CN109818322A - 一种自适应电磁耗能防舞动减振装置 - Google Patents

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田利
付朝阳
刘俊才
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Abstract

本发明公开了一种自适应电磁耗能防舞动减振装置,包括一个外箱体;在外箱体内设有一个铁芯,在铁芯的顶部通过第一弹性装置连接一个固定在外箱体内壁上的安装件,铁芯的底部通过第二弹性装置连接一个活塞,活塞可相对于外箱体上下移动;在安装件内设有一个永久磁极,在所述的活塞内安装有一个永久磁极,两个永久磁极极性相反;在铁芯与外箱体形成的间隙内设有励磁线圈,励磁线圈与安装在箱体内部的控制器及安装在外箱体的电源串联形成闭合回路;在外箱体的上方设有与其相连的上夹持装置,在外箱体下方设有与所述的活塞相连的下夹持装置;在外箱体的内壁上安装有位移监测器,用于监测第一、二弹性装置的位移;所述的位移监测器预控制器相连。

Description

一种自适应电磁耗能防舞动减振装置
技术领域
本发明涉及电力体系输电线路减振领域,尤其涉及一种自适应电磁耗能防舞动减振装置。
背景技术
随着社会经济与工业的迅速发展,国家发展对电力能源的需求迅速增长,输电线路作为电力能源运输的重要载体,保证其安全性和稳定性有十分重要的意义。输电线路舞动是长期以来影响各个地区输电线路安全的重要因素,输电线路中的输电线常年受到风、低温、冰雪等环境气象条件的影响,会发生微风振动,次档距振动、顺线振动和舞动这四个方向的疲劳振动。不仅会导致闪络、跳闸,严重时会导致导线断股、断线、杆塔螺丝松动脱离甚至输电塔倒塌,从而导致重大的电网事故,对社会经济造成严重危害。近年来,输电线路呈现导线截面更大,分裂数更多的趋势,输电线路防舞动的发展趋势更为严峻,因此,解决输电线路的防舞动减振问题,保证输电线路的安全性和稳定性具有重要意义。
目前输电线防舞动措施主要是在输电线上一定距离安装及防舞动减振间隔棒,限制分裂导线之间的相对运动,保持分裂导线的几何形状,对输电线的震荡和微风振动起到一定的控制作用,但其减振效果有限。在风荷载作用下,每一层的输电线受到的惯性力不同,应该考虑不同层导线之间的影响。此外,目前应用于工程实际中的防舞动减振装置主要采用被动控制,考虑到环境荷载的不确定性,被动控制的局限性很大。
发明内容
基于以上研究现状,本发明目的是提供一种自适应电磁耗能防舞动减振装置,旨在根据弹簧位移监测器监测弹簧位移,根据弹簧伸长或缩短的位移大小在线圈中通入相适应的电流,利用电磁效应增大阻尼器的耗能能力,实现结构耗能减振和限位自适应实时控制,以达到耗能减振的目的。
为实现上述目的,本发明采用下述技术方案:
一种自适应电磁耗能防舞动减振装置,包括一个外箱体;
在所述的外箱体内设有一个铁芯,在所述的铁芯的顶部通过第一弹性装置连接一个固定在外箱体内壁上的安装件,铁芯的底部通过第二弹性装置连接一个活塞,所述的活塞下方有活塞杆,活塞杆通过连接杆与下夹持装置连接;所述的活塞可相对于外箱体上下移动;在所述的安装件内设有一个永久磁极,在所述的活塞内安装有一个永久磁极,两个永久磁极极性相反;
在铁芯与外箱体形成的间隙内设有励磁线圈,所述的励磁线圈与安装在箱体内部的控制器及安装在外箱体的电源串联形成闭合回路;
在所述的外箱体的上方设有与其相连的上夹持装置,在所述的外箱体下方设有与所述的活塞相连的下夹持装置;
在所述外箱体的内壁上安装有位移监测器,用于监测第一、二弹性装置的位移;所述的位移监测器预控制器相连。
本发明中提出的自适应电磁耗能防舞动减振装置在使用式,当上、下两侧输电线相对运动时,活塞杆上下运动,铁芯在外箱体内部上下振动,位移监测器将信号传递给控制器,控制器根据位移的大小和方向控制励磁线圈中电流的大小和方向,从而改变箱体内部铁芯的磁通量方向和强度,使铁芯和永久磁铁之间产生不同强度的引力或斥力,从而调节阻尼装置的耗能能力。
