CN113652952B - 一种涡能消减法及涡能消减器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种涡能消减法及涡能消减器，旨在消除大自然中一种流体运动的自然现象——涡街现象对建筑物所造成的破坏。对建筑物造成破坏的涡街现象分有柱形物涡街现象和板形物涡街现象，并分别对应专门的消减方法和专门的消减器具。对于柱形物涡街现象，公开了针对柱形物涡能消减法及柱形物涡能消减器，对于板形物涡街现象，公开了针对板形物涡能消减法及板形物涡能消减器。柱形物涡能消减器是将被保护的柱形物横向外形整形为水滴形；板形物涡能消减器是针对出现桥面横向风时，采用快速自动拆装式的桥面罩衣将整个桥面整形为桥面横向的水滴形；纵向风时，采用快速自动拆装式的板面弹性导流板，改变板面的气动特性，令桥面上下区域不能形成涡街气团。

Description

一种涡能消减法及涡能消减器

技术领域

本发明涡能消减法及涡能消减器归属于建筑领域，具体讲，本发明就是消除这种流体运动的自然现象的自然力破坏建筑物的方法和器具。

背景技术

被冯·卡门先生运用流体力学理论所描述的涡街现象是大自然中的一种流体运动的自然现象。这种流体运动的自然现象在一定条件下会对建筑物造成破坏。

随着社会文明的进步，科学技术的发展，许许多多的高楼大厦拔地而起，许许多多的桥梁凌空飞渡。然而，这些建筑物是大自然中气流或水流流动时形成涡街现象的条件、参与者和受害者之一。一旦形成了涡街现象就会因其涡街气团区堿内聚集巨大能量所伤及，甚至于摧毁涡街气团区堿内的建筑物，对人类社会造成灾害。

要确保人民生命财产就要有效阻止这种天灾的破坏，要阻止这种天灾对人类社会的破坏就要有效阻止涡街现象的形成。由于形成涡街现象的天灾通常作用面积很大，故从冯·卡门先生运用流体力学理论所描述了涡街现象以来，人们只认识这种涡街现象的天灾破坏力很大，但至今没找到有效消减这种流体运动的自然现象的自然力破坏建筑物的方法和器具。

本发明就是消减这种流体运动的自然现象的自然力破坏建筑物的有效方法和器具。

发明内容

本发明针对上述当前两大类损毁力大的涡街现象之主要形式：柱形物涡街现象和板形物涡街现象的两种主要涡街现象的柱形物涡能消减法和板形物涡能消减法，现分述如下。

专门消减柱形物涡街现象中形成的涡能之法,简称“柱形物涡能消减法”；柱形物涡能消减法包括六个主要方法步骤：

第一步，确定并针对消减涡能的载体对象是含有柱形构件的建筑物，以及分析其气动特性，该类典型的建筑物就是指含有高楼天台上安装的圆杆式的避雷针、旗杆、烟囱以及流场中的非板形物的建筑物；

第二步，从所采用的柱形物涡能消减器壳体的圆形头部两侧边表面到其尖形尾部两侧边表面合拢后所形成的壳体表面气动特性能够在其外表面附近区域形成无漩涡形的、流线型的流体流线，其壳体表面之法线处处垂直于柱形物涡能消减器所保护的柱形物之轴线或其轴线的平移线，其垂直于轴线的截面之几何形状按照流体动力学揭示的规律与要求而设计成360度任意方向转动而让其圆形头部迎流方向上的流阻尽量小，尖形尾部外表面附近区域内不产生涡流现象的气动特性，即垂直于其轴线的截面几何形状呈自然下落过程中的水滴形状的器物；

第三步，所采用的水滴形状器物的壳体中心孔内表面之处处的法线垂直于柱形物的轴线，壳体中心孔垂直于轴线的截面几何形状是圆形的，且与轴承的外环外侧表面紧固连接；

第四步，所安装的轴承的内环内侧表面与在流场中存在大概率产生涡街现象的柱形物外表面紧固连接；对于被保护的柱形物的垂直于其轴线的截面不是规范的正圆时，则采用可硬化的填料填充柱形物与轴承之内环内侧表面之间的空隙；

第五步，轴承端面之平面与在流场中存在大概率产生涡街现象的柱形物之垂直于其轴线的截面保持一致；

第六步，在流场中存在大概率地产生涡街现象的柱形物之轴向长度长的，或其粗细不一致的柱形物需要消减柱形物涡街现象时，将流场中柱形物涡能消减器设计成以一定长度为单元长度的器件化的柱形物涡能消减器，分别按其外形特征或尺寸依次套装于被要求消减涡街现象的柱形物上，分段所套装在被要求消减涡街现象的柱形物上器件化的柱形物涡能消减器彼此之间相互独立地在360度内随风向的改变而自主转动，以保持柱形物涡能消减器的圆形头部中心线的法线始终对准迎流方向。

