CN112576676B - 水平减振器 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种水平减振器，该减振器包括支架和减振器，所述支架为矩形支架，所述减振器的数目为一，位于所述矩形支架内侧；所述矩形支架和减振器位于同一平面上。该减振器主要是靠装置内封装高阻尼液介质提供的阻尼来降低导线水平振动，其可以防治的水平风频范围广。对可以引起减振器共振的风频，该减振器可以起到最大限度的耗能减振的作用。对不能引起减振器共振的风频，水平风能通过导线支架传到圆柱形减振器，并通过的粘滞阻尼液介质的晃动消耗水平风能，同样起到减振作用。从而使得该减振器可以在更宽的频率范围内减低导线的水平风振引起的动力响应。

Description

水平减振器

技术领域

本发明属于电网防灾技术领域，具体涉及一种水平减振器。

背景技术

大跨越特高强铝合金绞线在持续稳定风的作用下会产生大幅度水平振荡，大跨越导线股之间的摩擦来耗散这种水平振荡的能量。而且当输电导线处于持续稳定风区时，这种水平振荡会持续很长的一段时间，这会导致导线的线股会在很长的一段时间内通过线股之间的摩擦来耗散水平风能。这种线股之间的摩擦会造成导线的磨损，严重时会引起线股磨损位置断裂。减振设备长期的微振动及自重压力可以使设备缓慢的产生较大的塑性变形，会导致减震装置的性能不稳定。

为了减低铝合金绞线持续大幅度水平振荡给输电导线带来的损害，急需一种减振器，而由于减振器需要暴露在风霜雨雪等天气下因此对装置的材质也需要考虑。

发明内容

为克服现有技术的缺陷，提供了一种水平减振器。

本发明的目的是通过下述技术方案予以实现的：

一种水平减振器，所述减振器包括支架和减振器，所述支架为矩形支架，所述减振器的数目为一，位于所述支架内侧；所述减振器内部有阻尼液介质；所述支架和减振器位于同一平面上。

优选的，所述减振器设有减振器外壳，所述减振器外壳的轴向和纵向分别设有与所述支架连接的连接件。

优选的，所述减振器的一侧设有支撑减振器的减振器支撑。

优选的，所述矩形支架每一角外侧设有导线连接夹头。

优选的，所述导线连接夹头由彼此间夹角为90°和135°的位于同一平面上的三个部件组成。

优选的，彼此间夹角为90°的部件与组成所述矩形支架的支架连接件间的连接为螺纹连接。

优选的，所述减振器内的减振件为与所述轴向垂直的隔板，所述隔板在所述轴向的高度大于容纳的所述阻尼介质的高度小于所述减振器内部高度，所述隔板位于所述减振器中心位置。

优选的，所述外壳由Ti-15Mo-3AI-2.7Nb-0.2Si的材质制得。

本发明还提供了一种水平减振器中阻尼液介质质量的确定方法，包括：

基于防振锤的加速度幅频特性曲线得到加速度共振频率；

根据加速度共振频率计算固有频率；

根据固有频率计算阻尼液介质的质量。

优选的，所述固有频率的计算公式为；

式中ω为加速度共振频率，ω_n为减振器的固有频率，ξ为减振器的阻尼比。

优选的，所述阻尼液介质的质量的计算公式为：

式中m_f为阻尼液介质的质量，w_n为减振器的固有频率，k为减振器的刚度，m₁为减振器的本体结构质量。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：

本发明专利给出的水平振动减振器具有自动激活性能好，能够拓宽减振频率范围。该减振器主要是靠装置内封装高阻尼液介质体提供的阻尼来降低导线水平振动，其可以防治的水平风频范围广。对可以引起减振器共振的风频，该减振器可以起到最大限度的耗能减振的作用。对不能引起减振器共振的风频，水平风能通过导线支架传到圆柱形减振器，并通过的粘滞阻尼液介质的晃动消耗水平风能，同样起到减振作用。从而使得该减振器可以在更宽的频率范围内减低导线的水平风振引起的动力响应。

