CN111119552A - 一种通信铁塔防倒塌装置 - Google Patents

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Abstract

本发明属于通信铁塔领域，涉及一种通信铁塔防倒塌装置，包括风车，设于通信铁塔的棱边上，作用于通信铁塔横向风，以使风向发生偏移；风车安装组件，包括固定于通信铁塔的棱边上的支撑架，风车安装于支撑架上，并能发生相对支撑架的转动。本申请的装置通过对通信铁塔的横向风力荷载进行风向转移降低通信铁塔的横向荷载。

Description

一种通信铁塔防倒塌装置
技术领域
本发明属于通信铁塔领域，涉及一种通信铁塔防倒塌装置。
背景技术
通信铁塔属于高耸结构的范畴，在平面上具有完全的对称性。通讯塔架这种柔性结构具有较长的周期，因此其在风荷载作用下的动力响应十分显著，风荷载会是引起通信铁塔的震动和侧向位移。目前，全国在用通信铁塔约为200度万基，而近几年铁塔倒塌破坏事故频发，造成严重经济损失。
现有技术为解决上述技术问题主要采用实时监控、拉杆形式等，其更多的是预防。而没有实际上直接能够作用通信铁塔并防止其倒塌的装置。
发明内容
本申请提供一种通信铁塔防倒塌装置，其通过对通信铁塔的横向风力荷载进行风向转移降低通信铁塔的横向荷载。
为实现上述技术目的，本申请采取的技术方案为，一种通信铁塔防倒塌装置，包括
风车，设于通信铁塔的棱边上，作用于通信铁塔横向风，以使风向发生偏移；定义，通信铁塔的棱边为通信铁塔的支柱，即用于承受通信铁塔自重、设备荷载和风荷载的主材；定义，风车是将风能转换为机械功的动力机械；
风车安装组件，包括固定于通信铁塔的棱边上的支撑架，风车安装于支撑架上，并能发生相对支撑架的转动。
作为本申请改进的技术方案，所述风车中心轴的输出端连接风力发电机；定义输出端为风车中心轴相对于风车安装端的另一端。
作为本申请改进的技术方案，所述风力发电机的外围设有磁场屏蔽装置。
作为本申请改进的技术方案，所述通信铁塔的棱边上设有防护套，所述防护套为刚性结构。
作为本申请改进的技术方案，所述防护套与通信铁塔的棱边之间留有间隙，间隙中填充弹性元件；所述弹性元件具有沿防护套径向方向的弹性作用力。
作为本申请改进的技术方案，所述防护套的内径大于通信铁塔棱边的最大直径，以使防护套与通信铁塔的棱边之间留有间隙；所述间隙中填充弹性元件；所述弹性元件具有沿防护套径向方向的弹性作用力。
作为本申请改进的技术方案，当通信铁塔的棱边为圆管状时，所述防护套的内径小于通信铁塔的棱边的内径，以使防护套与通信铁塔的棱边之间留有间隙；所述间隙中填充弹性元件；所述弹性元件具有沿防护套径向方向的弹性作用力。
作为本申请改进的技术方案，所述弹性元件在沿防护套轴向方向的断面具有波浪结构。
作为本申请改进的技术方案，所述防护套有多个，多个防护套竖向分布于通信铁塔的棱边上。
作为本申请改进的技术方案，所述通信铁塔的棱边上设有防护套，防护套的内径大于通信铁塔的内径，以使二者之间留有间隙，间隙中填充有SMA弹性元件；SMA弹性元件在第一形状下沿防护套轴向方向的断面具有沿防护套轴向方向的波浪结构，在第二形状下沿防护套轴向方向的断面具有沿防护套轴向方向间隔式分布的若干个方形凸起；其中，波浪结构与方形凸起具有相同高度；
风车中心轴的输出端连接有摩擦生热主动盘；摩擦生热主动盘压力式作用于摩擦生热被动盘，并在风车转动时，促使摩擦生热被动盘摩擦生热；摩擦生热被动盘连接于SMA弹性元件，实现热传递，以使在SMA弹性元件达到相变温度时，SMA弹性元件从第一形状变为第二形状。