涡能消减法还体现在：在它的应用中不要求被要求消减涡街现象的柱形物的垂直于其轴线的截面必须是规范的圆柱形，通过涡能消减器的水滴形壳体与其内部所设置的轴承完全弱化了被要求消减涡街现象的柱形物外形上存在的不规则圆柱形的影响；流场中涡能消减法中采用的柱形物涡能消减器之材质为刚性的、能满足建设场地和流场运行环境条件的技术要求之温度的、湿度的、强度的、耐腐蚀、抗紫外线老化的材料所制成的。

专门消除含有柱形构件的建筑物的涡街现象之器具：专门消除高楼天台上所安装的避雷针、旗杆、烟囱以及流场中非板形物的建筑物在流场中所产生的涡街现象、消减涡能之器件，取其专用名称为柱形物涡能消减器；柱形物涡能消减器壳体的圆形头部1两边侧表面到其尖形尾部3两边侧表面合拢后所形成的壳体形状及气动特性呈水珠自由下落过程中形成的水滴流线型及其气动特性；所采用的水滴形状物的壳体中心置一个通孔，通孔的内表面处处的法线皆垂直于柱形物4的轴线，而垂直于柱形物4的轴线的柱形物4截面几何形状是近似圆形的，且与轴承2的外环外侧表面紧固连接；轴承2的内环内侧表面与在流场中存在大概率产生涡街现象的柱形物4外表面紧固连接；轴承2的两个端平面与在流场中存在大概率产生涡街现象的柱形物4之截面保持在同一平面上；在流场中存在大概率产生涡街现象的柱形物4之轴向长度长短不一致的，或其粗细不一致的柱形物4需要消除涡街现象的，将流场中柱形物涡能消减器设计成以一定长度为单元长度的器件标准化的柱形物涡能消减器，分别按其外形特征和尺寸依次套装于被要求消除涡街现象的柱形物4外表面上，分段所套装在被要求消除涡街现象的柱形物4上器件化的柱形物涡能消减器彼此之间相互独立地将其圆形头部1圆顶中心的法线在360度内随风向的改变而自主转动至对准迎流方向；在安装过程中，不要求被要求消减涡街现象的柱形物4垂直于轴线的截面必须是规范的、标准的圆柱形，通过涡能消减器的水滴形外形与其内部所设置的轴承完全弱化了被要求消减涡街现象的柱形物4垂直于轴线的截面上存在的不规则几何形状的影响；采用的柱形物涡能消减器之材质为刚性的、能满足建设方技术要求中关于温度、湿度、强度、耐腐蚀、抗紫外线老化的材料所制成的；

在高楼天台上，应通过消振基座将避雷针、旗杆安装在高楼天台上，其中消振基座包括外筒2-1、抱瓦2-2、调节螺栓2-3和弹性圈2-4，避雷针、旗杆类的柱形物根部置于消振基座的抱瓦2-2之中，调节螺栓2-3紧固避雷针、旗杆类的柱形物根部；避雷针、旗杆类的柱形物在流场中所获得的摆动动能聚集在其根部，而柱形物根部摆动能量被消振基座里的弹性物所吸收，不会传至高楼楼体上；

涡街能量是在柱形物涡街现象和板形物涡街现象两种主要涡街现象中形成的，简称涡能；专门消减板形物涡街现象中形成的涡能之法,简称“板形物涡能消减法”；板形物涡能消减法包括七个主要方法步骤：

第一步 确定并针对消减涡街现象的对象是含有板形构件和类似柱形构件的建筑物，以及分析其气动特性；

第二步 从涡街现象导致的损毁事故案例中分析其原因，这类典型的建筑物就是含有桥面和桥墩的桥梁或只有桥面的钢索斜拉桥梁；在流场中被要求消除涡街现象的物体是几何形状呈条板状的桥面，而不是近似圆柱形的桥墩：在同样流场强度的作用下，条板状的桥面和近似圆柱形的桥墩是桥梁的两大主要构件，然而在现实中遭受涡街现象袭击而损坏的构件多数是条板状的钢索斜拉桥面，而不是容易受到水面上方气流的气动作用和水面下方水流的液动作用之双重流体力学作用而形成气流涡街现象和水流涡街现象的近似圆柱形的桥墩；

第三步 分析和确认损毁原因，必须在导致桥面损坏的涡街现象的作用方与被作用方的双方形成的条件中确认其各方原因，在作用方的流场中的流体流向与被作用方之间相互作用中找出形成涡街现象的原因才能找出消除涡街现象之方法：大桥桥面被摧毁的表现形式是桥面的上下运动，其原因正是桥面落于涡街气团区域内，受到双排夹道式的“路边街灯”一样的若干涡旋气团所构成的涡街气团之作用而上下起伏飘动，表现出一种“旗帜式的飘动”的涡街现象之运动特征，而非窗帘在气流与窗帘布向下重力的双重作用下出现的“窗帘式的摆动”之运动特征；

