CN110380375B - 一种触发型压电陶瓷耗能间隔棒 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种触发型压电陶瓷耗能间隔棒，将其安装在架空输电线路之间，在环境荷载激励作用下，导线振动带动衔接件相对运动，使得与衔接件圆环外侧固接的套筒内弹簧沿y轴方向往复运动，弹簧另一端所连的带质量小球受到弹簧弹力及重力作用下，击打x轴方向的包裹有柔性吸能材料的杆件，杆件带动另一端通过万向铰连接的块体击打两端连接有弹簧复位装置的定型块体对压电陶瓷片产生压力，产生电流经由电流收集器由导线导入电路箱。电路箱内设置电流感应器判断电流大小，并设置三组并联的开关和有依次增大电阻的线路，实现分级耗能。本装置安装方便、便于拆卸，其耗能能力强，具有广泛的防震作用。
Description
技术领域
本发明属于输电线路工程中输电线间隔的减振控制领域，具体涉及一种弹性击打触发电流控制耗能式减振间隔棒，主要适用于控制输电线路在风荷载作用下的振动现象。
背景技术
输电线路作为保障重要设备正常运行及各地人民群众正常用电的生命线工程至关重要，而在自然条件下，输电线路面对风荷载、雪荷载等时常发生又破坏力极强的恶劣条件时，产生破坏所带来的的后果令各地生命安全缺乏保障、经济效益损失惨重。因此，保护输电线路的研究应该持续进行并不断发展探索，其中减弱导线的微风振动破坏研究是目前输电线路急需解决的关键性问题。
现有技术中目前我国特高压输电线路一般为多分裂，一般需要设置间隔棒来防止高压输电线路的振动。由于在分裂导线上使用整体的间隔棒在有些情况会更容易造成谐振，更容易发生舞动等情况；另外设置悬重锤也是降低舞动的一种方法，但是性价比太低，需要大质量才能降低小部分的输电线振动。
导线的微风振动是一种高频率、低幅度的振动现象，在风速为0.5～10m/s的均匀风垂直吹向导线时，在导线背风面形成稳定的涡流，由于周期性涡流升力分量的作用，使导线发生振动。在输电线路中，微风振动是导致线路损伤的主要原因。其振动具有一定的隐蔽性，有时很难从输电导线外表发现，通常是出现防振器毁坏脱落或疲劳断股后才发现，此时造成的危害已相当严重。输电线路导线舞动是在一定风速条件下发生的一种低频率、大振幅自激振动现象。
由于架空输电线路导线的舞动幅度比较大，导线舞动造成相间闪络与跳闸是最常见的故障。此外导线舞动还会造成导线的断线、断股，导线金具的损坏、铁塔螺栓的松动脱落，更为严重的甚至会造成铁塔基础的破坏以及铁塔的倒塌。
发明内容
为了解决现有技术中存在的技术问题，本发明提供了一种弹性击打触发电流控制耗能式减震间隔棒，通过间隔棒内部的减振设计减小导线振动的负面效果，消耗导线振动所产生的能量。通过将机械能转换为电能并消耗，达到所期待的减振效果。
为实现上述目的，本发明采用下述技术方案：
一种触发型压电陶瓷耗能间隔棒，包括第一衔接件、第二衔接件、控制件和两个电路箱；
所述的控制件包括壳体，在所述壳体内设有一个套管，所述套管顶部延伸到壳体外与第一衔接件刚性连接，在所述的套管内设有一个悬挂在第一衔接件上的弹簧，在所述弹簧底部连接一个质量块，在套管下方设有与其轴向垂直的杆件，杆件的两端分别通过万向铰与击打件相连；在所述的壳体内壁上设有与击打件相对应的被击打件；被击打件的两端通过弹簧与压电发电单元相连，所述的压电发电单元与电能提取与存储单元相连，电能提取与存储单元与耗能装置相连。
进一步的技术方案为：所述的一种弹性击打触发电流控制耗能式减震间隔棒，所述的第一衔接件、第二衔接件各自包括一个本体，在所述的本体上设有连接孔。
更近一步的，所述的圆孔内侧覆盖一层绝缘材料，如橡胶等。
进一步的技术方案为：所述的质量块带有质量的绝缘小球。
进一步的技术方案为：所述的杆件外包裹一定厚度的柔性吸能材料；杆件可以伸缩变换长度。
进一步的技术方案为：所述的击打件、被击打件由绝缘材料制作。
进一步的技术方案为：所述的压电发电单元为压电陶瓷，所述的压电陶瓷电能提取与存储单元相连，所述的电能提取与存储单元通过导线与耗能装置相连。
进一步的技术方案为：所述的耗能装置包括电流感应器、多个并联设置的电阻和多个开关，每个电阻串联一个开关后与所述的电流感应器、电源串联形成回路；通过判断电流大小接通不同开关，从而实现分级减震。耗能装置安装在电路箱内，电路箱安装在所述的壳体内。
进一步的技术方案为：所述的控制件内的与杆件相连的击打块和被击打块为具有一定质量的绝缘块体，被击打块梁端设有用于复位的弹簧，弹簧与压电发电单元连接处涂有绝缘涂层。
进一步的技术方案为：所述的电路箱外箱为轻质绝缘材料，导线长度可根据实际情况确定。
