CN113394733B - 一种自适应阻尼间隔棒 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种自适应阻尼间隔棒，包括间隔棒本体，间隔棒本体包括多个阻尼腔体，每个阻尼腔体均包括管体和活塞杆组件，活塞杆组件可在管体内沿管体轴线上下运动，包括活塞杆、线夹、弹簧卡位、活塞和密封圈，线夹设置于活塞杆上方，弹簧卡位设置于活塞杆上、线夹下方，在线夹和弹簧卡位之间设有复位簧，活塞设置于活塞杆中部，密封圈套设在活塞杆上，管体为一端开口的筒体，封闭端和开口端一侧分别设有连接支耳，管体内部沿轴向由开口端至封闭端还依次设有空腔、通孔和衡压孔，空腔内填充有剪切增稠液，活塞置于管体空腔内，管体的开口和通孔对活塞杆在管体内的上下运动进行导向，衡压孔用于维持管体内的气压平衡，保证活塞组件在管体内的上下运动。

Description

一种自适应阻尼间隔棒
技术领域
本发明涉及输电线路技术领域，特别是涉及一种自适应阻尼间隔棒。
背景技术
随着十四五规划的到来，我国对电力能源需求进一步提高，高压，特高压输电线路正在飞速建设，由于输电线路电压等级的不断提高，输电工程也越来越复杂，为了防止输电线路振动带来的不利影响，需要利用间隔棒维持导线之间的距离，通过间隔棒对微风振动，次档距振动和舞动进行抑制，保证线路的安全运行。
常规的阻尼间隔棒主要由框架、螺栓、夹具、悬臂，阻尼元件等部件组成，现有技术阻尼间隔棒主要靠间隔棒各连接部位的缓冲材料实现，能降低分裂导线微风振动或次档距振动。但是由于输电线路上的导线长期在户外运行，所受自然界中的风荷载千变万化，无法通过外界环境的改变自动调节阻尼大小，不能全面，系统的满足减振需求，存在一定局限性，会影响高压输电线路和变电站的稳定运行，分裂导线系统的抗风特性，抑制导线振动能力有待提高。因此一种基于剪切增稠液的自适应阻尼间隔棒为研究者们提供了这个问题的解决方案。
剪切增稠液(Shear Thickening Fluid，STF)是具有非牛顿流变行为的智能材料，它们的粘度会经历临界剪切速率的突然上升而迅速增大，可以通过激发变化迅速改变。基于该特性而发明的新型间隔棒，能再冲击载荷时迅速改变系统阻尼，以从而限制导线在风致振动时所产生的位移，保持输电导线在舞动时的结构稳定，提升输电导线系统应对各类风致振动的能力。
目前尚未见将剪切增稠液运用在间隔棒中，将二者进行配合设置，以设计剪切增稠液自适应阻尼间隔棒的相关专利报道。
综上所述，为了能全面，系统的满足间隔棒对输电导线的减振需求，拓宽现有智能材料剪切增稠液的应用领域，发明一种剪切增稠液自适应阻尼间隔棒是非常有意义的。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种自适应阻尼间隔棒，通过外部风振能量使得活塞杆发生挤压冲击作用，改变剪切增稠液的剪切速率，从而改变粘度，进而改变阻尼大小，全面提高系统的减振能力，降低高压输电线路事故的发生。
本发明的目的是这样实现的：
一种自适应阻尼间隔棒，包括间隔棒本体，其特征在于，所述间隔棒本体包括多个阻尼腔体，相互连接形成三角形结构，每个阻尼腔体均包括管体和活塞杆组件，所述活塞杆组件可在管体内沿管体轴线上下运动，包括活塞杆、线夹、弹簧卡位、活塞和密封圈，所述线夹设置于活塞杆上方，用于夹持输电导线，所述弹簧卡位设置于活塞杆上、线夹下方，在线夹和弹簧卡位之间设有复位簧，用于活塞杆受外力作用时被拉出、外力消失后复位，所述活塞设置于活塞杆中部，密封圈套设在活塞杆上，所述管体为一端开口的筒体，封闭端和开口端的一侧分别设有连接支耳，用于阻尼腔体相互连接，管体内部沿轴向由开口端至封闭端还依次设有空腔、通孔和衡压孔，均与管体的开口贯通，所述空腔内填充有剪切增稠液，活塞杆上的活塞置于管体的空腔内，所述管体的开口和通孔用于对活塞杆在管体内的上下运动进行导向，所述衡压孔用于维持管体内的气压平衡，保证活塞组件在管体内的上下运动时受力稳定，当活塞杆组件随外界风振能量大小沿管体轴向上下运动时，活塞杆上的活塞与空腔内的剪切增稠液发生剪切冲击，使管体内剪切增稠液所受剪切速率增加，从而使剪切增稠液呈高粘度状态，实现间隔棒本体的阻尼迅速改变。