第四步 确定的消减方法：要防止大桥桥面形成“旗帜式的飘动”的涡旋振动而被损毁，必须消除笼罩在桥面的上方与下方附近区域的涡街气团才能避免桥面因涡旋振动而损毁；若要消除笼罩在桥面的上方与下方附近区域内的涡旋气团，则必须阻止、改变大风顺着与桥面纵向中心线的作用于桥面，即大风吹向在桥面平面上的分流与桥面纵向中心线所构成的水平面上的夹角为零度时，大风吹向在桥面平面上的分流就会在桥面上方与下方附近区域形成的涡街气团分布，只要大风的强度达到一定值，条板状的桥面在涡街气团分布区域内会像“旗帜”一样上下起伏地飘动起来；

第五步 阻止涡振能量聚集与阻断涡振能量传递的具体措施有六：①.建桥项目启动前之首要任务就是根据需求选取建桥地址，其次查水文地质情况，其中不可遗漏的是要查气象资料，查常年的风级、风向累计出现率的分布图，将引桥的桥面中心线与风级、风向累计出现率的风力最大出现率的风向成大角度为宜；②.在设计桥梁时，将桥面中心线的直线设计理念改为多弯曲线的设计理念；③.在设计桥梁时，将整体桥面的设计理念改为多段桥面连接的设计理念，且一段一段的短桥面相互之间采取涡能隔绝措施，即采用阻止涡振能量聚集与阻断涡振能量传递的连接技术，简称涡能阻断技术，先将整体桥面分割成合适、合理的一段接一段的短桥面，将沿桥面纵向传递的涡能实施隔绝与阻断，再采用对桥面交通通行不会造成不良影响的涡能阻断器将一段接一段的短桥面连接成整体桥面，经过如此措施处理的桥面就能有效地阻断与阻止聚集形成破坏桥面量级的涡振能量；④.改变桥面的气动特性，直接破坏形成涡街现象的条件；⑤.加大风流流向在水平面上风流的分流与桥面纵向中心线的夹角，只要有效地加大，甚至于接近90度的风流流向在水平面上的分流与桥面纵向中心线的夹角就能有效地破坏形成桥面纵向的涡街现象的形成条件以及涡振能量在桥面上方与下方附近区域的聚集条件；⑥.气流对桥面的作用压强、作用角度、作用时间和作用过程中的波动程度；对于在水平平面上，风力的流向指向与桥面纵向中心线的夹角为90度的情形下，即大风从桥梁的左边或右边吹向桥梁时，在桥梁的左右两个侧面分别加装左滑道和右滑道，并在桥面的两个侧方安装供桥面上方支架行走的左滑道和供桥面下方支架行走的右滑道上安装横跨桥面的可收拢和拉开的桥面导流护罩的带滑道滑轮和自带行走驱动系统的支架；支架上固定覆盖着柔性材料制成的罩衣，桥面的上支架和下支架在各自的滑道上被拉开之后，固定在支架上的罩衣被支架所撑开，形成水珠在空气中下落时形成的水滴形状的外形，但在指定的一段桥面段上，设置两个端点，且在各自的端点上各设置一套外形为水滴形状的破坏涡街现象的装置，两套装置之间的差别仅仅是它们之间圆形头部的法线指向，即“水滴头”的法线指向互为相反，各自的水滴头部之法线都是与桥面中心线垂直且指向桥梁之外的；