进一步的技术方案为：所述的控制件内杆件连接的滑动部分可根据实际情况改变竖向尺寸。
本发明的工作原理如下：
将该弹性击打触发电流控制减震间隔棒安装在架空输电线路之间，在环境荷载激励作用下，导线振动带动衔接件相对运动，使得与衔接件圆环外侧固接的套筒内弹簧沿y轴方向往复运动，弹簧另一端所连的带质量小球受到弹簧弹力及重力作用下，击打x轴方向的包裹有柔性吸能材料的杆件，杆件带动另一端通过万向铰连接的击打件击打两端连接有弹簧复位装置的被击打件，进而对压电陶瓷片产生压力，产生电流经由电流收集器由导线导入电路箱。电路箱内设置电流感应器判断电流大小，并设置三组并联的开关和有依次增大电阻的线路，实现分级耗能。
本发明的有益效果是：
1.本发明通过不同电阻实现分级耗能。不同振动剧烈程度下，弹簧振动幅度与之成正比关系，相应由质量小块与压电陶瓷产生的压力或挤压次数也与振动剧烈程度成正比，则由电流收集器对电流进行累积收集，达到标准一时打开S1使电流通过R1耗能，电流累积达到标准二时打开S1和S2使电流通过R1和R2共同耗能，电流累积达到标准三时同时打开三个开关，使电流同时通过三个电阻共同耗能。
2.本发明利用压电陶瓷将振动产生的机械能有效转换为电能并消耗。
3.本发明整体质量较轻，对输电线路负担较小，同时设计合理，安装维护简单，具有良好的应用前景。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实例或现有技术中的技术方案，下面将对实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为一种弹性击打触发电流控制耗能式减震间隔棒；
图2为设备内电路箱线路图；
图1中：1衔接件，2套管，3弹簧，4质量小球，5压电陶瓷，6电流收集器，7导线，8电路箱，9轻质杆件，10第一块体，11第二块体,12万向铰，13固定螺栓，14壳体，15衔接件，16电路箱。
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/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。
术语解释部分：本发明中的术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或为一体，可以是机械连接，也可以是电连接，可以是直接连接，也可以是通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部连接，或者两个元件的相互作用关系，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明的具体含义。
本发明中的“击打件”“被击打件”是表示其状态是击打或者被击打，并不代表有特定含义，其实质是普通的质量块。
本申请的一种典型的实施方式中，如图1所示，一种弹性击打触发电流控制耗能式减震间隔棒，包括两个衔接件1、一个控制件和两个电路箱8；
所述的控制件包括壳体14，在所述壳体14内设有一个套管2，所述套管2顶部延伸到壳体外与上部的衔接件1刚性连接，在所述的套管2内设有一个悬挂在衔接件1上的弹簧3，在所述弹簧底部连接一个质量块4，在套管下方设有与其轴向垂直的杆件9，杆件9的两端分别通过万向铰12与击打件11相连；在所述的壳体内壁上设有与击打件相对应的被击打件10；被击打件10的两端通过弹簧与压电发电单元5相连，所述的压电发电单元5与电能提取与存储单元6相连，电能提取与存储单元与耗能装置相连；衔接件14安装在壳体底部。
进一步的技术方案为：所述的一种弹性击打触发电流控制耗能式减震间隔棒，所述的衔接件1、衔接件14各自包括一个本体，在所述的本体上设有连接孔；若本体的材料为非绝缘材料，则在所述的圆孔内侧覆盖一层绝缘材料，如橡胶等；若本体的材料为绝缘材料，则不需在圆孔内设置绝缘材料。
本实施例中的衔接件1和衔接件14设计两个完全相同的连接孔，整体形成一个圆环结构，上方的衔接件1与控制件内套管2固接，固接的方式优选的焊接在一起，弹簧3与衔接件1圆环外侧相连，优选的的方式焊接在一起。
进一步的技术方案为：所述的质量块可以设计为带有一定质量的绝缘小球，或者别的形状均可；其与弹簧的连接方式可以是焊接或者是别的方式。
进一步的技术方案为：杆件9外包裹一定厚度的柔性吸能材料；杆件9，与两侧击打块11以万向铰12方式相连，杆件可以伸缩变换长度。
本实施例中所述的击打件、被击打件由绝缘材料制作，为具有一定质量的绝缘块体；其中击打件采用块状结构，被击打件也采用块状结构，在该块状结构中手击打的面向块内部凹陷，具体的可以参考图1中的被击打件10的形状；被击打块梁端设有用于复位的弹簧，弹簧与压电发电单元连接处涂有绝缘涂层。
