CN112303165B - 一种用于变压器类设备的隔震装置和隔震方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种用于变压器类设备的隔震装置和隔震方法，包括多个三维隔震装置和水平限位机构；多个三维隔震装置设置于变压器类设备与基础之间，水平限位机构设置于三维隔震装置外侧；三维隔震装置包括水平隔震装置和竖向减震装置，本发明对竖向地震作用起到较好的隔震效果，避免地震作用向变压器类设备传递，隔震效果好，减小了对变压器类设备的损坏，且能够用于设有斜向布置的变压器套管。本发明施工方便，工程造价相对低廉，减震与隔震机理明确，结构造型简洁，易于生产加工，能够有效降低变压器类设备的地震反应，保护变压器类设备在地震作用下的安全性和稳定性，具有广阔的工程应用空间。

Description

一种用于变压器类设备的隔震装置和隔震方法

技术领域

本发明涉及防灾减灾技术领域，具体涉及一种用于变压器类设备的隔震装置和隔震方法。

背景技术

中国位于亚欧地震带和环太平洋地震带之间，属于地震多发国家。近几年震害调研显示，电气设备尤其是陶瓷材料构成的电气设备在地震作用下具有较高的易损性。变压器类设备具有体积和重量大等特点，且套管多由陶瓷材料组成，在地震作用下承受较大的地震力，易造成变压器套管损坏或使设备产生较大的位移而丧失电气功能。为减轻变压器类设备的震害，在以往研究中往往在变压器类设备与基础之间安装隔震装置，从而降低变压器类设备的地震响应，但以往应用于变压器类设备的隔震装置为二维隔震装置，只能减小地震作用下变压器类设备的水平地震响应，对竖向地震作用起不到隔震效果，导致地震作用向上部变压器类设备传递，隔震效果差，且对变压器类设备造成严重损坏。对只有竖向布置的变压器套管来说，其竖向地震响应相对水平向来说较小，二维隔震装置能满足工程需求，但不能用于设有斜向布置的变压器套管。

发明内容

为了克服上述现有技术中实用性及隔震效果差的不足，本发明提供一种用于变压器类设备的隔震装置和隔震方法，包括多个三维隔震装置和水平限位机构；多个三维隔震装置均匀设置于变压器类设备与基础之间，水平限位机构设置于三维隔震装置外侧；三维隔震装置包括水平隔震装置和竖向减震装置；竖向减震装置消耗部分竖向地震能量向变压器类设备的传递；水平隔震装置阻止部分水平地震能量向变压器类设备的传递，本发明对竖向地震作用起到较好的隔震效果，避免地震作用向上部变压器类设备传递，隔震效果好，减小了对变压器类设备的损坏，且能够用于设有斜向布置的变压器套管。

