度超出安全范围，为桥梁结构提供安全保障。
需要说明的是，本发明实施例中，不仅仅是能够将风能进行消耗，还能够将因振动导致的气体流动而产生的能力进行消耗。
本发明实施例中，阻尼减振风车2包括：
风车主体20，风车主体20包括：依次并排设置的电磁集能单元21、磁流变阻尼单元22以及固定基座23，电磁集能单元21以及磁流变阻尼单元22均为圆盘形结构，固定基座23不可转动的套设在斜拉索1上；
穿设于电磁集能单元21以及磁流变阻尼单元22上的转动轴24，转动轴24的一端可转动的插设在固定基座23内，转动轴24的另一端伸出电磁集能单元21的外壁；
设置在转动轴24自由端，且与转动轴24同轴转动的风车扇叶25；
其中，电磁集能单元21、磁流变阻尼单元22、转动轴24以及风车扇叶25的中轴线重合；
电磁集能单元21与磁流变阻尼单元22电连接。
其中，电磁集能单元21主要用于基于风能进行发电，一方面将风能进行第一阶段的吸收，避免过多的风能引起斜拉索1的振动，另一方面，产生电能后，为磁流变阻尼单元22供能，从而借助磁流变阻尼单元22对风能进行第二阶段的吸收，从而进一步削减风能对斜拉索1的影响，有效地保护了斜拉索1以及与斜拉索1相连的建筑结构。
需要说明的是，风车扇叶25可选用与常规的风车扇片同类型的结构。
必要时，电磁集能单元21以及磁流变阻尼单元22均可采用圆盘形结构，而两者必要时，可采用同一厚度。
本发明实施例中，固定基座23为圆柱体，电磁集能单元21、磁流变阻尼单元22、固定基座23、转动轴24以及风车扇叶25共轴。
本发明实施例中，电磁集能单元21包括：
第一外壳210，第一外壳210内设置有第一腔体211；
包裹在第一腔体211的侧壁上的第一永磁体212；
设置在第一腔体211内部的第一转盘213；
绕设在第一转盘213上的定子线圈214；
其中，转动轴24穿设于第一转盘213上，且转动轴24与第一转盘213固定连接，转动轴24可转动的穿设于第一外壳210以及第一腔体211上，转动轴24、第一外壳210、第一腔体211以及第一转盘213共轴。
当斜拉索1周围风力较大，并且足以带动风车扇叶25时，带动风车扇叶24时，实际上是电磁集能单元21以及磁流变阻尼单元22内的第一转盘213在第一腔体211内发生转动，此时第一转盘213在电磁集能单元21切割磁感线，将一部分风能转化为电能。
本发明实施例中，第一外壳210、第一腔体211以及第一转盘213均为圆盘形结构。
本发明实施例中，磁流变阻尼单元22包括：
第二外壳220，第二外壳220内设置有第二腔体221；
绕设在第二腔体221的侧壁上的励磁线圈222；
设置在第二腔体221内部的剪切板223；
填充在第二腔体221内部的磁流变液224；
其中，转动轴24穿设于剪切板223上，且固定轴23与剪切板223固定连接，转动轴24可转动的穿设于第二外壳220以及第二腔体221上，固定轴23、第二外壳220、第二腔体221以及剪切板223共轴；
电磁集能单元21与励磁线圈222电连接。
本发明实施例中，电磁集能单元21产生的电能供予励磁线圈222，剪切板223相对第二外壳220以及第二腔体221而言是转动的，此时剪切板223的相对转动会受到磁场的阻碍，故而能够进一步消耗风能，减小斜拉索1的抖动程度。
本发明实施例中，第二外壳220、第二腔体221以及剪切板223均为圆盘结构。
本发明实施例中，转动轴24与第二腔体221的衔接处设置有密封圈225。
本发明实施例中，转动轴24与电磁集能单元21以及磁流变阻尼单元22的衔接处，均设置有止推轴承26；
避免本系统在工作过程中，电磁集能单元21以及磁流变阻尼单元22因工作产生的抖动和转动而导致发生位移，故而止推轴承26能在不对本系统的工作造成影响的前提下，为本系统的结构稳定提供保障。
避免本系统在工作过程中，电磁集能单元21以及磁流变阻尼单元22因工作产生的抖动和转动而导致发生位移，故而止推轴承26能在不对本系统的工作造成影响的前提下，为本系统的结构稳定提供保障。
需要说明的是，电磁集能单元21与磁流变阻尼单元22电连接，具体的电连接方式，可以是：
利用一电能传递单元27将定子线圈214与励磁线圈222进行连接，由于定子线圈214与励磁线圈222均随着转动轴24同轴转动，故而两者进行连接时，并不影响转动。