本发明专利给出的水平振动减振器耗能能力强。该减振器内部封装了阻尼液介质耗能结构这套耗能结构均能耗散水平的风振能量，此外阻尼液介质耗能装置中的隔板可增大阻尼液介质耗能的效果。因此，本发明专利的耗能系统可以有效的降低档距内大跨越导线的水平风振。

本发明专利给出的水平减振器的支架结构采用了装配整体式设计，能够方便的拆卸与安装，且能够将水平减振器及输电导线牢固连接，从实现将输电导线的风能传到水平减装置中。

本发明专利给出的阻尼液介质耗能结构中的隔板采用了具有两种圆形孔的半月形形结构设计，这种结构设计增大了阻尼液介质通过隔板的阻力，明显增加了防振锤阻尼耗能能力。

本发明专利给出的水平振动减振器具有自适应能力，可以根据外界激励的变化来改变自身的参数，使得自身固有频率与外界激励频率保持一致，从而获得较好减振效果。

本发明专利给出的水平振动减振器具有易安装、免维护、耐久性能好的特点。本发明专利对高阻尼液介质体封装的结构设计，因此将其悬挂在高空中不会产生漏油的现象，可以做到免维护，耐久性能好。

本发明专利给出的水平振动减振器水平风振力学模型可以应用到导线及水平减振器动力特性的有限元计算中，采用此模型有限元计算结果可以明显提高该水平振动减振器动力特性计算的准确性，其计算结果和试验结果比较接近。

本发明专利给出的水平振动减振器水平风振力学模型参数试验参数识别和优化的方法，可以识别该防振锤的各阶固有频率与阻尼比，并对这两个参数进行优化，从而提高该防振锤的耗能减振效果。

本发明专利给出的水平振动减振器安装的方法及安装的位置可以使得该减振器方便、牢固的安装在输电导线上，并确保水平减振器达到最佳的减振效果。

本发明抗变形性能好，外壳选择新型材料，不仅能够在恶劣的环境下防止被腐蚀，还能在长期的微振动及自重压力影响下不产生塑性变形。

附图说明：

下面结合附图对本发明作进一步说明：

图1为水平减振器的整体结构；

图2为减振器的力学模型；

图3是支架连接杆件的结构设计；

图4是支架连接弯头的结构设计；

图5水平减振器内部结构设计；

图6隔板及孔型设计；

图7水平减振器固有频率测试系统；

图8是振动台台面的孔位布置；

图9平减振器固有频率测试系统；

附图标记：1-紧固螺栓，2-减振器支撑，3-减振器连接支架，4-水平减振器，5-支架连接杆件，6-第一连接孔，7-内螺纹，8-连接弯头，9-弯头内螺纹孔，10-导线连接夹头，11-夹头紧固螺栓，12-第二连接孔，13-阻尼液介质，14-减振器外壳，15-外置连接件，16-隔板，17-螺栓，18-工子型支架，19-加速度传感器，20-振动台台面。