本发明的工作原理如下:
假设在所述的安装件内设有一个永久磁极为N极,在所述的活塞内安装有一个永久磁极为S极;将自适应电磁耗能防舞动减振装置安装在上下两层输电线之间,与上下两层输电线的间隔棒相连,当间隔棒上下两层的输电线相对静止时,记此时的第一弹性装置、第二弹性装置状态为平衡状态,控制此时励磁线圈中的电流为零。
当间隔棒上下两层的输电线相对靠近时,带动活塞杆相对外箱体向上运动,两端的第一弹性装置、第二弹性装置缩短,弹簧位移监测器接收信号并将其传递给控制器,控制器控制励磁线圈中的电流方向使铁芯发生电磁感应,铁芯上端形成N极,下端形成S极,同性相斥使装置回到平衡状态,根据第一弹性装置、第二弹性装置位移的大小来控制励磁线圈中电流的大小来控制阻尼器的阻尼效果。
当间隔棒上下两层的输电线相对分开时,带动活塞杆向下运动,两端的第一弹性装置、第二弹性装置伸长,控制器控制励磁线圈中的电流使铁芯上端形成S极,下端形成N极,异性相吸使装置回到平衡状态,励磁线圈中的电流大小由位移大小来控制。
上述的N极和S极可以上下调换一下,工作原理与上述原理相同。
本发明的有益效果是:
本发明基于半主动控制理论提出了一种自适应电磁耗能防舞动减振装置。利用活塞和设有弹簧的铁芯、两个永久磁极以及励磁线圈组成的电磁阻尼器,充分发挥阻尼器材料自身耗能性能,改变了现阶段输电线路防舞动主要采用被动控制的现状,实现更好的控制效果。
本发明通过电磁阻尼器,根据弹簧的实时位移状态,改变铁芯中的电磁感应大小以及方向,来调整阻尼器的耗能能力,给阻尼器提供瞬间改变的阻尼力,可以实现结构减振耗能和限位自适应实时控制,从而达到良好的减振效果。应用太阳能电池板解决了能源供应问题,实现能源的清洁利用。
与其他被动控制的防舞动减振间隔棒相比,本发明构造简单,维护方便,能够实现效果更好的防舞动减振控制,保证结构的安全性和耐久性。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案,下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。
图1为一种自适应电磁耗能防舞动减振装置的正视图;
图2为一种自适应电磁耗能防舞动减振装置的A-A剖面图;
图3为一种自适应电磁耗能防舞动减振装置的B-B剖面图;
图4为一种自适应电磁耗能防舞动减振装置的C-C剖面图;
图5为一种自适应电磁耗能防舞动减振装置的夹持装置细部图。
图6为一种自适应电磁耗能防舞动减振装置的安装示意图。
图中:1外箱体,2铁芯,3励磁线圈,4-1弹簧,4-2弹簧,5-1夹持装置,5-2夹持装置,6-1刚性圆管,6-2刚性圆管,7活塞杆,8控制器,9太阳能电池板,10弹簧位移监测器,11橡胶,12-1永久磁体,12-2永久磁体,13螺栓,14卡环,15绝缘橡胶,16活塞,17上部磁极固定槽,18绝磁橡胶层,19滑片,20导线。
具体实施方式
应该指出,以下详细说明都是例示性的,旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明,本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
需要注意的是,这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式,而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的,除非上下文另外明确指出,否则单数形式也意图包括复数形式,此外,还应当理解的是,当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时,其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