为了实现上述发明目的，本发明采取如下技术方案：

一方面，本发明提供一种用于变压器类设备的隔震装置，包括多个三维隔震装置和水平限位机构；

所述多个三维隔震装置均匀设置于变压器类设备与基础之间，所述水平限位机构设置于三维隔震装置外侧；

所述三维隔震装置包括水平隔震装置和竖向减震装置；

所述竖向减震装置消耗部分竖向地震能量向变压器类设备的传递；

所述水平隔震装置阻止部分水平地震能量向变压器类设备的传递。

所述三维隔震装置还包括连接水平隔震装置和竖向减震装置的中间连接板。

所述水平隔震装置包括支座和下翼缘板。

所述支座的顶端和变压器类设备连接，其底端通过下翼缘板与基础连接；

所述支座采用叠层橡胶钢板。

所述水平限位机构包括水平限位支撑和安装在水平限位支撑顶部的橡胶垫，所述水平限位支撑底端连接基础。

所述橡胶垫的中心线高度与中间连接板的中心线高度一致。所述竖向减震装置包括上套筒、下套筒、弹性构件、铅芯和上翼缘板；

所述上套筒的顶部与上翼缘板的连接，所述下套筒的底部与中间连接板连接；

所述下套筒的顶部插入上套筒，且下套筒的外壁紧贴上套筒的内壁，两者能相互自由滑动；

所述铅芯的底端位于下套筒内部，且其底端和下套筒底端连接，所述铅芯的顶端延伸至上套筒，且其顶端与上套筒顶端连接；

所述弹性构件位于上套筒和下套筒之间围成的空隙内，所述弹性构件的顶端与上套筒连接，其底端与下套筒连接。

所述上套筒和下套筒的长度均小于铅芯的长度，所述上套筒的内径大于下套筒的内径。所述竖向减震装置还包括第一竖向限位机构和第二竖向限位机构；

所述第一竖向限位机构位于上套筒内壁，所述第二竖向限位机构位于下套筒内壁。

所述弹性构件为弹簧。

所述第一竖向限位机构和第二竖向限位机构的外部分别包裹橡胶层；

所述橡胶层的厚度大于10mm。

所述铅芯的纯度大于99.99%，其直径大于150mm；

所述铅芯与上套筒和下套筒内壁之间的距离大于150mm。

所述橡胶垫与中间连接板之间的距离为150mm ~200mm；

所述橡胶垫的厚度大于等于200mm，其宽度为300mm~500mm。

所述竖向减震装置在竖向范围内位移为-50mm～+50mm。

所述水平隔震装置和竖向减震装置均为圆柱形结构；

所述第一竖向限位机构和第二竖向限位机构均为圆形。

另一方面，本发明提供一种采用用于变压器类设备的隔震装置的隔震方法，包括：

当地震发生时，所述隔震装置的水平隔震装置阻止部分水平地震能量向变压器类设备的传递，且所述水平限位机构对水平隔震装置进行限位；

同时所述隔震装置的竖向减震装置消耗部分竖向地震能量向变压器类设备的传递。

所述隔震装置的竖向减震装置消耗部分竖向地震能量向变压器类设备的传递，包括：

在竖向地震作用下，竖向减震装置的上套筒和下套管发生竖向相对滑动，带动竖向减震装置的弹性构件和铅芯发生位移而消耗竖向地震能量。

与最接近的现有技术相比，本发明提供的技术方案具有以下有益效果：

本发明提供的用于变压器类设备的隔震装置包括多个三维隔震装置和水平限位机构；多个三维隔震装置均匀设置于变压器类设备与基础之间，水平限位机构设置于三维隔震装置外侧；三维隔震装置包括水平隔震装置和竖向减震装置；竖向减震装置消耗部分竖向地震能量向变压器类设备的传递；水平隔震装置阻止部分水平地震能量向变压器类设备的传递，本发明对竖向地震作用起到较好的隔震效果，避免地震作用向上部变压器类设备传递，隔震效果好，减小了对变压器类设备的损坏，且能够用于设有斜向布置的变压器套管；

本发明中的水平隔震装置阻止部分水平地震能量向变压器类设备的传递，同时也使上部结构在地震作用下呈现整体位移形式，避免不同构件之间产生相对运动而增大设备的地震反应；

本发明的竖向减震装置在竖向地震作用下，上套筒和下套管发生竖向相对滑动，从而带动弹性构件和铅芯发生位移而消耗竖向地震能量，既减小水平地震作用又消耗竖向地震能量；

本发明中的水平限位机构阻止水平隔震装置继续发生变形和位移，竖向位移过大时，竖向限位机构阻止上套筒和下套筒间继续发生相对滑动，保护装置的同时也避免设备发生超过设计允许的位移；

本发明提供的三维隔震装置在地震作用下不同部位协同工作以达到减小地震力传递和耗散地震能量的目的，提高变压器类设备的抗震性能；

本发明施工方便，工程造价相对低廉，减震与隔震机理明确，结构造型简洁，易于生产加工，能够有效降低变压器类设备的地震反应，保护变压器类设备在地震作用下的安全性和稳定性，具有广阔的工程应用空间。