优选地，所述线夹包括上线夹和下线夹，一端通过铰链和螺栓连接，另一端通过线夹压盖和螺栓将输电导线夹紧，下线夹与活塞杆一体成型。
优选地，所述活塞外径尺寸小于管体空腔内径尺寸，使活塞与管体空腔内壁面之间形成环形间隙，当活塞杆受到外加载荷作用开始向衡压孔方向运动时，空腔内活塞上方腔室中流体经环形间隙进入活塞下方的腔室，使剪切增稠液在流动过程中粘度发生变化，为间隔棒提供输出阻尼力。
优选地，所述管体的中上部和中下部设有密封圈卡位，用于套设密封圈。
优选地，所述管体的空腔内壁面设置有保温层，使阻尼间隔棒可应用于极端环境中，防止阻尼间隔棒由于构件覆冰或外部温度过高而导致部件内剪切增稠液失效。
优选地，所述活塞杆、线夹、管体均采用铝合金锻造工艺锻造形成，降低阻尼腔体的整体重量，所述活塞和密封圈采用天然橡胶制造。
优选地，所述复位簧采用不锈钢丝，弹性系数为10kN/m-100kN/m。
优选地，所述螺栓采用非导磁不锈钢材料制成，提升阻尼间隔棒的电磁学性能。
优选地，所述阻尼腔体外壁设置有耐磨涂层，增加阻尼腔体的耐磨性。
由于采用了上述技术方案，本发明具有如下有益效果：
1、将阻尼间隔棒设置为三个独立的阻尼腔体，相互连接形成一个三角形结构，使载荷分布在轴向，能够达到防止输电线自旋的效果，导线之间相对位移抗拉，非轴向可抗扭转，每个阻尼腔体内部填充剪切增稠液，可单独进行拆分和更换，减小单个腔体报废率。
2、将新型复合材料剪切增稠液应用在阻尼间隔棒中，在管体内部设置空腔，将空腔作为承载剪切增稠液的容器，活塞杆组件的线夹下设有活塞杆，活塞，通过剪切增稠液和活塞杆组件的配合，能够经由外界风振能量大小使得活塞杆和活塞与空腔内的剪切增稠液发生挤压冲击作用，改变剪切增稠液的剪切速率，从而改变粘度，使剪切增稠液从液化到固化，表现出巨大的能量消散和吸收能力，抑制输电导线的振动。
3、在管体的空腔内壁面设置保温层，使阻尼间隔棒可应用于极端环境中，防止阻尼间隔棒由于构件覆冰或外部温度过高而导致部件内剪切增稠液失效。
4、在线夹和弹簧卡位之间安装复位簧，使活塞杆在输电导线受外力作用时被推出，外力消失后能够复原。
5、在管体内部设置衡压孔，衡压孔与通孔、空腔和管体开口贯通，保证活塞杆组件在管体内的上下运动，设置活塞外径尺寸小于管体空腔内壁尺寸，使活塞与管体形成环形间隙，当导线在外部风荷载作用下发生振动时，在外部振动荷载作用下，将活塞杆底部推入空腔中，空腔内活塞上方腔室中剪切增稠液流体经环形间隙进入活塞下方腔室，剪切增稠液在流动的过程中改变剪切增稠液的剪切速率，使粘度发生变化，为间隔棒提供输出阻尼力，将导线振动能量吸收，从而大幅缓解输电导线的振动。
附图说明
图1为本发明的整体结构示意图；
图2为阻尼腔体的结构示意图；
图3为活塞杆组件的结构示意图(未包含上线夹和复位簧)；
图4为管体的结构示意图。
附图中，1为间隔棒本体，2为阻尼腔体，3为活塞杆，4为管体，5为空腔，6为衡压孔，7为连接支耳，8为螺栓，9为线夹，10为活塞，11为密封圈，12为复位簧，13为弹簧卡位，14为上线夹，15为下线夹，16为线夹压盖，17为铰链，18为通孔，19为密封圈卡位，20为开口。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步说明。
实施例1