为了方便叙述,本发明中如果出现“上”、“下”、“左”“右”字样,仅表示与附图本身的上、下、左、右方向一致,并不对结构起限定作用,仅仅是为了便于描述本发明和简化描述,而不是指示或暗示所指的设备或元件必须具有特定的方位,以特定的方位构造和操作,因此不能理解为对本发明的限制。
正如背景技术部分所描述的,目前应用于工程实际中的防舞动减振装置主要采用被动控制,考虑到环境荷载的不确定性,被动控制的局限性很大;为保证输电线路的安全性和稳定性,需要研发减振效果更明显的输电线层间防舞动减振间隔棒。近年来,电磁阻尼装置被广泛应用于减振控制领域,电磁效应是指电场和磁场的相互感应效应,通电线圈可以产生磁场,可通过控制通入线圈中的电流大小来控制磁场强度,利用同性相斥异性相吸的原理,利用电磁效应产生的引力或者斥力来调节减振装置的耗能能力,具有耗能能力可调节的优点。
相比其他被动控制装置而言,本装置输入少量能量即可实现更好的减振效果,构造简单,造价经济,具有广泛的应用前景。本发明旨在根据弹簧位移监测器实时监测弹簧位移,根据位移大小在线圈中通入相适应的电流,利用电磁效应增大阻尼器的耗能能力,实现结构耗能减振和限位自适应实时控制,以达到耗能减振的目的。
本发明的一种典型的实施方式中,公开了一种自适应电磁耗能防舞动减振装置,包括一个外箱体;进一步的,外箱体可以采用纤维增强复合材料制成,质轻而硬、绝缘、机械强度高,耐腐蚀,能够减轻线路负担。更近一步的,外箱体内侧设有绝磁橡胶层,防止输电线路中的电流在箱体内部形成磁场,干扰电磁阻尼装置的正常使用。此外,在外箱体底部设有限位挡板防止活塞脱离箱体。
在所述的外箱体内设有一个铁芯,进一步的,铁芯可以设计成圆柱形结构,其外径要小于励磁线圈的内径,使其能在线圈内上下振动。在所述的铁芯的顶部通过第一弹性装置连接一个固定在外箱体内壁上的安装件,铁芯的底部通过第二弹性装置连接一个活塞,所述的活塞可相对于外箱体上下移动;所述的活塞下方有活塞杆,活塞杆通过连接杆与下夹持装置连接。第一弹性装置、第二弹性装置采用弹簧,所述的弹簧材料采用形状记忆合金(Shape memory alloy,简称SMA)。根据输电线的自振频率以及实际情况合理选择铁芯的质量以及记忆合金弹簧的参数和刚度。所述的弹簧上安装有滑片,所述的滑片能够在位移监测器的滑轨内上下移动。所述的活塞与外箱体内壁之间使用绝缘橡胶密封。
上述上夹持装置和下夹持装置结构可以采用相同的结构,各自包括两个关于中心对称的卡环,所述的卡环通过螺栓连接,在两个卡环形成的内圈设有绝缘橡胶。
在所述的安装件内设有一个永久磁极,在所述的活塞内安装有一个永久磁极,两个永久磁极极性相反;上部永久磁铁嵌在安装槽内,安装槽与箱体内壁固接。
在铁芯与外箱体形成的间隙内设有励磁线圈,所述的励磁线圈与安装在箱体内部的控制器及安装在外箱体的电源串联形成闭合回路;在所述的外箱体的上方设有与其相连的上夹持装置,在所述的外箱体下方设有与所述的活塞相连的下夹持装置;在所述外箱体的内壁上安装有位移监测器,用于监测第一、二弹性装置的位移;所述的位移监测器预控制器相连;
当上、下两侧输电线相对运动时,活塞杆上下运动,铁芯在外箱体内部上下振动,弹簧位移监测器将信号传递给控制器,控制器根据位移的大小和方向控制励磁线圈中电流的大小和方向,从而改变箱体内部铁芯的磁通量方向和强度,使铁芯和永久磁铁之间产生不同强度的引力或斥力,从而调节阻尼装置的耗能能力。
实施例1
下面结合具体的附图对本发明进行详细说明:如图1-图5所示,主要由外箱体1、夹持装置5、电磁阻尼装置组成;
外箱体1为一个变截面矩形箱,其顶部封口,底部开口;外箱体1顶部通过刚性圆管6-1与夹持装置5-1连接,夹持装置5-1用于与输电线相连;外箱体1中下部装有可上下移动的活塞16,活塞16上安装有永久磁体12-2,磁性为S极;活塞16四周与外箱体1内壁之间用橡胶11密封,活塞16下部有活塞杆7,活塞杆7通过刚性圆管6-2与下方的夹持装置5-2连接;外箱体1内上部设有安装槽17,安装槽17安装有永久磁体12-1,磁性为N极;安装槽17固结在外箱1内壁上;