有益效果
本申请的装置其在预防通信铁塔倒塌时采用两个主要手段，其一，对通信铁塔易倒塌段进行风向转移(通信铁塔的易倒塌段通过现有技术模型模拟手段是能够预测出来的，具体计算或模拟属于现有技术，本申请仅对其进行应用)；其二，对通信铁塔易倒塌段进行辅助支撑。
具体是，本申请一是通过风车实现横向风力的方向转化，二是利用风能加热SMA弹性元件，实现风能的利用；三是利用刚性结构对通信铁塔棱边进行辅助支撑，避免断裂，并通过间隙中填充的SMA弹性元件分散让通信铁塔发生弯曲的局部作用力。
另外，本申请中，风车、防护套、风车支撑组件等挂件均可采用轻质材料，以避免对通信铁塔挂件的过度增重。
附图说明
图1绘示本申请的一种通信铁塔防倒塌装置的结构示意图；图中，1、通信铁塔；2、风车。
图2绘示本申请一种通信铁塔防倒塌装置实施例1的风车安装结构图；图中：2、风车；3、横架；4、脚架；5、风力发电机。
图3绘示通信铁塔的棱边设置防护套的一种安装方式；图中：6、通信铁塔棱边；7、防护套；8、弹性元件；
图4绘示通信铁塔的棱边设置防护套的一种安装方式；图中：6、通信铁塔棱边；7、防护套；8、弹性元件；
图5绘示本申请通信铁塔防倒塌装置中SMA弹性元件的一种形变方式；图中，9、SMA弹性元件第一形状；10、SMA弹性元件第二形状；
图6绘示本申请实施例6中风车中心轴的输出端的摩擦生热结构；图中：11、摩擦生热主动盘；12、摩擦生热被动盘；13、风车中心轴；14、保温箱；15、热管。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的和技术方案更加清楚，下面将结合本发明实施例的附图，对本发明实施例的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于所描述的本发明的实施例，本领域普通技术人员在无需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。
本技术领域技术人员可以理解，除非另外定义，这里使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)具有与本发明所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义，并且除非像这里一样定义，不会用理想化或过于正式的含义来解释。
本发明中所述的“连接”的含义可以是部件之间的直接连接也可以是部件间通过其它部件的间接连接。
通信铁塔主要分为角钢塔、三管塔、四管塔、仿生塔和抱杆等。
例1
如图1所示，一种通信铁塔防倒塌装置，其原理主要是通过风车将通信铁塔受到的横向风通过风车进行转向分散，降低通信铁塔的横向荷载。
装置，包括
风车，设于通信铁塔的棱边上，作用于通信铁塔横向风使其风向发生偏移；
风车安装组件，包括固定于通信铁塔的棱边上的支撑架，风车安装于支撑架上，并能发生转动。
实施例1
一种通信铁塔防倒塌装置，常规情况下如三角塔、四角塔等通信铁塔在安装过程中拥有至少三条棱边(一般为圆管状棱边)，本实施例在每条棱边易断裂处或者高耸部位安装风车(易断裂处可通过计算得到，也可以通过模型模拟得到，具体方式可采用现有技术任何手段，本申请不做强调)；风车朝向通信铁塔外。