如图1-图4所示，一种自适应阻尼间隔棒，包括间隔棒本体1，所述间隔棒本体1包括多个阻尼腔体2，相互连接形成三角形结构，有防止自旋的效果，每个阻尼腔体2均包括管体4和活塞杆组件，所述活塞杆组件可在管体4内沿管体4轴线上下运动，包括活塞杆3、线夹9、弹簧卡位13、活塞10和密封圈11，所述线夹9设置于活塞杆3上方，用于夹持输电导线，所述弹簧卡位13设置于活塞杆3上、线夹9下方，在线夹9和弹簧卡位13之间设有复位簧12，用于活塞杆3受外力作用时被拉出、外力消失后复位，所述活塞10设置于活塞杆3中部，密封圈11套设在活塞杆3上，所述管体4为一端开口的筒体，封闭端和开口端的一侧分别设有连接支耳7，用于阻尼腔体2之间相互连接，管体4内部沿轴向由开口端至封闭端还依次设有空腔5、通孔18和衡压孔6，均与管体的开口20贯通，所述空腔5内填充有剪切增稠液，活塞杆3上的活塞3置于管体的空腔5内，所述管体的开口20和通孔18用于对活塞杆3在管体内的上下运动进行导向，所述衡压孔6用于维持管体4内的气压平衡，保证活塞组件在管体4内的上下运动，当活塞杆组件随外界风振能量大小沿管体轴向上下运动时，活塞杆上的活塞10与空腔5内的剪切增稠液发生剪切冲击，使管体内剪切增稠液所受剪切速率增加，从而使剪切增稠液呈高粘度状态，达到间隔棒本体的阻尼迅速改变的目的。
本实施例中，为使线夹能够更好的固定住输电导线，线夹9包括上线夹14和下线夹15，一端通过铰链17和螺栓8连接，另一端通过线夹压盖16和螺栓8将输电导线夹紧，下线夹15与活塞杆3一体成型。
本实施例中，为使间隔棒本体拥有足够大小的抗振阻尼力，活塞10的外径尺寸小于管体空腔5内径尺寸，使活塞10与管体空腔5内壁面之间形成环形间隙，当活塞杆3受到外加载荷作用开始向衡压孔方向运动时，空腔内活塞10上方腔室中的剪切增稠液流体经环形间隙进入活塞10下方的腔室，使剪切增稠液在流动过程中粘度发生变化，为间隔棒提供输出阻尼力。
本实施例中，所述管体4的中上部和中下部设有密封圈卡位19，用于套设密封圈11。
所述管体的空腔5内壁面设置有保温层，使阻尼间隔棒可应用于极端环境中，防止阻尼间隔棒由于构件覆冰或外部温度过高而导致部件内剪切增稠液失效。
本实施例中，所述活塞杆3、线夹9、管体4均采用铝合金锻造工艺锻造形成，其中活塞杆3直径为12mm，长度为136.69mm，腔体直径为35.95mm，长度为62mm，管体4直径为47.16mm，长度为220.38mm，降低阻尼腔体2的整体重量，活塞10和密封圈11采用天然橡胶制造，其中活塞直径为33mm，长度6mm，密封圈直径为15.95mm，长度为2mm。
本实施例中，为使阻尼间隔棒具有一定的抗拉刚度，使活塞杆3在受外力作用下被推出，外力消失后能够复原，所述复位簧12采用不锈钢丝，弹性系数为10kN/m-100kN/m。
本实施例中的螺栓8采用非导磁不锈钢材料制成，提升阻尼间隔棒的电磁学性能，连接各个阻尼腔体的螺栓8直径为11.4mm，长度为25mm；连接上线夹14与下线夹15处的螺栓8直径为8.7mm，长度为35mm；线夹压盖16处的螺栓8直径为8.7mm，长度为16mm。
为增加阻尼腔体的耐磨性，延长阻尼腔体的使用寿命，阻尼腔体2外壁设置耐磨涂层。
实施例2
与实施1例不同之处在于：通过改变管体内腔体5和活塞10的结构尺寸可以提供不同大小的输出阻尼力。
实施例3
与实施1例不同之处在于：通过改变剪切增稠液的配比和使用不同原料制备剪切增稠液，使其具有不同特性，拥有巨大的能量消散和吸收潜力，可以提供更大的输出阻尼力。
本发明通过在管体内部设有腔体和衡压孔，设置活塞尺寸小于管体空腔内径尺寸，使活塞与管体空腔之间形成环形间隙，当导线在外部风荷载作用下发生振动时，在外部振动荷载作用下，将活塞杆底部推入腔体中，腔体内活塞上方腔室中的剪切增稠液流体经环形间隙进入活塞下方腔室，剪切增稠液在流动的过程中改变剪切增稠液的剪切速率，使粘度发生变化，为间隔棒提供输出阻尼力，将导线振动能量吸收，从而大幅缓解输电导线的振动，其使用方便，结构简单，制作工艺要求不高，三个独立阻尼腔体相互连接制衡形成一个三角形结构，每个阻尼腔体可以单独更换，减少报废率和故障率。