具体实施方式

以下结合实施例对本发明的具体实施方式作进一步说明，但本发明并不限于这些实施例。

实施例1：

本发明专利给出的水平振动阻尼液减振器采用装配整体式结构设计图1所示，水平减振器的整体结构由减振器连接支架，本实施例中矩形支架为减振器连接支架、水平减振器4及紧固螺栓1组成。减振器连接支架3由支架连接杆件5如图3所示和连接弯头8如图4所示组成，支架连接杆件5截面为圆形，其端部设置了内螺纹7，其中间部位加厚，并设置了椭圆形第一连接孔6；连接弯头8的截面为圆形，其一端为用以连接输电导线的导线连接夹头10，另外两端设置了弯头内螺纹孔9，用来连接之间连接杆件。水平减振器4则通过长杆紧固螺栓1与支架进行连接。图5给出了水平减振器的内部结构图，阻尼液介质耗能系统的圆柱形箱体内部设置阻尼液介质即二甲基硅油，为了提高消能效率,增加阻尼的作用设置了隔板16，这种隔板16采用了具有两种圆形孔的半月形结构设计，两种圆形孔直径分别为1mm～2mm、0.5mm～1mm,有孔面积总和占整个隔板面积的百分比为40％～60％，两种不同直径的孔采取间隔布置的方式。隔板对晃动的阻尼液介质起到阻隔的作用，隔板会在椭圆形空心球隔板等结构増加液体内部能量的耗散，使液体绕流时产生附加阻尼，增加液体能量耗散，最终达到增强水平减振器减振效果的目的。最后该减振器通过紧固螺栓与支架连接杆件进行连接。

图2给出了该减振器双阻尼调频质量力学模型，从图中可以看出：该减振器的质量由减振器的本体结构质量M₁和减振器内部的液体质量M_f两部分组成。该水平减振器阻尼由减振器内部粘性阻尼液介质产生的粘滞阻尼C₀。该减振器的刚度为K。该水平减振器对输电导线水平振荡的控制力F由液体随结构一起运动所产生的惯性力F₁和液体运动时自身产生的粘滞力F₂组成。

图1给出了水平减振器的整体结构，图3为支架连接杆件，图4为支架连接弯头，水平减振器的整体结构采用装配整体式结构设计，水平减振器的整体结构由减振器连接支架3、水平减振器4及紧固螺栓1组成。减振器连接支架由支架连接杆件5和连接弯头8组成，支架连接杆件5截面为圆形，其端部设置了内螺纹7，其中间部位加厚，并设置了椭圆形第一连接孔6；连接弯头8的截面为圆形，其一端为用以连接输电导线的导线连接夹头10，另外两端设置了弯头内螺纹孔9，用来连接之间连接杆件。水平减振器4则通过长杆紧固螺栓1与减振器连接支架3进行连接。

图5给出了水平减振器的内部结构图，该水平减振器由两套耗能阻尼系统组成，一套是由阻尼液介质耗能系统组成。阻尼液介质耗能系统的圆柱形箱体内部设置阻尼液介质。图6为隔板及孔型设计，结构图中的隔板16采用了具有两种圆形孔的半月形结构设计，两种圆形孔直径分别为1mm～2mm、0.5mm～1mm,有孔面积总和占整个隔板面积的百分比为40％～60％，两种不同直径的孔采取间隔布置的方式。隔板16对晃动的阻尼液介质13起到阻隔的作用，隔板16会在椭圆形空心球隔板等结构増加液体内部能量的耗散，使液体绕流时产生附加阻尼，增加液体能量耗散，最终达到增强水平减振器减振效果的目的。

图7给出了水平减振器的固有频率的测试系统。该系统由振动台、减振器连接支架3、水平减振器4及加速度传感器19组成。图中20为水平振动台，产生水平正弦激振信号，通过工子型支架将激振信号传递给水平减振器4。19为分别安装在水平振动台和减振器顶部的两个加速度传感器，17为螺栓将水平振动台、工字型支架18及水平减振器4连接在一起。振动台台面20的孔位布置如图8所示。

图9为减振器施加冲击激励，水平振动台施加的水平方向的正弦波后的位移振幅衰减曲线。

为了减低铝合金绞线持续大幅度水平振荡给输电导线带来的损害，本发明专利提供了水平振动阻尼液介质减振器，该减振器可以吸收输电导线水平振荡的能量，降低输电导线水平振荡幅度，从而降低持续大幅度振荡给输电导线带来的损害，确保电网运行安全。