第六步 控制器根据实测的风向启动水滴头部之法线迎流方向的那一端点的罩衣支架，而另一端点的罩衣支架停在端点处不启动；

第七步 在大桥桥面上消减的风向顺桥面纵向中心线的涡街气团之形式有三种不同结构的具体装置：第一个具体装置是其桥面上方的两侧加装可水平旋转90度的弹性导流板，无风时，弹性导流板旋转至桥面两侧的护栏处，并保持与护栏的平面一致；大风时，将顺置于在桥面两侧的护栏处弹性导流板水平旋转至桥面路面上，且垂直于桥面中心线，弹性导流板板面受到与桥面中心线一致的纵向大风的作用时，利用弹性导流板板面的分流功能与作用，改变桥面上所受到的大风对桥面的风向，破坏在板面及附近区域形成涡街现象的条件，同时因弹性导流板材料的弹性不影响桥面上的车辆通过而保持桥面上的交通秩序；第二个具体装置是在桥面上以单位距离为间距设置垂直于桥面纵向中心线而设置桥面弹性导流板；由控制器根据大风的气象指标通过传动轴与伞齿轮的机械传动来控制桥面弹性导流板平躺于桥面还是垂直于桥面的翻转切换；第三个具体装置是将整体桥面分割成一段接一段的短桥面之后，再由涡能阻断器将一段接一段的短桥面首尾连接而成整体桥面，任意两个短桥面之间都安装了短桥面各自端面通过涡能阻断器而连接，涡能阻断器的安装特征是安装在短桥面端头下方，其结构包括电磁铁、衔铁、压簧、轴承座、弹子、弹子碗、桥面涡能阻断器的詹氏挂钩、机件安装托盘，通过短桥面涡能阻断器的詹氏挂钩相互咬合，既具备了阻止在桥面上方与下方附近区域形成和聚集涡振能量以及阻断在桥面传递的涡振能量，又能确保所连接的桥面上通行的车辆与行人的交通行为行为不受影响；无风时，涡能阻断器的电磁铁在它的控制器的控制之下呈释放状态，短桥面涡能阻断器的詹氏挂钩相互咬合，两个短桥面就实现了连接；其它所有短桥面相互之间的连接也是如此；大风时，超过气流功率密度限定值时，涡能阻断器的电磁铁在它的控制器控制之下呈吸合状态，短桥面涡能阻断器的詹氏挂钩相互松开，进入脱钩状态，桥面的纵向能量由此实现了涡能阻断，两段短桥面之间在垂直方向上所出现的差动现象正是由涡能阻断器的平面轴承所发挥的作用“消化”涡振能量，成为各自的涡振能量各自独立运动的短桥面；其它短桥面之间的联接也是如此，其中短桥面的詹氏挂钩自动挂钩将各段短桥面连接成一个整体的桥面，当桥梁的定期维修的工艺要求下，在控制器的指令下由电磁铁执行系统詹氏挂钩将脱钩，桥面将从整体桥面恢复到各个相互独立的短桥面形态；另一个差别是由控制器控制各个短桥面之间的脱钩动作；如此方案能有效地阻断形成整体桥面涡振现象的足够破坏桥面的能量。

消除板形物涡能消减法还体现在：它的桥面导流护罩包括自带驱动系统的行走机构、刚性弓形支架和柔性材料制成的罩衣；被桥面上方与下方的刚性弓形支架撑开的桥面导流护罩之合成完整的外形呈水滴形状；在单位长度的桥面设定定型形成器件化的桥面导流护罩收缩终点，也是展开起点；在单位长度的桥面所设定的桥面导流护罩收缩终点，也是展开起点分别各设置一个桥面导流护罩；这两个桥面导流护罩的圆形头部中心点的法线指向正好相反，且其圆形头部中心点的法线指向迎流方向，且水平指向与桥面的平面保持一致向外；桥面导流护罩的展开启动受到风向的控制：总是启动展开圆形头部中心点的法线指向迎流方向的那个桥面导流护罩，而另一个桥面导流护罩停在起始点不启动。

消除含有板形构件的建筑物的涡街现象之器具：其特征一是它所配置的桥面导流护罩，具备阻止桥面涡振的具体功能有二：①.直接改变桥面的气动特性，直接破坏形成涡街现象的条件；②.加大风流流向在水平面上风流的分流与桥面纵向中心线的夹角，只要有效地将风力的流向在水平面上的分流与桥面纵向中心线的夹角加大至接近90度就能有效破坏形成桥面纵向的涡街现象形成的条件；对于在水平平面上，风力的流向指向与桥面纵向中心线的夹角为90度的情形下，即大风从桥梁的左边或右边吹向桥梁时，在桥梁的左右两个侧面分别加装左滑道和右滑道，并在桥面的两个侧方安装供桥面上方支架行走的左滑道和供桥面下方支架行走的右滑道上安装横跨桥面的可收拢和拉开的桥面导流护罩的带滑道滑轮和自带行走驱动系统的支架；支架上固定覆盖着柔性材料制成的罩衣，桥面的上支架和下支架在各自的滑道上被拉开之后，固定在支架上的罩衣被支架所撑开，形成水滴方向的水滴形状的外形，但在指定的一段桥面段上，设置两个端点，且在各自的端点上各设置一套外形为水滴形状的破坏涡街现象的装置，两套装置之间的差别仅仅是它们之间“水滴头”的方向互为相反，各自的水滴头部之法线都是与桥面中心线垂直且指向桥梁之外的；控制器根据实测的风向启动水滴头部之法线迎流的那一边的罩衣支架，而另一边的罩衣支架停在端点不启动；