为了保证风车能够对通信铁塔棱边的全覆盖，优选地，保证所有风车2转动过程的中心轴线在通信铁塔该段横截面的中心位置交叉。
为了提高通信铁塔的美观性，风车可选用芦苇叶风车、彩色风车(风车表面刷各类自由发挥的颜色)、太阳花风车，等各类具有美观性的风车，本申请不做一一列举。
优选地，所述风车2的叶片选用轻质叶片。
风车安装组件包括支撑架，风车安装于支撑架包括脚架4与横架3；脚架垂直于通信铁塔棱边、横架平行于通信铁塔的棱边，横架上设有供风车的中心轴通过的安装孔，风车通过轴承与安装孔的配合安装于横架上。
或者风车安装组件包括支撑架，支撑架可采用垂直于通信铁塔棱边的直杆或三角架；直杆或三角架的顶端设有球形容纳腔，风车的中心轴端头设有转动球，转动球间隙配合安装于球形容纳腔中，在风力作用下，风车叶片带动转动球在球形容纳腔中转动。
实施例2
如图2所示，为了实现对风能的回收利用，每个风车的中心轴的输出端连接于风力发电机5(微型风力发电机)。
例如，可在风车对应的通信铁塔棱边的内侧设置风力发电机，为了避免风力发电过程中对信号的影响，可在风力发电机的外围设置磁场屏蔽装置(如在风里发电机外围包裹一层磁场屏蔽材料)。
例2
另一种，可采用防护套的形式将通信铁塔的局部受力分散为一定面积受力，降低通信铁塔局部因过大横向荷载发生弯曲甚至断裂。具体的一种通信铁塔防倒塌装置，包括防护套，防护套为刚性结构，并设于通信铁塔棱边上(尤其是计算得到的易断部位)。
为了实现一定的缓冲，防护套与通信铁塔棱边之间留有间隙，防护套与通信铁塔之前的间隙中填充若干个弹性元件。防护套具有一定长度，一般设置为不小于0.3m。优选地，防护套为刚性结构。弹性元件具有沿防护套径向方向的作用力，以实现对通信铁塔棱边局部实现力的缓冲与分散。
弹性元件可选用沿防护套径向方向的弹簧、弹性硅胶片、橡胶或金属波纹管等结构。
当通信铁塔被横向荷载作用发生潜在弯曲时，弹性元件对通信铁塔施行一定的弯曲阻力；当横向荷载过大时，防护套的刚性结构能阻止防护套段的通信铁塔棱边的继续折弯，实现保护，降低通信铁塔的弯曲程度，更主要的是避免断裂。
实施例3
通信铁塔的棱边设置防护套，防护套为金属套。所述防护套与通信铁塔的棱边之间留有间隙，间隙中填充弹性元件；所述弹性元件具有沿防护套径向方向的弹性作用力，用于缓冲通信铁塔的局部摇摆弯曲。
特别强调，弹性元件弹性作用力是沿防护套与通信铁塔棱边的径向方向进行的。
如图3当通信铁塔棱边为圆管状或角钢状，也可为其他任意形状，防护套7可设置在通信铁塔棱边6的外围，即防护套的内径大于通信铁塔棱边的最大直径，以使防护套与通信铁塔的棱边之间留有间隙；所述间隙中填充弹性元件8；所述弹性元件具有沿防护套径向方向的弹性作用力。
如图4，当通信铁塔的棱边6为圆管状时，所述防护套7的内径小于通信铁塔棱边6的内径，以使防护套与通信铁塔的棱边之间留有间隙；所述间隙中填充弹性元件8；所述弹性元件具有沿防护套径向方向的弹性作用力。
优选地，防护套有若干个，若干个防护套均匀分散在受横向荷载较多的高耸部位，即在横向荷载较大时，一段发生弯曲或潜在弯曲，该段防护套对其进行保护。
本实施例的弹性元件可采用梅花垫、囊式结构、沿防护套轴向方向的断面具有沿防护套轴向方向间隔式分布的若干个方形凸起的弹性元件、
实施例4
本实施例的原理是将风能的利用与防护套对通信铁塔的保护作用进行结合。可表述为，将风能转化为热能，利用热能加热防护套与通信铁塔棱边之间填充的SMA弹性元件，使SMA弹性元件由弹性结构变为非弹性结构。