优选的，本实施例中的压电发电单元可以选择为压电陶瓷，所述的压电陶瓷与电能提取与存储单元相连，所述的电能提取与存储单元通过导线与耗能装置相连；弹簧与压电陶瓷5连接处涂有绝缘涂层。
本发明公开的实施例中的耗能装置包括两个，分别放在电路箱8和电路箱16中；电路箱8内的耗能装置与和其对应的压电陶瓷相连，例如图1中左侧的压电陶瓷；电路箱16中的耗能装置与和其对应的右侧的压电陶瓷相连。耗能装置的具体结构如图2所示，包括电流感应器、多个并联设置的电阻和多个开关，每个电阻串联一个开关后与所述的电流感应器、电源串联形成回路；通过判断电流大小接通不同开关，从而实现分级减震。
在本实施例的图2中设置了三个电阻，三个电阻的大小依次增大；其中由电流感应器判断流入线路的电流大小并控制开关S1、S2和S3，由电流收集器对电流进行累积收集，达到标准一时打开S1使电流通过R1耗能，电流累积达到标准二时打开S1和S2使电流通过R1和R2共同耗能，电流累积达到标准三时同时打开三个开关，使电流同时通过三个电阻共同耗能。当然不难理解的，在其他实施例中，还可以设置更多个电阻，实现多级减震。
优选的，所述的电路箱8外箱为轻质绝缘材料，导线长度可根据实际情况确定。
进一步的技术方案为：所述的控制件内杆件连接的滑动部分(击打块、被击打块以及万向铰)可根据实际情况改变竖向尺寸；杆件可以伸缩变换长度。
本实施中将该弹性击打触发电流控制减震间隔棒安装在架空输电线路之间，在环境荷载激励作用下，导线振动带动衔接件相对运动，使得与衔接件圆环外侧固接的套筒内弹簧沿y轴方向往复运动，弹簧另一端所连的带质量小球受到弹簧弹力及重力作用下，击打x轴方向的包裹有柔性吸能材料的杆件，杆件带动另一端通过万向铰连接的击打件击打两端连接有弹簧复位装置的被击打件，进而对压电陶瓷片产生压力，产生电流经由电流收集器由导线导入电路箱。电路箱内设置电流感应器判断电流大小，并设置三组并联的开关和有依次增大电阻的线路，实现分级耗能。
本发明通过不同电阻实现分级耗能。不同振动剧烈程度下，弹簧振动幅度与之成正比关系，相应由质量小块与压电陶瓷产生的压力或挤压次数也与振动剧烈程度成正比，则由电流收集器对电流进行累积收集，达到标准一时打开S1使电流通过R1耗能，电流累积达到标准二时打开S1和S2使电流通过R1和R2共同耗能，电流累积达到标准三时同时打开三个开关，使电流同时通过三个电阻共同耗能。
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 (9)
1.一种触发型压电陶瓷耗能间隔棒，其特征在于，包括第一衔接件、第二衔接件和控制件；
所述的控制件包括壳体，在所述壳体内设有一个套管，所述套管顶部延伸到壳体外与第一衔接件刚性连接，在所述的套管内设有一个悬挂在第一衔接件上的弹簧，在所述弹簧底部连接一个质量块，在套管下方设有与其轴向垂直的杆件，杆件的两端分别通过万向铰与击打件相连；在所述的壳体内壁上设有与击打件相对应的被击打件；被击打件的两端通过弹簧与压电发电单元相连，所述的压电发电单元与电能提取与存储单元相连，电能提取与存储单元与耗能装置相连；
所述的耗能装置包括电流感应器、多个并联设置的电阻和多个开关，每个电阻串联一个开关后与所述的电流感应器、电源串联形成回路；电流感应器通过判断电流大小接通不同开关，从而实现分级减震。
2.如权利要求1所述的触发型压电陶瓷耗能间隔棒，其特征在于，所述的第一衔接件、第二衔接件各自包括一个本体，在所述的本体上设有连接孔。
3.如权利要求2所述的触发型压电陶瓷耗能间隔棒，其特征在于，所述的连接孔内侧覆盖一层绝缘材料。
4.如权利要求1所述的触发型压电陶瓷耗能间隔棒，其特征在于，所述的质量块带有质量的绝缘小球。
5.如权利要求1所述的触发型压电陶瓷耗能间隔棒，其特征在于，所述的杆件外包裹柔性吸能材料；
所述杆件可伸缩变换长度。
6.如权利要求1所述的触发型压电陶瓷耗能间隔棒，其特征在于，所述的击打件、被击打件由绝缘材料制作。
7.如权利要求1所述的触发型压电陶瓷耗能间隔棒，其特征在于，所述的压电发电单元为压电陶瓷，所述的压电陶瓷电能提取与存储单元相连，所述的电能提取与存储单元通过导线与耗能装置相连。
8.如权利要求1所述的触发型压电陶瓷耗能间隔棒，其特征在于，耗能装置安装在电路箱内，电路箱安装在所述的壳体内。
9.如权利要求1所述的触发型压电陶瓷耗能间隔棒，其特征在于，所述的击打块和被击打块为具有质量的绝缘块体。
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