二是它配置了桥面弹性导流板，直接改变大风气流对桥面的作用压强、作用角度、作用时间和作用过程中的波动幅度，直接改变桥面上方与下方附近区域的大风顺桥面纵向中心线流动方向，直接破坏形成涡街气团的条件之器具结构形式有三种：一种是其桥面上方的两侧加装可水平旋转90度的弹性导流板，无风时，弹性导流板旋转至桥面两侧的护栏处，并保持与护栏的平面一致；大风时，将顺置于在桥面两侧的护栏处弹性导流板水平旋转至桥面路面上，且垂直于桥面中心线，弹性导流板板面受到与桥面中心线一致的纵向大风的作用时，利用弹性导流板板面的分流功能与作用，改变桥面上所受到的大风对桥面的风向，破坏在板面及附近区域形成涡街现象的条件，同时因弹性导流板材料的柔性不影响桥面上的车辆通过而保持桥面上的交通秩序；二种是在桥面上以单位距离为间距设置垂直于桥面纵向中心线而设置桥面弹性导流板；由控制器根据大风的气象指标通过传动轴与伞齿轮的机械传动来控制桥面弹性导流板平躺于桥面还是垂直于桥面的翻转切换；三种是在桥面上以单位距离为间距设置垂直于桥面纵向中心线所设置桥面弹性导流板，桥面弹性导流板是由柔软的弹性材料卷在滚筒上而制成的，无论桥面风力如何，导流状态的桥面弹性导流板与桥面保持大于45度的夹角，当车辆经过时，桥面弹性导流板被车辆轮子压至平躺状态，即平躺状态的桥面弹性导流板与地面的夹角为零度的状态；车辆轮子从桥面弹性导流板面上滚压过去之后，桥面弹性导流板自动从平躺状态弹起，恢复常有的导流状态的夹角。

专门消除含有板面类构件的建筑物的涡街现象之器具，它的桥面导流护罩包括自带驱动系统的行走机构、刚性弓形支架、柔性罩衣和控制器，其中自带驱动系统的行走机构里包括动力电缆、电动机、变速器、制动器、滑轮，刚性弓形支架包括刚性弓形支架和端部的刚性弓形支架上所安装的与桥面上端点上安装的锁扣副对接的电磁自动锁扣，柔性罩衣的尺寸与刚性弓形支架的尺寸匹配，控制器包括n种技术指标传感器和数据处理器及执行机构；动力电缆将电源通过控制器与电动机输入端电气连接，电动机动力输出轴通过变速器机械传动于滑轮，受控制器控制的制动器安装于滑轮侧，刚性弓形支架包括刚性弓形支架和端部的刚性弓形支架上所安装的与桥面上端点上安装的锁扣副对接的电磁自动锁扣展开的桥面导流护罩之外形呈水滴形状，刚性弓形支架与相邻的另一个刚性弓形支架之间的连接就是柔性罩衣；在单位长度的桥面设定定型形成器件化的桥面导流护罩收缩终点，也是展开起点；在单位长度的桥面所设定的桥面导流护罩收缩终点，也是展开起点分别各设置一个桥面导流护罩；这两个桥面导流护罩的前后缘的指向正好相反，且其前缘顶端的法线指向迎流方向，且水平指向与桥面的平面保持一致向外；桥面导流护罩的展开启动受到风向的控制：总是启动展开前缘迎流的那个桥面导流护罩，而另一个桥面导流护罩不启动，仍然停留在其起始点。

它具有三种具体的桥面弹性导流板，一种是它的桥面8上方与下方分别顺车辆前进方向设置可相对桥面8旋转90度的弹性导流板系统，它包括电动机10、主动齿轮11、被动齿轮12、传动齿条13、导流状态弹性导流板14、休眠状态弹性导流板15、弹性导流板转轴16；无风时，休眠状态弹性导流板15在桥面弹性导流板工作状态控制器的控制下，平躺于桥面，其弹性导流板的平面与桥面的平面一样平，处于休眠状态；大风时，电动机10接受桥面弹性导流板工作状态控制器的启动指令开始旋转带动主动齿轮11且通过传动齿条13使得被动齿轮12转动，被动齿轮12带动弹性导流板转轴16，弹性导流板转轴16的转动使得弹性导流板15结束休眠状态进入导流状态，即弹性导流板15从平躺于桥面的状态转动进入与桥面成一定角度的结构状态，从而改变大风向在桥面更高的上方流去而无法形成涡街气团；与桥面成一定角度由桥面弹性导流板工作状态控制器实测涡街气团形成的状态来控制；二种是它的桥面8上方与下方分别顺车辆前进方向设置可相对桥面8旋转90度的弹性导流板系统，它包括电动机10、主动传动杆17、被动传动杆18、传动绳19、导流状态弹性导流板14、休眠状态弹性导流板15、弹性导流板转轴16；无风时，休眠状态弹性导流板15在桥面弹性导流板工作状态控制器的控制下，平躺于桥面，其弹性导流板的平面与桥面的平面一样平，处于休眠状态；大风时，电动机10接受桥面弹性导流板工作状态控制器的启动指令开始旋转带动主动传动杆17且通过传动绳19使得被动传动杆18转动，被动传动杆18带动弹性导流板转轴16，弹性导流板转轴16的转动使得弹性导流板15结束休眠状态进入导流状态，即弹性导流板15从平躺于桥面的状态转动进入与桥面成一定角度的结构状态，从而改变大风向在桥面上方更高空间的流去而无法形成涡街气团；三种是在桥面8上方以单位距离为间距设置垂直于桥面纵向中心线所设置桥面弹性导流板14，桥面弹性导流板14是由柔软的弹性材料卷在滚筒上而制成的，无论桥面风力如何，导流状态的桥面弹性导流板14与桥面保持大于45度的夹角，当车辆经过时，导流状态的桥面弹性导流板14被车辆轮子压至平躺状态，即平躺状态的桥面弹性导流板15与地面的夹角为零度的状态；车辆轮子滚过之后，桥面弹性导流板自动从平躺状态弹起，恢复常有的导流状态的夹角；