本发明专利给出了一种水平振动阻尼液介质减振器。当该减振器在风荷载的作用下产生水平运动时,阻尼液介质减振器中的阻尼液介质，因惯性向减振器运动相反方向运动,进而产生了与减振器运动方向相反的压力,该压力由减振器作用在输电到线上,进而起到减小输电导线风振的作用；此外尼装置中的阻尼液介质的黏性也能起到耗散风能的作用，即该水平减振器通过利用液体晃动产生的动水压力以及阻尼液介质的耗能形成了对输电导线的减振作用。通过改变阻尼液介质箱体内部的液体量来改变水平减振动器的质量，进而改变其固有频率，使其固有频率和当前的水平风振频率一致，使其达到最优的阻尼效果。且应该安装在该振型的最大位移处，液体晃动基本振型的阻尼比必须为最佳值，为了避免结构的频率和振型有过大的改变，阻尼液介质13基本振型的模态质量一般为减振器的模态质量的1％～10％。为进一步该减振器的耗能能力，阻尼液介质高度占阻尼液介质容器高度的40％～60％。本发明专利给出的水平振动减振器具有自动激活性能好，能够拓宽减振频率范围。该减振器主要是靠装置内封装高阻尼液介质体提供的阻尼来降低导线水平振动，其可以防治的水平风频范围广。对可以引起减振器共振的风频，该减振器可以起到最大限度的耗能减振的作用。对不能引起减振器共振的风频，水平风能通过导线支架传到圆柱形减振器，并通过的粘滞阻尼液介质的晃动消耗水平风能，同样起到减振作用。从而使得该减振器可以在更宽的频率范围内减低导线的水平风振引起的动力响应。

水平减振器的力学模型

图2给出了该减振器的力学模型。可以看出：该减振器的质量由减振器的本体结构质量M₁和减振器内部的液体质量M_f两部分组成。该水平减振器阻尼由减振器内部粘性阻尼液介质产生的粘滞阻尼C₀。该减振器的刚度为K。该水平减振器对输电导线水平振荡的控制力F由液体随结构一起运动所产生的惯性力F₁和液体运动时自身产生的粘滞力F₂组成。根据动力平衡原理，则变质量动力吸振器的运动微分方程组为：

在该减振器的工作过程中：当液体的质量M_f可以在0到M_fmax范围内根据外界激励情况进行调节，因此减振器质量的可变化的范围为M₁到M₁₊M_fmax。因此，该减振器的固有频率ω_n为：

(2)

从式2可以看出：当液体的质量m_f从0到m_fmax范围内变化时，该减振器的固有频率ω_n也随之而发生变化，范围是到/>因此，当外界的频率ω位于到/>范围之内时，可以通过调节阻尼液介质装置中的阻尼液介质质量，使其固有频率与外界的频率ω保持一致，从而使得该水平减振器的耗能的能力达到最大。本发明专利给出的水平振动减振器水平风振力学模型可以应用到导线及水平减振器动力特性的有限元计算中，采用此模型有限元计算结果可以明显提高该水平振动减振器动力特性计算的准确性，其计算结果和试验结果比较接近。

针对本发明提供的试验方案

从上边的力学模型可以看出：只要调节水平阻尼器液体的质量，使得减振器的固有频率与外界频率保持一致，就可以使得该减振器取得最好的水平风振减振效果。为了测出水平减振器的阻尼及固有频率，本发明设计了一套试验装置。该装置由振动台、工字型支架18、水平减振器4、加速度传感器19等组成，图6所示。试验前应首先用螺栓17将工字型支架18固定在振动台上，在用螺栓17将水平减振器4固定在水平减振支架上。加速度传感器19布置于振动台，测量方向与平台运动方向一致，可以实时测量平台的运动加速度大小。加速度传感器布置于水平减振器侧壁上，测量方向与平台运动方向一致，可以实时测量水平减振器的运动加速度大小。试验时信号发生器产生水平方向的简谐振动，经功率放大器放大后输出给振动台，振动台通过工字型固定支架带动水平减振器振动，其中分别放置于振动台和水平减振器上的加速度传感器将振动过程中产生的加速度信号采集，经电荷放大器放大、滤波后传输给数据采集仪，通过数据采集仪传输给电脑，电脑通过数据采集分析软件对所采的数据进行处理分析，并保存结果。在振动过程中，水平减振器可以改变其装载的阻尼液介质质量达到拓宽其减频带的目的。振动台台面的孔位布置如图7所示。

