CN112324841A - 一种用于穿墙套管振动控制的阻尼装置 - Google Patents

一种用于穿墙套管振动控制的阻尼装置 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种用于穿墙套管振动控制的阻尼装置，该装置可有效减小穿墙套管的地震响应。阻尼装置在阀厅的布置高度根据要求而定，依据高度在钢框架上设置上弦杆、下弦杆和腹杆，并在垂直杆件方向上焊接槽形连接件，穿墙套管在根部法兰外围连接一块金属板，筒式摩擦阻尼器一端与槽形连接件相连，另一端与金属板外围连接，阻尼器在不同平面不同方向布置，构成一个具有足够刚度约束的阻尼连接装置。与现有技术相比，本发明结构简单，易于安装，不影响变电设备电气功能要求，能有效减弱穿墙套管的地震响应。

Description

一种用于穿墙套管振动控制的阻尼装置
技术领域
本发明涉及穿墙套管设备技术领域，具体涉及一种用于穿墙套管振动控制的阻尼连接装置。
背景技术
随着高压直流输电技术的发展，直流输电在中国电网的构成中，尤其是“西电东送”中发挥了巨大的作用。作为电力来源的西南地区，其处于地震多发地带，相关的电力设备在地震作用下的安全性需要受到关注。电力系统在历次地震中都表新出了极高的易损性，1994年美国Northridge所造成的电力系统震害主要集中于230kV和550kV变电站，此次地震还造成北美地区110万人的用电中断；1995年日本神户地震中，变压器瓷质套管的损坏引起大约有100万用户停电。而2008年在我国发生的汶川大地震中，变电站高压电气设备损坏主要是瓷套或瓷套相连部位如法兰等的损坏。地震灾害已成为威胁电力系统安全运行的重要因素。
穿墙套管是直流输电换流站中主要的电力设备之一，一般安装在阀厅的钢结构框架上，起到连接阀厅内外电力设备的作用。地震作用下穿墙套管的抗震性能是确保输电系统安全可靠运行的关键，且由于其造价昂贵，地震中如果发生破坏会造成经济上的重大损失。
穿墙套管通过法兰与阀厅刚性连接，阀厅框架对于地震作用的过滤和放大作用不可忽略。穿墙套管自重可达10t，典型的长悬臂结构形式对于抗震极为不利。穿墙套管顶部出线端一般使用母线和其它设备相连，若在地震中穿墙套管顶部出现较大的位移，有可能造成母线的拉紧导致设备破坏；内外套管采用复合材料，在根部法兰位置应力过大容易造成开裂；目前还没有可靠的技术能让特高压换流站准确无误地在地震波到来前及时切断电源，穿墙套管内部加速度过大，容易诱发电气绝缘问题，危机到整个换流站的安全运行。
而穿墙套管自身阻尼较小，故给其增加高阻尼减震设施成了常用的选择。1985年周书瑞对在棒式绝缘子上加装阻尼减震器进行研究，发现减震效率可以达到50％以上，2010年黄峰等人运用有限元法建立了GW7-252隔离开关模型，并输入共振调幅波进行地震响应分析，最后在瓷瓶与支架间采用减震系统，分析结果表明减震效果最高可达75％。2013年张雪松等人通过试验，验证了安装铅金属阻尼减震器前后，避雷器设备频率减小，阻尼较原来增大3倍，且使瓷套管根部的应变降低达46％以上，且输入的地震动越强，应变降低越多。
以上都是针对支柱类设备，采用的大多为在设备自身加设阻尼器起到减震效果的措施，考虑到穿墙套管自身长悬臂的特殊结构形式，需要设计一种适用于穿墙套管的减震或者隔震方案，能够提供竖向减震效果，且能够提供足够的刚度。目前针对长悬臂构件提出的阻尼减震措施，只有针对建筑结构的悬臂部分，在桁架杆件间加设阻尼器，不适合于该电气设备。
发明内容
针对上述存在的问题，本发明提出了一种能够减弱穿墙套管地震响应的阻尼连接装置，在穿墙套管与阀厅的根部连接处起到减震的效果。此装置构造简单，易于制作，安装，更换方便，具有一定的初始起滑力在微风荷载下不会产生位移，地震作用下能够提供足够的刚度约束，又由摩擦耗能消耗地震动能量，对设备起到有效的保护作用，且在使用过程中不会影响设备的正常电气功能。
技术方案
一种用于连接穿墙套管与阀厅的阻尼装置，特征是，该装置可有效减小穿墙套管的地震响应；
包括穿墙套管1、根部法兰2、金属板3、耳板4、阻尼器5、第一销钉7、第二销钉8、槽形连接件6，阻尼器5为筒式摩擦阻尼器，其中：
穿墙套管1在根部法兰2处通过螺栓与金属板3固定连接，金属板3四周连接阻尼器5的位置焊接有耳板4；
阻尼器5一端与槽形连接件6相连，另一端与金属板3外围连接，在不同平面不同方向布置布置多个阻尼器，构成一个具有足够刚度约束的阻尼连接装置；
每个阻尼器5：其一端通过第一销钉7与耳板4相连，其另一端通过第二销钉8与槽形连接件6相连。
所述连接根部法兰2的金属板3，在金属板3的外围沿不同方向布置有耳板4，耳板4与阻尼器5一端通过销钉连接。
金属板材料选用变电站建设常用钢板材料，钢板材料的尺寸在考虑经济的条件下，长度和宽度不应过大，厚度不应过小，要保证地震作用下板不会先于穿墙套管发生屈曲破坏。金属板与穿墙套管根部法兰通过螺栓相连。金属板的四周布置连接阻尼器的金属耳板，具体位置由阻尼器最优化布置计算分析确定。