第一种和第二种在桥面上以单位距离为间距设置垂直于桥面纵向中心线所设置桥面弹性导流板的工作状态需要控制器根据大风的气象指标通过传动机构来控制桥面弹性导流板平躺于桥面还是垂直于桥面的翻转切换；第三种桥面弹性导流板的工作状态不需要控制器根据大风的气象指标通过传动机构来控制。

附图说明

附图1为柱形物涡能消减器的侧视结构图；

附图2为柱形物涡能消减器的俯视结构图。

附图3为板形物涡能消减器的桥面涡振能量机械阻断器侧视结构图。

附图4为板形物涡能消减器的第一种具体的桥面弹性导流板的立体结构图。

附图5为板形物涡能消减器的第二种具体的桥面弹性导流板的立体结构图。

附图6为板形物涡能消减器的第三种具体的桥面弹性导流板的立体结构图。

附图7为柱形物涡能消减器中杆类根部的消振基座侧视结构图。

附图8为柱形物涡能消减器中杆类根部的消振基座俯视结构图。

具体实施方式

结合说明书附图和具体一般性实施要求对各零部件进行工艺说明。

附图1和附图2是按照涡能消减法而设计的单位长度的柱形物涡能消减器。具体设计时根据被保护的柱形物的实际尺寸选用轴承的种类与型号，以及单位长度的长度值。

附图3板形物涡振能量机械阻断器作为板形物涡能消减器的重要部件。在实际的桥面的消减涡能消减过程中，它能阻断涡能的传递和阻止涡能的不断聚集。具体实施里将按照精确的加工图和装配图加工和装配。

附图4是第一种具体的传动方式的桥面弹性导流板。结构简单，加工制作安装维护均很容易。能有效可靠地破坏涡能的形成、传递、阻断、聚集。

附图5是第二种具体的传动方式的桥面弹性导流板。结构很简单，加工制作安装维护均更容易。能有效可靠地破坏涡能的形成、传递、阻断、聚集。

附图6是第三种具体的传动方式的桥面弹性导流板。结构更简单，加工制作安装维护均更容易。能有效可靠地破坏涡能的形成、传递、阻断、聚集。

附图7和附图8为柱形物涡能消减器中杆类根部的消振基座的结构简单，原理运用准确，制造、安装与维护均无困难，消振效果达到发明目的，有效阻止振动能量传至楼体，有效阻止损害楼体的一种振动源。

Claims (6)