附图说明

图1 是本发明实施例中用于变压器类设备的隔震装置安装层平面布置图；

图2 是本发明实施例中安装用于变压器类设备的隔震装置的变压器立面图；

图3 是本发明实施例中用于变压器类设备的隔震装置立面图；

图4 是本发明实施例中用于变压器类设备的隔震装置剖面图；

图5 是本发明实施例中弹簧立面图；

图6 是本发明实施例中用于变压器类设备的隔震装置顶部俯视图；

图中，1、变压器类设备；2、三维隔震装置；3、水平限位机构；4、基础；5、竖向减震装置；6、水平隔震装置；7、上翼缘板；8、上套筒；9、第一竖向限位机构；10、铅芯；11、弹性构件；12、下套筒；13、中间连接板；14、支座；15、下翼缘板；16、橡胶垫；17、水平限位支撑，18、第二竖向限位机构

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步详细说明。

本发明实施例提供了一种用于变压器类设备的隔震装置，隔震装置包括多个三维隔震装置2和水平限位机构3；如图1和图2，多个三维隔震装置均设置于变压器类设备1与基础4之间，水平限位机构3设置于三维隔震装置2外侧。多个三维隔震装置2构成隔震层，可以减少地震能量向变压器类设备1传递。变压器类设备1是指电力变压器（含站用变）、串（并）联电抗器、TV(包括电容式TV)、TA等变电站线圈类设备。考虑到三维隔震装置安装的方便性，基础4可做成条形基础，三维隔震装置安装在条形基础梁上，条形基础间的空隙可为三维隔震装置安装和检修提供一定的空间，基础4应具有足够的承载力。三维隔震装置包括水平隔震装置6和竖向减震装置5；

竖向减震装置5消耗部分竖向地震能量向变压器类设备1的传递；

水平隔震装置6阻止部分水平地震能量向变压器类设备1的传递。

如图3所示，三维隔震装置2还包括连接水平隔震装置6和竖向减震装置5的中间连接板13。水平隔震装置6和竖向减震装置5均为圆柱形结构。

如图4，水平隔震装置6包括支座14和下翼缘板15。

支座14的顶端和变压器类设备1连接，其底端通过下翼缘板15与基础4连接；

水平限位机构3包括水平限位支撑17和安装在水平限位支撑17顶部的橡胶垫16（橡胶垫16可采用与支座14的橡胶相同的橡胶材料），水平限位支撑17底端连接基础4。橡胶垫16的中心线高度与中间连接板13的中心线高度一致。

通常根据变压器类设备1在罕遇地震作用下的最大水平位移和使用时的竖向平均压应力值确定支座14的性能参数，再进一步按照设计参数的要求，确定支座14的水平刚度、等效粘滞阻尼比等其它性能要求。本发明实施例中支座14采用叠层橡胶钢板（采用橡胶和钢板叠层形成）。

橡胶垫16与中间连接板13之间的距离为150mm ~200mm，以防装置及上部变压器类设备1在地震作用下发生过大的位移；橡胶垫16的厚度大于等于200mm，其宽度为300mm~500mm。

竖向减震装置5包括上套筒8、下套筒12、弹性构件11、铅芯10和上翼缘板7；

上套筒8的顶部与上翼缘板7的连接，下套筒12的底部与中间连接板13连接；

下套筒12插入上套筒8，且下套筒12的外壁紧贴上套筒8的内壁，两者能相互自由滑动；

铅芯10的底端位于下套筒12内部，且其底端和下套筒12底端连接，铅芯10的顶端延伸至上套筒8，且其顶端与上套筒8顶端连接；

弹性构件11位于上套筒8和下套筒12之间围成的空隙内，弹性构件11的顶端与上套筒8连接，其底端与下套筒12连接。

上套筒8和下套筒12的长度均小于铅芯10的长度，上套筒8的内径大于下套筒12的内径。

竖向减震装置5还包括第一竖向限位机构9和第二竖向限位机构18；第一竖向限位机构9和第二竖向限位机构18均为圆形。第一竖向限位机构9位于上套筒8内壁，第二竖向限位机构18位于下套筒12内壁。