阻尼器采用筒式摩擦阻尼器，利用内环外环锥面接触时的挤压摩擦耗能，当弹簧柱轴向加载锥形表面时重叠导致外环膨胀和内环直径变小。单元之间存在间隙，每个弹簧的行程是环膨胀的度量，产生的周边应力也与形成有关。阻尼器在承受超过极限荷载的力时也不会被压坏，当阻尼器被压实，达到位移极限，便成为一个钢柱。
阻尼器设置有初始起滑力，避免在微风作用下产生位移摆动，初始起滑力的设置要结合穿墙套管自重等自身结构特点以及安装地域而确定。
阻尼器设置有极限位移，当达到极限位移时阻尼器被压缩成一个钢柱，并继续保持承载能力，故阻尼器几乎不会被压坏。阻尼器的极限位移的确定要通过计算，根据穿墙套管的限制位移来确定。
阻尼器的加载刚度、卸载刚度决定了阻尼耗能效果，决定着地震作用下的套管动能被转化为热量的程度，阻尼效果显著的情况下振荡和冲击能够很快衰减，从而实现了地震作用下的耗能。
为了使阻尼器的内环外环在外框里保持一体，在阻尼器内部通过螺栓杆施加一个预张力，预张力对于阻尼器耗能能力的削弱影响很小。
阻尼器的使用数量和具体布置应该满足：阻尼器的布置应不全在一个平面内，能够提供足够的平面内、平面外刚度，使结构在变形过程中不会形成瞬时的机构；竖向布置的阻尼器数量应大于水平向，能够提供足够的竖向刚度；阻尼装置的使用能够有效减弱地震作用下穿墙套管的加速度和位移响应；在此基础上再考虑经济性。
为实现阻尼器与阀厅的连接不在一个平面内，需要在垂直阀厅横梁方向上焊接槽形连接件，连接件的长度决定了阻尼器之间的夹角。连接件的强度要足够大，与阀厅的钢梁牢固连接，不致先于穿墙套管破坏出现螺栓松动或连接节点的破坏等情况。
此发明具有以下特点：
(1)阻尼器的空间布置方式，能够对穿墙套管的连接提供足够的面内、面外和竖向刚度支撑。(关键的创新点)
(2)采用的筒式摩擦阻尼器，其数量、初始起滑力、加载刚度、卸载刚度以及阻尼效果可以根据穿墙套管自身的结构特性和安装区域进行调整。
(3)整体结构紧凑合理、制造容易、安装方便、易于检修，能够提供足够的抗风能力，能够有效减小穿墙套管的地震响应(关键的有益效果)。
附图说明
图1为穿墙套高与阻尼装置的连接方式示意图；
图2为阻尼装置整体示意图(两种不同的姿态)；
图3为上层、下层阻尼器详细布置示意图；
图4为阀厅钢框架伸出杆件与阻尼器的连接示意图；
图5为阀厅-穿墙套管结构整体示意图；
图6为筒式摩擦的阻尼器的结构图。
附图标记说明：
1—穿墙套管本身、2—根部法兰、3—金属板；
4—耳板，为金属的耳板
5—阻尼器；为筒式摩擦的阻尼器(为现有装置)
6—槽形连接件、7—第一销钉、8—第二销钉
9—阀厅钢框架伸出杆件、10-阀厅框架
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。本实施例以本发明技术方案为前提进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程。
本申请提出的阻尼隔震装置，主要包括以下部件：
(1)与穿墙套管根部法兰连接的金属板；
(2)根部抗震需要进行合理优化布置的若干个摩擦型阻尼器；
(3)用于阀厅连接阻尼器时提供连接点的横梁伸出杆。
作为实施例，一种用于连接穿墙套管与阀厅的阻尼装置，特征是，该装置可有效减小穿墙套管的地震响应；
包括穿墙套管1、根部法兰2、金属板3、耳板4、阻尼器5、第一销钉7、第二销钉8、槽形连接件6，阻尼器5为筒式摩擦阻尼器，其中：
穿墙套管1在根部法兰2处通过螺栓与金属板3固定连接，金属板3四周连接阻尼器5的位置焊接有耳板4；
阻尼器5一端与槽形连接件6相连，另一端与金属板3外围连接，在不同平面不同方向布置布置多个阻尼器，构成一个具有足够刚度约束的阻尼连接装置；
每个阻尼器5：其一端通过第一销钉7与耳板4相连，其另一端通过第二销钉8与槽形连接件6相连。
所述连接根部法兰2的金属板3，在金属板3的外围沿不同方向布置有耳板4，耳板4与阻尼器5一端通过销钉连接。
所述的连接方式为销钉连接，阻尼器可在绕销钉方向上自由转动。
作为实施例，依据高度在钢框架上10合适的位置预制上弦杆、下弦杆和腹杆等杆件，并这些杆件上沿垂直方向预制槽形连接件6(通常采用焊接)。
作为实施例，本申请阻尼装置在阀厅的布置高度根据要求而定。为了布置阻尼器，在阀厅山墙的钢梁9上也预制焊接槽形连接件6。
第一销钉7、第二销钉8，它们的连接结构上无区别，第一销钉7是与金属板3连接，第二销钉8是与上下弦杆连接。
如图6所示，所述阻尼器采用的是筒式摩擦阻尼器，是由金属外筒11、施加预应力的螺杆12和多个在轴向方向有间隙的金属外环13、内环14构成，在阻尼器轴向变形过程中利用内外环接触面的摩擦耗能。所述的内外环(13、14)接触面为锥面，阻尼器的轴向位移会在接触面上产生法向压力，从而产生摩擦力，实现动能向热能的转化，起到耗能的效果。施加预应力的所述螺杆12布置在金属外筒内11，能够使内环外环(13、14)在金属外筒11内保持一体，数值上等于阻尼器的初始起滑力。
筒式摩擦阻尼器5，可沿阻尼器轴向变形，并设置有变形极限，当多个金属外环内环的轴向间隙被压缩为零时的状态，阻尼器达到变形极限，形成一个钢柱，可以沿当前力的方向继续承载但失去了阻尼效果。

