CN110629901B - 一种减小水流脉动作用的智能阻尼器及其方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于水利工程技术领域，提供了一种减小水流脉动作用的智能阻尼器及其方法，将智能速度型阻尼器安装在泄槽结构边墙位置，在泄槽边墙与底板连接处安装脉动压力传感器；采集仪采集到的相关脉动压力信息传输给计算机，计算机建立有限元模型，并通过响应面法找出当前水位下最优的阻尼器参数，通过对阻尼器档位的调节实现当前水位下的最优减振控制。该方法可以实现不同水位下，速度阻尼器均具有相对最优的减振效果，提高了速度阻尼器的使用效率。

Description

一种减小水流脉动作用的智能阻尼器及其方法

技术领域

本发明属于水利工程技术领域，特别是涉及减小泄槽结构脉动压力的智能控制技术。

背景技术

粘滞性速度阻尼器是一种无须外部能源输入提供控制力的被动控制装置，能够将地震、风或者水流脉动作用输入结构的大部分能量吸收并消耗，进而保护结构安全。因此，近年来它在结构振动控制中表现出巨大的潜能，并良好的应用在很多重要的工程结构中。

水工结构在泄水过程中往往是从上游向下游排水，水流速度较快，此时产生的水流往往是紊流，因此会伴随脉动压力的产生，脉动压力往往会对水工结构的边墙，底板等产生不同程度的冲击作用，当冲击作用较大，则会引起结构破坏。因此研究脉动压力对水工结构的影响是十分必要的。目前人们对脉动压力的研究主要集中在对其空间尺度和分布规律的研究，但是对于如何基于脉动压力的减振措施方面研究较少。有效减小脉动压力的方法有待进一步研究。

发明内容

本发明目的是提出一种基于水位变化下减小泄槽结构脉动压力的智能阻尼器及其方法，具体技术方案如下：

一种基于水位变化下减小泄槽结构脉动压力的智能阻尼器，由速度阻尼器、脉动压力传感器、采集仪、计算机组成；速度阻尼器的一端连接在泄槽结构边墙的刚撑上，另一端与泄槽外边墙外的地基相连。在刚撑下端(泄槽底板与边墙的连接处)安装脉动压力传感器。脉动压力传感器采集脉动压力信息，并将信息输入到计算机中，计算机根据泄槽结构的有限元模型，计算出当前水位的脉动压力下速度阻尼器减振效果最佳的参数，根据计算机得出的计算结果，调节速度阻尼器的相关参数。脉动应力传感器将采集到的几次不同水位的脉动应力数据，根据几次脉动应力数据，分别得出当前水位下最优的阻尼器减振参数，将几组水位下的最优阻尼器参数绘制成与水位相关的响应面函数。根据每次水位的不同，找出当前水位下最优的阻尼器参数。传统意义上的速度阻尼器是具有固定的阻尼孔，此时阻尼器的参数是固定的。在这里对阻尼孔进行重新调整，设计出变档位的速度型阻尼器，一般情况下，活塞杆上可有一个或多个阻尼孔，将阻尼孔的直径尽可能调整至最小尺寸，在活塞杆中均匀布置n个阻尼孔，设计中可在阻尼孔端部加设挡板进行遮挡，并将挡住的阻尼孔内部液体抽出。由此可知，挡住的阻尼孔的数量将直接影响阻尼器的阻尼参数，即将整个阻尼器设置为n个档位。由于泄槽结构每次泄洪的流量和水位不同，根据水位的变化，将速度阻尼器根据计算机计算的响应面结果调整至当前水位附近最优的参数值，在速度阻尼器中选择接近此参数的合适档位。即可实现在不同水位下速度阻尼器的最优减振效果将每次将采集到的几次不同水位的脉动压力结果下的最优参数。

减小泄槽结构脉动压力的智能控制方法，包括如下步骤：

步骤一，在计算机内建立运算程序，计算机中需要安装ANSYS软件；

步骤二，将速度阻尼器一端安装至泄槽结构横撑部位，另一端安装至边墙外基岩处。将脉动压力传感器安装至连接阻尼器的横撑下方(泄槽结构底板与边墙交界处)；

步骤三，在泄槽泄洪过程中，脉动压力传感器通过采集仪采集到的相关脉动压力数据，将脉动压力数据输入电脑中，并建立相关的泄槽结构的有限元模型；

步骤四，根据当前采集的脉动压力数据，计算得出当前水位下最优的减振参数。调整阻尼器的档位，实现当前水位的下的速度阻尼器最优减振控制；

步骤五，基于几次不同水位下的采集到的脉动压力数据，计算出水位和阻尼器最优参数的响应面函数。此后根据水位的不同，即可根据响应面函数确定最优参数，调整阻尼器档位；

步骤六，当停机或者检修维护关闭系统时，依顺序计算机和采集仪的电源开关。

本发明的效果是提出了一种减小脉动作用下泄槽结构底板和边墙应力的方法。此方法的优点在于不仅仅可以实现减小脉动应力，同时可以根据泄洪水位的不同，将速度阻尼器进行变档位的调节，从而保证在各个水位下阻尼器均能发挥到最优的减振控制效果。