弹性构件11可采用弹簧，如图5。

第一竖向限位机构9和第二竖向限位机构18的外部分别包裹橡胶层，发生碰撞则起到缓冲作用，橡胶层的厚度大于10mm。

以“追随大变形、高阻尼力”为目标，铅芯10中铅的纯度大于99.99%，其直径大于150mm；铅芯10与上套筒8和下套筒12内壁之间的距离大于150mm，以保证铅芯10在压缩时不与上套筒8、下套筒12内壁发生碰撞。

通过选择合适的减震弹簧参数和铅芯10截面参数，使单个竖向减震装置5的承载力应大于20kN，以满足支撑变压器类设备1的要求。

竖向限位机构应保证变压器类设备1在安装完成后，以竖向减震装置5的安装位置为平衡点，竖向减震装置5在竖向范围内位移为-50mm～+50mm。

上套筒8和下套筒12应具有大于10⁵N/m的刚度，使其在地震作用下不发生相对水平变形，仅在上套筒8和下套筒12间发生相对滑动。上套筒8和下套筒12的相互自由滑动带动弹性构件11和铅芯10发生位移，从而消耗竖向地震能量。当竖向地震力过大时，上套筒8滑动端与第二竖向限位机构18碰撞，下套筒12的滑动端与第一竖向限位机构9碰撞，防止过大位移的发生。上套筒8、下套筒12和竖向限位机构的材料可采用Q345钢。

三维隔震装置顶部俯视图如图6，三维隔震装置布置要根据上部变压器类设备1的质量分布和平面受力状况，力求均匀对称，要使多个三维隔震装置共同协调工作形成的隔震层的刚度中心与变压器类设备1质量中心尽量重合。

本发明实施例提供的三维隔震装置的工作原理如下：

地震发生时，水平隔震装置6首先阻止了部分水平地震能量向上部变压器类设备1的传递，同时也使上部结构在地震作用下呈现整体位移形式，避免不同构件之间产生相对运动而增大设备的地震反应。在竖向地震作用下，竖向减震装置5的上套筒8和下套管发生竖向相对滑动，从而带动弹性构件11和铅芯10发生位移而消耗竖向地震能量，既然小水平地震作用又消耗竖向地震能量，达到了三维隔震效果。当水平位移过大时，水平限位机构3阻止水平隔震装置6继续发生变形和位移，竖向位移过大时，竖向限位机构阻止上套筒8和下套筒12间继续发生相对滑动，保护装置的同时也避免设备发生超过设计允许的位移。地震作用下该三维隔震系统不同部位协同工作以达到减小地震力传递和耗散地震能量的目的，提高变压器类设备1的抗震性能。

另一方面，本发明实施例还提供一种采用上述用于变压器类设备的隔震装置的隔震方法，具体过程如下：

当地震发生时，水平隔震装置6阻止部分水平地震能量向变压器类设备1的传递，且水平限位机构3对水平隔震装置6进行限位；

同时竖向减震装置5消耗部分竖向地震能量向变压器类设备1的传递。

竖向减震装置5消耗部分竖向地震能量向变压器类设备1的传递，包括：

在竖向地震作用下，竖向减震装置5的上套筒8和下套管发生竖向相对滑动，带动竖向减震装置5的弹性构件11和铅芯10发生位移而消耗竖向地震能量。

最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，所属领域的普通技术人员参照上述实施例依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，这些未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，均在申请待批的本发明的权利要求保护范围之内。

Claims (12)