Claims (5)

1.一种一种用于穿墙套管振动控制的阻尼装置，特征是，该装置可有效减小穿墙套管的地震响应；
包括穿墙套管1、根部法兰2、金属板3、耳板4、阻尼器5、第一销钉7、第二销钉8、槽形连接件6，阻尼器5为筒式摩擦阻尼器，其中：
穿墙套管1在根部法兰2处通过螺栓与金属板3固定连接，金属板3四周连接阻尼器5的位置焊接有耳板4；
阻尼器5一端与槽形连接件6相连，另一端与金属板3外围连接，在不同平面不同方向布置布置多个阻尼器，构成一个具有足够刚度约束的阻尼连接装置；
每个阻尼器5：其一端通过第一销钉7与耳板4相连，其另一端通过第二销钉8与槽形连接件6相连。
2.根据权利要求1所述的一种用于连接穿墙套管与阀厅的阻尼装置，其特征在于，所述连接根部法兰2的金属板3，在金属板3的外围沿不同方向布置有耳板4，耳板4与阻尼器5一端通过销钉连接。
3.根据权利要求1所述的一种用于连接穿墙套管与阀厅的阻尼装置，其特征在于，所述的连接方式为销钉连接，阻尼器可在绕销钉方向上自由转动。
4.根据权利要求1所述的一种用于连接穿墙套管与阀厅的阻尼装置，其特征在于，所述阻尼器采用的是筒式摩擦阻尼器，是由金属外筒11、施加预应力的螺杆12和多个在轴向方向有间隙的金属外环13、内环14构成；施加预应力的所述螺杆12布置在金属外筒内11，能够使内环外环(13、14)在金属外筒11内保持一体，数值上等于阻尼器的初始起滑力；
所述的内外环(13、14)接触面为锥面，阻尼器的轴向位移会在接触面上产生法向压力，从而产生摩擦力，实现动能向热能的转化，起到耗能的效果；在阻尼器轴向变形过程中利用内外环接触面的摩擦耗能。
5.根据权利要求4所述的一种用于连接穿墙套管与阀厅的阻尼装置，其特征在于，筒式摩擦阻尼器5，可沿阻尼器轴向变形，并设置有变形极限，当多个金属外环内环的轴向间隙被压缩为零时的状态，阻尼器达到变形极限，形成一个钢柱，可以沿当前力的方向继续承载但失去了阻尼效果。
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