最后说明的是，以上优选实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管通过上述优选实施例已经对本发明进行了详细的描述，但本领域技术人员应当理解，可以在形式上和细节上对其作出各种各样的改变，而不偏离本发明权利要求书所限定的范围。

Claims (8)

1.一种自适应阻尼间隔棒，包括间隔棒本体，其特征在于，所述间隔棒本体包括多个阻尼腔体，相互连接形成三角形结构，每个阻尼腔体均包括管体和活塞杆组件，所述活塞杆组件可在管体内沿管体轴线上下运动，包括活塞杆、线夹、弹簧卡位、活塞和密封圈，所述线夹设置于活塞杆上方，用于夹持输电导线，所述弹簧卡位设置于活塞杆上、线夹下方，在线夹和弹簧卡位之间设有复位簧，用于活塞杆受外力作用时被拉出、外力消失后复位，所述活塞设置于活塞杆中部，密封圈套设在活塞杆上，所述管体为一端开口的筒体，封闭端和开口端的一侧分别设有连接支耳，用于阻尼腔体相互连接，管体内部沿轴向由开口端至封闭端还依次设有空腔、通孔和衡压孔，均与管体的开口贯通，所述空腔内填充有剪切增稠液，活塞杆上的活塞置于管体的空腔内，所述管体的开口和通孔用于对活塞杆在管体内的上下运动进行导向，所述衡压孔用于维持管体内的气压平衡，保证活塞组件在管体内的上下运动时受力稳定，当活塞杆组件随外界风振能量大小沿管体轴向上下运动时，活塞杆上的活塞与空腔内的剪切增稠液发生剪切冲击，使管体内剪切增稠液所受剪切速率增加，从而使剪切增稠液呈高粘度状态，实现间隔棒本体的阻尼迅速改变；其中，所述活塞杆直径为12mm，长度为136.69mm，所述阻尼腔体直径为35.95mm，长度为62mm，所述管体直径为47.16mm，长度为220.38mm；
所述活塞外径尺寸小于管体空腔内径尺寸，使活塞与管体空腔内壁面之间形成环形间隙，当活塞杆受到外加载荷作用开始向衡压孔方向运动时，空腔内活塞上方腔室中流体经环形间隙进入活塞下方的腔室，使剪切增稠液在流动过程中粘度发生变化，为间隔棒提供输出阻尼力；
活塞和密封圈采用橡胶制造，其中活塞直径为33mm，长度6mm，密封圈直径为15.95mm，长度为2mm；
所述线夹包括上线夹和下线夹，一端通过铰链和螺栓连接，另一端通过线夹压盖和螺栓将输电导线夹紧，下线夹与活塞杆一体成型；
连接各个阻尼腔体的螺栓直径为11.4mm，长度为25mm；连接上线夹与下线夹处的螺栓直径为8.7mm，长度为35mm；线夹压盖处的螺栓直径为8.7mm，长度为16mm；
所述线夹压盖处的螺栓直径为8.7mm，长度为16mm。
2.根据权利要求1所述的一种自适应阻尼间隔棒，其特征在于：所述管体的通孔内径大于活塞杆外径，活塞杆受到外加载荷作用力时，活塞杆下部可向下运动进入通孔内。
3.根据权利要求1所述的一种自适应阻尼间隔棒，其特征在于：所述管体的中上部和中下部设有密封圈卡位，用于套设密封圈。
4.根据权利要求1所述的一种自适应阻尼间隔棒，其特征在于：所述管体的空腔内壁面设置有保温层，使阻尼间隔棒可应用于极端环境中，防止阻尼间隔棒由于构件覆冰或外部温度过高而导致部件内剪切增稠液失效。
5.根据权利要求1所述的一种自适应阻尼间隔棒，其特征在于：所述活塞杆、线夹、管体均采用铝合金锻造工艺锻造形成，降低阻尼腔体的整体重量，所述活塞和密封圈采用天然橡胶制造。
6.根据权利要求1所述的一种自适应阻尼间隔棒，其特征在于：所述复位簧采用不锈钢丝，弹性系数为10kN/m-100kN/m。
7.根据权利要求1所述的一种自适应阻尼间隔棒，其特征在于：所述螺栓采用非导磁不锈钢材料制成，提升阻尼间隔棒的电磁学性能。
8.根据权利要求1所述的一种自适应阻尼间隔棒，其特征在于：所述阻尼腔体外壁设置有耐磨涂层，增加阻尼腔体的耐磨性。
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