1.一种用于变压器类设备的隔震装置，其特征在于，包括多个三维隔震装置和水平限位机构；

所述多个三维隔震装置均匀设置于变压器类设备与基础之间，所述水平限位机构设置于三维隔震装置外侧；

所述三维隔震装置包括水平隔震装置和竖向减震装置；

所述三维隔震装置还包括连接水平隔震装置和竖向减震装置的中间连接板；

所述竖向减震装置消耗部分竖向地震能量向变压器类设备的传递；

所述水平隔震装置阻止部分水平地震能量向变压器类设备的传递；

所述水平隔震装置包括支座和下翼缘板；所述支座采用叠层橡胶钢板；

所述竖向减震装置包括上套筒、下套筒、弹性构件、铅芯和上翼缘板；

所述上套筒的顶部与上翼缘板的连接，所述下套筒的底部与中间连接板连接；

所述下套筒的顶部插入上套筒，且下套筒的外壁紧贴上套筒的内壁，两者能相互自由滑动；

所述铅芯的底端位于下套筒内部，且其底端和下套筒底端连接，所述铅芯的顶端延伸至上套筒，且其顶端与上套筒顶端连接；所述铅芯为柱状构件，所述铅芯与上套简和下套筒内壁之间具有用于容纳变形的距离；

所述弹性构件位于上套筒和下套筒之间围成的空隙内，所述弹性构件的顶端与上套筒连 接，其底端与下套筒连接；

所述上翼缘板的顶端和变压器类设备连接，所述支座底端通过下翼缘板与基础连接；

所述水平限位机构包括水平限位支撑和安装在水平限位支撑顶部的橡胶垫，所述水平限位支撑底端连接基础。

2.根据权利要求1 所述的用于变压器类设备的隔震装置，其特征在于，所述橡胶垫的中心线高度与中间连接板的中心线高度一致。

3.根据权利要求1 所述的用于变压器类设备的隔震装置，其特征在于，所述上套筒和下套筒的长度均小于铅芯的长度，所述上套筒的内径大于下套筒的内径。

4.根据权利要求1所述的用于变压器类设备的隔震装置，其特征在于，所述竖向减震装置还包括第一竖向限位机构和第二竖向限位机构；所述第一竖向限位机构位于上套筒内壁，所述第二竖向限位机构位于下套筒内壁。

5.根据权利要求1所述的用于变压器类设备的隔震装置，其特征在于，所述弹性构件为弹簧。

6.根据权利要求4所述的用于变压器类设备的隔震装置，其特征在于，所述第一竖向限位机构和第二竖向限位机构的外部分别包裹橡胶层；

所述橡胶层的厚度大于10mm。

7.根据权利要求1所述的用于变压器类设备的隔震装置，其特征在于，所述铅芯的纯度大于99.99%，其直径大于150mm；

所述铅芯与上套筒和下套筒内壁之间的距离大于150mm。

8.根据权利要求3所述的用于变压器类设备的隔震装置，其特征在于， 所述橡胶垫与中间连接板之间的距离为 150mm~200mm；

所述橡胶垫的厚度大于等于 200mm，其宽度为 300mm~500mm。

9.根据权利要求1 或2所述的用于变压器类设备的隔震装置，其特征在于，所述竖向减震装置在竖向范围内位移为-50mm~+50mm。

10.根据权利要求4所述的用于变压器类设备的隔震装置，其特征在于，所述水平隔震装置和竖向减震装置均为圆柱形结构；

所述第一竖向限位机构和第二竖向限位机构均为圆形。

11.一种采用权利要求1-10任一所述的用于变压器类设备的隔震装置的隔震方法，其特征在于，包括：

当地震发生时，所述隔震装置的水平隔震装置阻止部分水平地震能量向变压器类设备的 传递，且所述水平限位机构对水平隔震装置进行限位；

同时所述隔震装置的竖向减震装置消耗部分竖向地震能量向变压器类设备的传递。

12.根据权利要求11所述的采用用于变压器类设备的隔震装置的隔震方法，其特征在于，所述隔震装置的竖向减震装置消耗部分竖向地震能量向变压器类设备的传递，包括：

在竖向地震作用下，竖向减震装置的上套筒和下套管发生竖向相对滑动，带动竖向减震装置的弹性构件和铅芯发生位移而消耗竖向地震能量。