附图说明

图1是速度型阻尼器应用于泄槽结构脉动减振的示意图；

图2是速度阻尼器正视图；

图3是速度阻尼器左视图；

图4是控制前后某典型控制节点的位移对比。

图中：1泄槽结构；2横撑；3脉动压力传感器；4采集仪；5计算机；6智能速度阻尼器；7连接基础的墩台；8阻尼孔挡板；9活塞杆；10阻尼孔。

具体实施方式

以下结合技术方案和附图详细叙述本发明的具体实施方式。

在泄洪状态下由于泄槽结构的底板和边墙会受到水流的冲击作用，脉动压力传感器获取底部位置的脉动压力数据，采集仪采集相应的脉动应力时程数据并输入到计算机中；计算机基于泄槽结构的有限元模型，进行脉动作用的减振分析，得出当前水位下最优的阻尼器设置参数；将速度阻尼器调节至最接近当前水位下最优设置参数的档位进行脉动减振控制；下一次泄水时根据采集仪采集到的脉动应力时程数据，计算出当前水位下最优的阻尼器设置参数；重复前面步骤，将速度阻尼器调节至当前水位下最优设置参数的档位进行脉动减振控制；当具有几个控制水位的脉动应力时程值后，使用计算机计算得出泄洪水位与阻尼器最优参数的响应面函数；根据水位不同，调节阻尼器档位至最优参数附近，实现阻尼器的最优化减振控制。

实施例：

(1)选择速度指数为0.5的粘滞阻尼器安装至泄槽结构中，其中阻尼系数C设置为12个档位，最大值为3600KN/(m/s),最小值为300KN/(m/s)；

(2)提取6m水位的脉动应力时程数据，带入计算机进行有限元脉动减振计算，得出该水位下减振效果最优参数为c＝2100KN/(m/s)；

(3)将速度阻尼器调整至c＝2100KN/(m/s)，可保证此时的速度阻尼器减振效果最优；

(4)提取5m和4.5水位的脉动应力时程数据，带入计算机进行有限元计算，得出该水位下减振效果最优参数分别为c＝1700KN/(m/s)和c＝1350KN/(m/s)；

(5)将速度阻尼器调整至c＝1800KN/(m/s)和c＝1500KN/(m/s)和，可保证此时的速度阻尼器减振效果最优；

(6)基于以上3个泄洪水位数据和最优参数C，建立相应的响应面曲线。

(7)根据每次泄洪水位，在响应面曲线中找出最优的阻尼器参数C，调整速度阻尼器至接近最优参数的档位。阻尼器的控制效果达到最优。

控制结果如图4所示，由此可以看出控制方案能够对有效地减小脉动应力对泄槽结构地板的冲击作用。

Claims (3)

1.一种减小水流脉动作用的智能阻尼器，其特征在于，所述的减小水流脉动作用的智能阻尼器包括智能速度阻尼器(6)、脉动压力传感器(3)、采集仪(4)和计算机(5)；

所述的脉动压力传感器(3)安装在当前的横撑(2)正下方，即泄槽结构(1)底板和边墙的连接处；

所述的智能速度阻尼器(6)一端安装在横撑(2)与边墙的连接处，另一端与连接基础的墩台(7)连接；所述智能速度阻尼器(6)的活塞杆中均匀布置n个阻尼孔，在阻尼孔端部加设挡板进行遮挡，使整个阻尼器设置为n个档位；

所述的采集仪(4)用来采集脉动压力传感器(3)的信息，并将信息输入到计算机(5)中，计算机(5)建立有限元模型，计算得出最优阻尼器参数，调整智能速度阻尼器(6)的输出档位。

2.根据权利要求1所述的减小水流脉动作用的智能阻尼器，其特征在于，计算机根据几个不同水位下的脉动减振最优参数建立水位和最优参数的响应面函数，每次根据泄洪水位的不同在响应面函数中找出最优的阻尼参数，通过调节阻尼孔挡板(8)的位置实现参与阻尼耗能的孔的数量的变化，从而间接控制阻尼器参数，实现不同水位下阻尼器的最优减振设计。

3.一种采用权利要求1所述的智能阻尼器减小泄槽结构脉动压力的方法，其特征在于，步骤如下：

步骤一，在计算机内建立运算程序，计算机(5)中需要安装ANSYS软件和基于采集仪对应软件；

步骤二，连接计算机(5)、采集仪(4)、脉动压力传感器；将脉动压力传感器连接到采集仪(4)的输入通道中，采集仪(4)输出端与计算机(5)的输入端连接；

步骤三，在泄水过程中，手动依次打开采集仪(4)、计算机(5)的电源：

步骤四，控制力矩过程：采集仪(4)将采集到的脉动压力时程数据输入到计算机(5)中，计算机(5)根据有限元模型结合响应面法计算出当前水位下最合适的阻尼器参数，对智能速度阻尼器(6)的档位调节至接近阻尼器最优参数的档位，智能速度阻尼器(6)基于阻尼耗能，实现对泄槽结构(1)的脉动作用的减振控制；

步骤五，当停机或者检修维护关闭系统时，依顺序关闭计算机(5)和采集仪(4)的电源开关。

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