具体的，电能传递单元27包括导线271以及整流模块272，导线271的一端与定子线圈214，导线271的另一端与励磁线圈222连接，而导线271的中段可以铺设在转动轴24上，而整流模块272则可以设置在转动轴24上，设置在导线271的中段；
而整流模块272具体为整流电路。
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)
1.一种风车式斜拉索减振系统，其特征在于，所述减振系统包括：
斜拉索(1)；
多个间隔设置在所述斜拉索(1)上的阻尼减振风车(2)；
所述阻尼减振风车(2)的转动中心与所述斜拉索(1)的中轴线垂直。
2.如权利要求1所述的减振系统，其特征在于，所述阻尼减振风车(2)包括：
风车主体(20)，所述风车主体(20)包括：依次并排设置的电磁集能单元(21)、磁流变阻尼单元(22)以及固定基座(23)，所述电磁集能单元(21)以及所述磁流变阻尼单元(22)均为圆盘形结构，所述固定基座(23)不可转动的套设在所述斜拉索(1)上；
穿设于所述电磁集能单元(21)以及所述磁流变阻尼单元(22)上的转动轴(24)，所述转动轴(24)的一端可转动的插设在所述固定基座(23)内，所述转动轴(24)的另一端伸出所述电磁集能单元(21)的外壁；
设置在所述转动轴(24)自由端，且与所述转动轴(24)同轴转动的风车扇叶(25)；
其中，所述电磁集能单元(21)、所述磁流变阻尼单元(22)、所述转动轴(24)以及所述风车扇叶(25)的中轴线重合；
所述电磁集能单元(21)与所述磁流变阻尼单元(22)电连接。
3.如权利要求2所述的减振系统，其特征在于，所述固定基座(23)为圆柱体，所述所述电磁集能单元(21)、所述磁流变阻尼单元(22)、所述固定基座(23)、所述转动轴(24)以及所述风车扇叶(25)共轴。
4.如权利要求2所述的减振系统，其特征在于，所述电磁集能单元(21)包括：
第一外壳(210)，所述第一外壳(210)内设置有第一腔体(211)；
包裹在所述第一腔体(211)的侧壁上的第一永磁体(212)；
设置在所述第一腔体(211)内部的第一转盘(213)；
绕设在所述第一转盘(213)上的定子线圈(214)；
其中，所述转动轴(24)穿设于所述第一转盘(213)上，且所述转动轴(24)与所述第一转盘(213)固定连接，所述转动轴(24)可转动的穿设于所述第一外壳(210)以及所述第一腔体(211)上，所述转动轴(24)、所述第一外壳(210)、所述第一腔体(211)以及所述第一转盘(213)共轴。
5.如权利要求4所述的减振系统，其特征在于：所述第一外壳(210)、所述第一腔体(211)以及所述第一转盘(213)均为圆盘形结构。
6.如权利要求2所述的减振系统，其特征在于，所述磁流变阻尼单元(22)包括：
第二外壳(220)，所述第二外壳(220)内设置有第二腔体(221)；
绕设在所述第二腔体(221)的侧壁上的励磁线圈(222)；
设置在所述第二腔体(221)内部的剪切板(223)；
填充在所述第二腔体(221)内部的磁流变液(224)；
其中，所述转动轴(24)穿设于所述剪切板(223)上，且所述固定轴(23)与所述剪切板(223)固定连接，所述转动轴(24)可转动的穿设于所述第二外壳(220)以及所述第二腔体(221)上，所述固定轴(23)、所述第二外壳(220)、所述第二腔体(221)以及所述剪切板(223)共轴；
所述电磁集能单元(21)与所述励磁线圈(222)电连接。
7.如权利要求6所述的减振系统，其特征在于：所述第二外壳(220)、所述第二腔体(221)以及所述剪切板(223)均为圆盘结构。
8.如权利要求5所述的减振系统，其特征在于：所述转动轴(24)与所述第二腔体(221)的衔接处设置有密封圈(225)。
9.如权利要求2所述的减振系统，其特征在于：所述转动轴(24)与所述电磁集能单元(21)以及所述磁流变阻尼单元(22)的衔接处，均设置有止推轴承(26)。
10.如权利要求2所述的减振系统，其特征在于：所述风车扇叶(25)迎风设置。
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