阻尼系数测试

为了对该减振器的阻尼比进行参数识别，对该减振器施加冲击激励即水平振动台施加的水平方向的正弦波，通过数据采集分析软件，储存比较理想的振动衰减曲线，最后根据振动衰减曲线，图8所示，根据公式3～5计算出减振器的阻尼比。

由此可以得到对数衰减率为：

把式(3)带入阻尼比近似计算公式(4)得

固有频率测试

固有频率是振动系统的一项重要特性参数，该参数取决于系统本身的质量和刚度。

实验中，常常采用共振法来测量振动系统参数的常用方法，共振法即利用固有频率与共振频率的关系来估计固有频率的方法。共振频率是使振动系统产生共振，响应振幅达到最大值时所对应的激励频率。减振器的响应是加速度，则称为加速度共振频率。对减振器固有频率识别实验时，需要测出减振器的加速度幅频特性曲线，通过该曲线，确定减振器的加速度共振频率ω，然后根据固有频率的计算公式6可以求解得出减振器的固有频率分别为ω_n。

式中ω为加速度共振频率，ω_n为减振器的固有频率，ξ为减振器的阻尼比

根据公式6，通过调节减振器阻尼液介质的质量，使得水平阻尼液减振系统的固有频率与水平激振频率相同，此时减振器就会发生共振现象，此种情形下,水平阻尼液减振系统的产生的阻尼力最大且耗能效果最好。通过试验该水平振动减振器对导线有效减振的频率范围为:5Hz～80Hz,其阻尼比范围为：0.05～0.12。

水平减振器的安装

本发明专利的水平减振器采用了装配整体式结构。在安装时首先将支架连接杆件5安装在连接弯头8的内螺纹孔中，再用长杆紧固螺栓1穿过支架及减振器支撑2的椭圆槽形孔，将水平减振器连接在外部设置的内螺纹孔中，最后通过导线连接夹头10将支架和输电导线连接在一起。水平减振器应该安装在导线振型的最大位移处。

实验方案的结论

本发明专利给出的水平振动减振器耗能能力强。该减振器内部封装了阻尼液介质耗能结构这套耗能结构均能耗散水平的风振能量，此外阻尼液介质耗能装置中的隔板可增大阻尼液介质耗能的效果。因此，本发明专利的耗能系统可以有效的降低档距内大跨越导线的水平风振。

本发明专利给出的水平振动减振器具有自动激活性能好，能够拓宽减振频率范围。该减振器主要是靠装置内封装高阻尼液介质体提供的阻尼来降低导线水平振动，其可以防治的水平风频范围广。对可以引起减振器共振的风频，该减振器可以起到最大限度的耗能减振的作用。对不能引起减振器共振的风频，水平风能通过导线支架传到圆柱形减振器，并通过的粘滞阻尼液介质的晃动消耗水平风能，同样起到减振作用。从而使得该减振器可以在更宽的频率范围内减低导线的水平风振引起的动力响应。

本发明专利给出的水平减振器的支架结构采用了装配整体式设计，能够方便的拆卸与安装，且能够将水平减振器及输电导线牢固连接，从实现将输电导线的风能传到水平减装置中。

本发明专利给出的阻尼液介质耗能结构中的隔板采用了具有两种圆形孔的半月形形结构设计，这种结构设计增大了阻尼液介质通过隔板的阻力，明显增加了防振锤阻尼耗能能力。

本发明专利给出的水平振动减振器具有自适应能力，可以根据外界激励的变化来改变自身的参数，使得自身固有频率与外界激励频率保持一致，从而获得较好减振效果。

本发明专利给出的水平振动减振器具有易安装、免维护、耐久性能好的特点。本发明专利对高阻尼液介质体封装的结构设计，因此将其悬挂在高空中不会产生漏油的现象，可以做到免维护，耐久性能好。