一种通信铁塔防倒塌装置，所述通信铁塔的棱边上设有防护套，防护套的内径大于通信铁塔的内径，以使二者之间留有间隙，间隙中填充有SMA弹性元件；如图5所示，在SMA弹性元件第一形状9下SMA弹性元件沿防护套轴向方向的断面具有沿防护套轴向方向的波浪结构，在SMA弹性元件第二形状10下SMA弹性元件沿防护套轴向方向的断面具有沿防护套轴向方向间隔式分布的若干个方形凸起；其中，波浪结构与方形凸起具有相同高度；
如图6所示，风车中心轴13的输出端的摩擦生热结构，具体为风车中心轴的输出端连接有摩擦生热主动盘11；摩擦生热主动盘压力式作用于摩擦生热被动盘，并在风车转动时，促使摩擦生热被动盘12摩擦生热；摩擦生热被动盘连接于SMA弹性元件(本实施例中摩擦生热被动盘通过热管15连接于SMA弹性元件)，实现热传递，以使在SMA弹性元件达到相变温度时，SMA弹性元件从第一形状变为第二形状；
所述摩擦生热被动盘12相对于通信铁塔棱边固定，即其可固定在支撑架上，也可固定在通信铁塔的棱边上。
一种通信铁塔防倒塌装置，包括
风车，风车的中心轴以能转动的方式安装于通信铁塔棱边，风车中心轴的另一端设有摩擦生热主动盘11。风车在通信铁塔棱边上的安装方式可采用现有技术任何手段。风车在通信铁塔棱边上的安装方式可采用通过轴承被支撑架支撑后延伸至通信铁塔内侧，支撑架为实施例1中带有脚架与横架的支撑架；也可采用三脚架，三脚架的端头设有风车安装轴承，三脚架的三个脚固定在通信铁塔上；摩擦生热主动盘为耐磨材质，如表面附有碳化铬的金属盘、高锰钢、附有碳化钨的金属盘等耐磨金属材质盘，也可采用表面附有耐磨金属材质的橡胶盘、硅胶盘等(主要用于降低成本与通信铁塔挂件质量)；
摩擦生热被动盘12固定连接于支撑架上或者通信铁塔棱边上，摩擦生热主动盘11与摩擦生热被动盘12呈接触压力式接触；摩擦生热被动盘12为耐磨金属材质，如表面附有碳化铬的金属盘、高锰钢、碳化钨等。为了避免热量迅速流失，摩擦生热主动盘11与摩擦生热被动盘14均安装于保温箱中，风车中心轴能发生相对保温箱的转动，保温箱14固定在支撑架上或者通信铁塔棱边上。优选的保温箱14为轻质硬质材合金为外壳，内置保温层。
所述通信铁塔的棱边上设有防护套，防护套的内径大于通信铁塔的内径，以使二者之间留有间隙，间隙中填充有SMA弹性元件；SMA弹性元件在第一形状下沿防护套轴向方向的断面，具有沿防护套轴向方向的波浪结构；在第二形状下沿防护套轴向方向的断面，具有沿防护套轴向方向间隔式分布的若干个方形凸起；其中，波浪结构与方形凸起具有相同高度。摩擦生热被动盘通过热管或传热丝连接于SMA弹性元件，以为SMA弹性元件提供形变热能。优选地，方形凸起的各边为弧形边。
原理说明，SMA弹性元件为第一形状时，当通信铁塔棱边发生弯曲时，SMA弹性元件对通信铁塔的支撑为点支撑，其具有一定的弹性，即其通过阻尼作用与较弱的力分散作用实现对当前位置通信铁塔棱边受力的分解与消耗。SMA弹性元件为第二形状时，由于方形凸起结构，使得通信铁塔棱边与SMA弹性元件为面接触，多个面接触能够直接分散通信铁塔棱边受力，即将通信铁塔棱边受力传递至凸起结构的端面上，有效避免通信铁塔当前位置棱边的局部弯曲与断裂。
其工作过程体现为，当通信铁塔受到风的作用时，大部分风先作用于风车上，风车转动时带动其中心轴转动；当风力较弱时，中心轴转动受到摩擦生热被动盘的阻挠，风车发生微转动，风力将通过风车叶片直接变向；当风力较强时，中心轴转动时带动摩擦生热主动盘与摩擦生热被动盘发生摩擦，摩擦生热后，热力通过热传导丝/热管传递至SMA弹性元件，促使SMA弹性元件由第一形状变为第二形状，实现防护套对通信铁塔棱边的硬性支撑。