1.一种涡能消减法，其特征是涡街能量是在柱形物涡街现象和板形物涡街现象两种主要涡街现象中形成的，简称涡能；专门消减柱形物涡街现象中形成的涡能之法,简称“柱形物涡能消减法”；柱形物涡能消减法包括六个主要方法步骤，第一步，确定并针对消减涡能的载体对象是含有柱形构件的建筑物，以及分析其气动特性，典型的建筑物就是指含有高楼天台上安装的圆杆式的避雷针、旗杆、烟囱以及流场中的非板形物的建筑物；第二步，从所采用的柱形物涡能消减器壳体的圆形头部两侧边表面到其尖形尾部两侧边表面合拢后所形成的壳体表面气动特性能够在其外表面附近区域形成无漩涡形的、流线型的流体流线，其壳体表面之法线处处垂直于柱形物涡能消减器所保护的柱形物之轴线或其轴线的平移线，其垂直于轴线的截面之几何形状按照流体动力学揭示的规律与要求而设计成360度任意方向转动而让其圆形头部迎流方向上的流阻尽量小，尖形尾部外表面附近区域内不产生涡流现象的气动特性，即垂直于其轴线的截面几何形状呈自然下落过程中的水滴形状的器物；第三步，所采用的水滴形状器物的壳体中心孔内表面之处处的法线垂直于柱形物的轴线，壳体中心孔垂直于轴线的截面几何形状是圆形的，且与轴承的外环外侧表面紧固连接；第四步，轴承的内环内侧表面与在流场中存在大概率产生涡街现象的柱形物外表面紧固连接；对于被保护的柱形物的垂直于其轴线的截面不是规范的正圆时，则采用可硬化的填料填充柱形物与轴承之内环内侧表面之间的空隙；第五步，轴承端面之平面与在流场中存在大概率产生涡街现象的柱形物之垂直于其轴线的截面保持一致；第六步，在流场中存在大概率地产生涡街现象的柱形物之轴向长度长的，或其粗细不一致的柱形物需要消减柱形物涡街现象时，将流场中柱形物涡能消减器设计成以一定长度为单元长度的器件化的柱形物涡能消减器，分别按其外形特征或尺寸依次套装于被要求消减涡街现象的柱形物上，分段所套装在被要求消减涡街现象的柱形物上器件化的柱形物涡能消减器彼此之间相互独立地在360度内随风向的改变而自主转动，以保持柱形物涡能消减器的圆形头部中心线的法线始终对准迎流方向；实施上述涡能消减法所制成的涡能消减器，一是专门消除高楼天台上所安装的避雷针、旗杆、烟囱以及流场中非板形物的建筑物在流场中所产生的涡街现象、消减涡能之器件，取其专用名称为柱形物涡能消减器；柱形物涡能消减器壳体的圆形头部(1)两边侧表面到其尖形尾部(3)两边侧表面合拢后所形成的壳体形状及气动特性呈水珠自由下落过程中形成的水滴流线型；所采用的水滴形状物的壳体中心置一个通孔，通孔的内表面处处的法线皆垂直于柱形物(4)的轴线，而垂直于柱形物(4)的轴线的柱形物(4)截面几何形状是近似圆形的，且与轴承(2)的外环外侧表面紧固连接；轴承(2)的内环内侧表面与在流场中存在大概率产生涡街现象的柱形物(4)外表面紧固连接；轴承(2)的两个端平面与在流场中存在大概率产生涡街现象的柱形物(4)之截面保持在同一平面上；在流场中存在大概率产生涡街现象的柱形物(4)之轴向长度长短不一致的，或其粗细不一致的柱形物(4)需要消除涡街现象的，将流场中柱形物涡能消减器设计成以一定长度为单元长度的器件标准化的柱形物涡能消减器，分别按其外形特征和尺寸依次套装于被要求消除涡街现象的柱形物(4)外表面上，分段所套装在被要求消除涡街现象的柱形物(4)上器件化的柱形物涡能消减器彼此之间相互独立地将其圆形头部(1)圆顶中心的法线在360度内随风向的改变而自主转动至对准迎流方向；在安装过程中，不要求被要求消减涡街现象的柱形物(4)垂直于轴线的截面必须是规范的、标准的圆柱形，通过涡能消减器的水滴形外形与其内部所设置的轴承完全弱化了被要求消减涡街现象的柱形物(4)垂直于轴线的截面上存在的不规则几何形状的影响；采用的柱形物涡能消减器之材质为刚性的、能满足建设方技术要求中关于温度、湿度、强度、耐腐蚀、抗紫外线老化的材料所制成的；

二是在高楼天台上，应通过消振基座将避雷针、旗杆安装在高楼天台上，其中消振基座包括外筒(2-1)、抱瓦(2-2)、调节螺栓(2-3)和弹性圈(2-4)，避雷针、旗杆类的柱形物根部置于消振基座的抱瓦(2-2)之中，调节螺栓(2-3)紧固避雷针、旗杆类的柱形物根部；避雷针、旗杆类的柱形物在流场中所获得的摆动动能聚集在其根部，而柱形物根部摆动能量被消振基座里的弹性物所吸收，不会传至高楼楼体上。