外箱体1内中部设有铁芯2,铁芯2上端通过弹簧4-1与外箱体1内上部的安装槽17连接,铁芯2可带动弹簧4-1在外箱体1内上下运动;铁芯2下端通过弹簧4-2与活塞16相连;
外箱体内壁左侧、右侧、前侧或者后侧的上、下部均安装有弹簧位移监测器10;弹簧位移监测器10用于监测上、下弹簧4的位移。
铁芯2外侧设有励磁线圈3,励磁线圈3安装在外箱体1的截面增大处,在安装槽17上部设有控制器8,外箱体1上壁外侧安装有太阳能电池板9,太阳能电池板9与控制器8和励磁线圈3串联形成闭合回路。
当上下两侧输电线相对运动时,活塞杆上下运动,铁芯在外箱体内部上下振动,弹簧位移监测器将信号传递给控制器,控制器根据位移的大小和方向控制励磁线圈中电流的大小和方向,从而改变箱体内部铁芯的磁通量方向和强度,使铁芯和永久磁铁之间产生不同强度的引力或斥力,从而调节阻尼装置的耗能能力。
不难理解的,在其他实施例中,上述的永久磁体12-1和永久磁体12-2的磁性可以进行调换一下,即永久磁体12-2为N极,永久磁体12-1为S极;其工作原理与本实施例完全相同;
不难理解的,在其他实施例中,太阳能电池板9还可以采用现有的电源进行代替,其作用主要是为了供电,因此可以直接采用现有的电池进行供电。
不难理解的,在其他实施例中,控制器8还可以安装在其他位置,并不限定在本实施例中所限定的安装槽17顶部。
更进一步的,上述的安装槽17与外箱体1可以一体成型形成安装槽,也可以是两个安装件通过连接件连接在一起或者直接焊接在一起,形成安装槽;在此不受限制。
进一步的,上述刚性圆管6-1、刚性圆管6-2由卡环14固定,不难理解的,在其他实施例中,刚性圆管6-1、刚性圆管6-2还可以有刚性圆杆、矩形杆、矩形管等进行代替;只要满足刚性要求即可。进一步的,上述的外箱体1可以选择由纤维增强复合材料制成,这种材料制成的箱体质轻而硬、绝缘、机械强度高,耐腐蚀,能够减轻线路负担;当然本领域技术人员也可以根据实际需要选择其他材料进行制作,在此不受限制。
进一步的,上述的外箱体内侧还铺设有绝磁橡胶层18,绝磁橡胶层18防止输电线路中的电流在箱体内部形成磁场干扰电磁阻尼装置的正常使用。
进一步的,上述的外箱体1的下部开口位置还设有限位挡板13,限位挡板13水平设置在外箱体开口位置,其作用主要是为了防止活塞16脱离箱体,对活塞16的位移进行限制。
进一步的,上述的夹持装置5-1、夹持装置5-2结构完全相同,如图5所示,其各自包括两个关于中心对称的卡环14,所述的卡环通过螺栓13连接在一起形成一个矩形框架,在两个卡环14形成的矩形框架的内侧设有绝缘橡胶15;绝缘橡胶15防止输电线路中的电流在矩形框架内部形成磁场,干扰电磁阻尼装置的正常使用。
不难理解的,在其他实施例中,卡环14也可以是一体成型的整体式的矩形框架结构。
优选的,所述的弹簧4-1、弹簧4-2材料采用形状记忆合金(Shape memory alloy,简称SMA);当振动结束后,由于形状记忆合金具有良好的变形恢复能力,使结构恢复到原始状态,避免影响该防舞动减振装置下次使用时的工作性能。
进一步的,在弹簧4-1、弹簧4-2上装有滑片19,滑片19在弹簧位移监测器10的滑轨上上下滑动。
优选的,弹簧位移监测器10可选用现有的直线位移传感器;直线位移传感器上设有滑轨;滑片19可沿着所述的直线位移传感器的滑轨上下滑动。
优选的,铁芯2的质量块为圆柱形,其外径要小于励磁线圈3的内径,使其能在线圈内上下振动。
进一步的,本发明中的根据输电线20的自振频率以及实际情况合理选择铁芯2的质量,以及弹簧4-1、弹簧4-2的参数和刚度。
具体使用时,该减振装置应安装在输电线路上,在档距中相隔一定距离安装,重点用于导线容易产生震动的地区。同时该装置具有构造简单,造价低,易于安装,防舞动控制效果良好等优点;具体的安装方式可以参考图6,下面以附图1中所示的装置为例,对本实施例的工作原理进行说明:
当间隔棒上下两层的输电线20相对静止时,记此时的弹簧4-1、弹簧4-2状态为平衡状态,控制此时励磁线圈3中的电流为零。当间隔棒上下两层的输电线20相对靠近时,带动活塞16相对外箱体1向上运动,两端的弹簧4-1、弹簧4-2缩短,弹簧位移监测器10接收信号并将其传递给控制器8,控制器8控制太阳能电池板9放电,励磁线圈3中的电流方向使铁芯2发生电磁感应,铁芯2上端形成N极,下端形成S极,同性相斥使装置回到平衡状态,根据弹簧位移的大小来控制励磁线圈3中电流的大小来控制电磁阻尼装置的阻尼效果。当间隔棒上下两层的输电线20相对分开时,带动活塞16向下运动,两端的弹簧4-1、弹簧4-2伸长,控制器8控制励磁线圈3中的电流使铁芯2上端形成S极,下端形成N极,异性相吸使装置回到平衡状态,励磁线圈中的电流大小由位移大小来控制。
该装置通过电磁阻尼装置,根据弹簧4-1、弹簧4-2的实时位移状态,改变铁芯中的电磁感应大小以及方向,来调整阻尼器的耗能能力,给阻尼器提供瞬间改变的阻尼力,可以实现结构减振耗能和限位自适应实时控制,从而达到良好的减振效果。同时,应用太阳能电池板解决了能源供应问题,实现能源清洁利用。
该减振装置利用形状记忆合金的超弹性特性,当振动结束后,由于形状记忆合金具有良好的变形恢复能力,使结构恢复到原始状态,避免影响该防舞动减振装置下次使用时的工作性能。
当永久磁体12-2为N极,永久磁体12-1为S极;其工作原理与本实施例完全相同,在此不进行赘述了。
本专利的上述实施方案并不是对本发明保护范围的限定,本专利的实施方式不限于此,凡此种种根据本专利的上述内容,按照本领域的普通技术知识和惯用手段,在不脱离本专利上述基本技术思想前提下,对本专利上述结构做出的其它多种形式的修改、替换或变更,均应落在本专利的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种自适应电磁耗能防舞动减振装置,其特征在于,包括一个外箱体;
在所述的外箱体内设有一个铁芯,在所述的铁芯的顶部通过第一弹性装置连接一个固定在外箱体内壁上的安装件,铁芯的底部通过第二弹性装置连接一个活塞,所述的活塞可相对于外箱体上下移动;在所述的安装件内设有一个永久磁极,在所述的活塞内安装有一个永久磁极,两个永久磁极极性相反;
在铁芯与外箱体形成的间隙内设有励磁线圈,所述的励磁线圈与安装在箱体内部的控制器及安装在外箱体的电源串联形成闭合回路;
在所述的外箱体的上方设有与其相连的上夹持装置,在所述的外箱体下方设有与所述的活塞相连的下夹持装置;
在所述外箱体的内壁上安装有位移监测器,用于监测第一、二弹性装置的位移;所述的位移监测器预控制器相连。
2.如权利要求1所述的自适应电磁耗能防舞动减振装置,其特征在于,所述的外箱体由纤维增强复合材料制成。
3.如权利要求1所述的自适应电磁耗能防舞动减振装置,其特征在于,所述的外箱体内侧设有绝磁橡胶层。
4.如权利要求1所述的自适应电磁耗能防舞动减振装置,其特征在于,所述的外箱体底部设有限位挡板防止活塞脱离所述的外箱体。
5.如权利要求1所述的自适应电磁耗能防舞动减振装置,其特征在于,所述的活塞下方有活塞杆,活塞杆通过连接杆与下夹持装置连接;
进一步的,所述的活塞与外箱体内壁之间使用绝缘橡胶密封。
6.如权利要求1所述的自适应电磁耗能防舞动减振装置,其特征在于,所述的上夹持装置和下夹持装置结构相同,各自包括两个关于中心对称的卡环,所述的卡环通过螺栓连接,在两个卡环形成的内圈设有绝缘橡胶。
7.如权利要求1所述的自适应电磁耗能防舞动减振装置,其特征在于,所述的上部永久磁铁嵌在一个安装槽内,所述的安装槽与箱体内壁固接。
8.如权利要求1所述的自适应电磁耗能防舞动减振装置,其特征在于,所述的弹性装置采用弹簧,所述的弹簧材料采用形状记忆合金。
9.如权利要求8所述的自适应电磁耗能防舞动减振装置,其特征在于,所述的弹簧上安装有滑片,所述的滑片能够在位移监测器的滑轨内上下移动。
10.如权利要求8所述的自适应电磁耗能防舞动减振装置,其特征在于,所述的铁芯为圆柱形,其外径要小于励磁线圈的内径,使其能在线圈内上下振动。
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