优选地，摩擦生热被动盘12内置于保温箱中，保温箱固定在通信铁塔棱边相对于风车的内侧；传热丝至少有两根，传热丝随机穿过防护套后连接至SMA弹性元件元件的两端。传热丝可采用热管代替。
这里保温箱的作用，一是避免摩擦生热过程中热量的流失，二是避免摩擦生热的热传递至通信铁塔棱边，影响通信铁塔的性能。
以上仅为本发明的实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些均属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种通信铁塔防倒塌装置，其特征在于，包括
风车，设于通信铁塔的棱边上，作用于通信铁塔横向风，以使风向发生偏移；定义，通信铁塔的棱边为通信铁塔的支柱，即用于承受通信铁塔自重、设备荷载和风荷载的主材；定义，风车是将风能转换为机械功的动力机械；
风车安装组件，包括固定于通信铁塔的棱边上的支撑架，风车安装于支撑架上，并能发生相对支撑架的转动。
2.根据权利要求1所述的一种通信铁法防倒塌装置，其特征在于，所述风车中心轴的输出端连接风力发电机；定义输出端为风车中心轴相对于风车安装端的另一端。
3.根据权利要求2所述的一种通信铁塔防倒塌装置，其特征在于，所述风力发电机的外围设有磁场屏蔽装置。
4.根据权利要求1所述的一种通信铁塔防倒塌装置，其特征在于，所述通信铁塔的棱边上设有防护套，所述防护套为刚性结构。
5.根据权利要求4所述的一种通信铁塔防倒塌装置，其特征在于，所述防护套与通信铁塔的棱边之间留有间隙，间隙中填充弹性元件；所述弹性元件具有沿防护套径向方向的弹性作用力。
6.根据权利要求4所述的一种通信铁塔防倒塌装置，其特征在于，所述防护套的内径大于通信铁塔棱边的最大直径，以使防护套与通信铁塔的棱边之间留有间隙；所述间隙中填充弹性元件；所述弹性元件具有沿防护套径向方向的弹性作用力。
7.根据权利要求4所述的一种通信铁塔防倒塌装置，其特征在于，当通信铁塔的棱边为圆管状时，所述防护套的内径小于通信铁塔的棱边的内径，以使防护套与通信铁塔的棱边之间留有间隙；所述间隙中填充弹性元件；所述弹性元件具有沿防护套径向方向的弹性作用力。
8.根据权利要求5、6或7所述的一种通信铁塔防倒塌装置，其特征在于，所述弹性元件在沿防护套轴向方向的断面具有波浪结构。
9.根据权利要求4所述的一种通信铁塔防倒塌装置，其特征在于，所述防护套有多个，多个防护套竖向分布于通信铁塔的棱边上。
10.根据权利要求1所述的一种通信铁塔防倒塌装置，其特征在于，
所述通信铁塔的棱边上设有防护套，防护套的内径大于通信铁塔的内径，以使二者之间留有间隙，间隙中填充有SMA弹性元件；SMA弹性元件在第一形状下沿防护套轴向方向的断面具有沿防护套轴向方向的波浪结构，在第二形状下沿防护套轴向方向的断面具有沿防护套轴向方向间隔式分布的若干个方形凸起；其中，波浪结构与方形凸起具有相同高度；
风车中心轴的输出端连接有摩擦生热主动盘；摩擦生热主动盘压力式作用于摩擦生热被动盘，并在风车转动时，促使摩擦生热被动盘摩擦生热；摩擦生热被动盘连接于SMA弹性元件，以使在SMA弹性元件达到相变温度时，SMA弹性元件从第一形状变为第二形状。
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