本发明专利给出的水平振动减振器水平风振力学模型可以应用到导线及水平减振器动力特性的有限元计算中，采用此模型有限元计算结果可以明显提高该水平振动减振器动力特性计算的准确性，其计算结果和试验结果比较接近。

本发明专利给出的水平振动减振器水平风振力学模型参数试验参数识别和优化的方法，可以识别该防振锤的各阶固有频率与阻尼比，并对这两个参数进行优化，从而提高该防振锤的耗能减振效果。

本发明专利给出的水平振动减振器安装的方法及安装的位置可以使得该减振器方便、牢固的安装在输电导线上，并确保水平减振器达到最佳的减振效果。

本发明抗变形性能好，外壳选择新型材料，不仅能够在恶劣的环境下防止被腐蚀，还能在长期的微振动及自重压力影响下不产生塑性变形。

本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。

本申请是参照根据本申请实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。

这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。

这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。

以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均包含在申请待批的本发明的权利要求范围之内。

Claims (10)

1.一种水平减振器，所述减振器包括支架和减振器，其特征在于，所述支架为矩形支架，所述矩形支架用以连接输电导线，所述减振器的数目为一，位于所述矩形支架内侧；所述减振器内部有阻尼液介质；所述支架和减振器位于同一平面上；

所述减振器内的减振件为与所述减振器的减振器外壳的轴向垂直的隔板，所述隔板在所述轴向的高度大于容纳的所述阻尼液介质的高度小于所述减振器内部高度，所述隔板位于所述减振器中心位置；所述隔板为设有至少有两种直径的通孔；

两种直径的通孔直径分别为1mm～2mm和0.5mm～1mm，有孔面积总和占整个隔板面积的百分比为40％～60％，两种直径的通孔间隔布置。

2.如权利要求1的一种水平减振器，其特征在于，所述减振器设有减振器外壳，所述减振器外壳的轴向和纵向分别设有与所述支架连接的外置连接件。

3.如权利要求1的一种水平减振器，其特征在于，所述减振器的一侧设有支撑减振器的减振器支撑。

4.如权利要求1的一种水平减振器，其特征在于，所述矩形支架每一角外侧设有导线连接夹头。

5.如权利要求4的一种水平减振器，其特征在于，所述导线连接夹头由彼此间夹角为90o和135o的位于同一平面上的三个部件组成。

6.如权利要求5的一种水平减振器，其特征在于，彼此间夹角为90o的部件与组成所述矩形支架的支架连接件间的连接为螺纹连接。

7.如权利要求2的一种水平减振器，其特征在于，所述外壳由Ti-15Mo-3AI-2.7Nb-0.2Si的材质制得。

8.一种如权利要求1的水平减振器中阻尼液介质的质量的确定方法，包括：

基于减振器的加速度幅频特性曲线得到加速度共振频率；

根据加速度共振频率计算固有频率；

根据固有频率计算阻尼液介质的质量。

9.根据权利要求8所述的一种水平减振器中阻尼液介质的质量的确定方法，其特征在于，所述固有频率的计算公式为；

式中ω为加速度共振频率，ω_n为减振器的固有频率，ξ为减振器的阻尼比。

10.根据权利要求8所述的一种水平减振器中阻尼液介质的质量的确定方法，其特征在于，所述阻尼液介质体介质的质量的计算公式为：

式中m_f为阻尼液介质的质量，w_n为减振器的固有频率，k为减振器的刚度，m₁为减振器的本体结构质量。