2.一种涡能消减法，其特征是涡街能量是在柱形物涡街现象和板形物涡街现象两种主要涡街现象中形成的，简称涡能；专门消减板形物涡街现象中形成的涡能之法,简称“板形物涡能消减法”；板形物涡能消减法包括七个主要方法步骤，第一步，确定并针对消减涡街现象的对象是含有板形构件和类似柱形构件的建筑物，以及分析其气动特性；第二步，从涡街现象导致的损毁事故案例中分析其原因，这类典型的建筑物就是含有桥面和桥墩的桥梁或只有桥面的钢索斜拉桥梁；在流场中被要求消除涡街现象的物体是几何形状呈条板状的桥面，而不是近似圆柱形的桥墩：在同样流场强度的作用下，条板状的桥面和近似圆柱形的桥墩是桥梁的两大主要构件，然而在现实中遭受涡街现象袭击而损坏的构件多数是条板状的钢索斜拉桥面，而不是容易受到水面上方气流的气动作用和水面下方水流的液动作用之双重流体力学作用而形成气流涡街现象和水流涡街现象的近似圆柱形的桥墩；第三步，确认损毁原因，必须在导致桥面损坏的涡街现象的作用方与被作用方的双方形成的条件中分析和确认其各方原因，在作用方的流场中的流体流向与被作用方之间相互作用中找出形成涡街现象的原因才能找出消除涡街现象之方法：大桥桥面被摧毁的表现形式是桥面的上下运动，其原因正是桥面落于涡街气团区域内，受到双排夹道式的“路边街灯”一样的若干涡旋气团所构成的涡街气团之作用而上下起伏飘动，表现出一种“旗帜式的飘动”的涡街现象之运动特征，而非窗帘在气流与窗帘布向下重力的双重作用下出现的“窗帘式的摆动”之运动特征；第四步，确定消减方法：要防止大桥桥面形成“旗帜式的飘动”的涡旋振动而被损毁，必须消除笼罩在桥面的上方与下方附近区域的涡街气团才能避免桥面因涡旋振动而损毁；若要消除笼罩在桥面的上方与下方附近区域内的涡旋气团，则必须阻止、改变大风顺着与桥面纵向中心线的作用于桥面，即大风吹向在桥面平面上的分流与桥面纵向中心线所构成的水平面上的夹角为零度时，大风吹向在桥面平面上的分流就会在桥面上方与下方附近区域形成的涡街气团分布，只要大风的强度达到一定值，条板状的桥面在涡街气团分布区域内会像“旗帜”一样上下起伏地飘动起来；第五步，阻止涡振能量聚集与阻断涡振能量传递的具体措施有六：①.建桥项目启动前之首要任务就是根据需求选取建桥地址，其次查水文地质情况，其中不可遗漏的是要查气象资料，查常年的风级、风向累计出现率的分布图，将引桥的桥面中心线与风级、风向累计出现率的风力最大出现率的风向成大角度为宜；②.在设计桥梁时，将桥面中心线的直线设计理念改为多弯曲线的设计理念；③.在设计桥梁时，将整体桥面的设计理念改为多段桥面连接的设计理念，且一段一段的短桥面相互之间采取涡能隔绝措施，即采用阻止涡振能量聚集与阻断涡振能量传递的连接技术，简称涡能阻断技术，先将整体桥面分割成合适、合理的一段接一段的短桥面，将沿桥面纵向传递的涡能实施隔绝与阻断，再采用对桥面交通通行不会造成不良影响的涡能阻断器将一段一段的短桥面连接成整体桥面，经过如此措施处理的桥面就能有效地阻断与阻止聚集形成破坏桥面量级的涡振能量；④.改变桥面的气动特性，直接破坏形成涡街现象的条件；⑤.加大风流流向在水平面上风流的分流与桥面纵向中心线的夹角，只要有效地加大，甚至于接近90度的风流流向在水平面上的分流与桥面纵向中心线的夹角就能有效地破坏形成桥面纵向的涡街现象的形成条件以及涡振能量在桥面上方与下方附近区域的聚集条件；⑥.气流对桥面的作用压强、作用角度、作用时间和作用过程中的波动程度；对于在水平平面上，风力的流向指向与桥面纵向中心线的夹角为90度的情形下，即大风从桥梁的左边或右边吹向桥梁时，在桥梁的左右两个侧面分别加装左滑道和右滑道，并在桥面的两个侧方安装供桥面上方支架行走的左滑道和供桥面下方支架行走的右滑道上安装横跨桥面的可收拢和拉开的桥面导流护罩的带滑道滑轮和自带行走驱动系统的支架；支架上固定覆盖着柔性材料制成的罩衣，桥面的上支架和下支架在各自的滑道上被拉开之后，固定在支架上的罩衣被支架所撑开，形成水珠在空气中下落时形成的水滴形状的外形，但在指定的一段桥面段上，设置两个端点，且在各自的端点上各设置一套外形为水滴形状的破坏涡街现象的装置，两套装置之间的差别仅仅是它们之间圆形头部的法线指向，即“水滴头”的法线指向互为相反，各自的水滴头部之法线都是与桥面中心线垂直且指向桥梁之外的；第六步，控制器根据实测的风向启动水滴头部之法线迎流方向的那一端点的罩衣支架，而另一端点的罩衣支架停在端点处不启动；第七步，在大桥桥面上消减的风向顺桥面纵向中心线的涡街气团之形式有三种不同结构的具体装置：第一个具体装置是其桥面上方的两侧加装可水平旋转90度的弹性导流板，无风时，弹性导流板旋转至桥面两侧的护栏处，并保持与护栏的平面一致；大风时，将顺置于在桥面两侧的护栏处弹性导流板水平旋转至桥面路面上，且垂直于桥面中心线，弹性导流板板面受到与桥面中心线一致的纵向大风的作用时，利用弹性导流板板面的分流功能与作用，改变桥面上所受到的大风对桥面的风向，破坏在板面及附近区域形成涡街现象的条件，同时因弹性导流板材料的弹性不影响桥面上的车辆通过而保持桥面上的交通秩序；第二个具体装置是在桥面上以单位距离为间距设置垂直于桥面纵向中心线而设置桥面弹性导流板；由控制器根据大风的气象指标通过传动轴与伞齿轮的机械传动来控制桥面弹性导流板平躺于桥面还是垂直于桥面的翻转切换；第三个具体装置是将整体桥面分割成一段接一段的短桥面之后，再由涡能阻断器将一段接一段的短桥面首尾连接而成整体桥面，任意两个短桥面之间都安装了短桥面各自端面通过涡能阻断器而连接，涡能阻断器的安装特征是安装在短桥面端头下方，其结构包括电磁铁、衔铁、压簧、轴承座、弹子、弹子碗、桥面涡能阻断器的詹氏挂钩、机件安装托盘，通过短桥面涡能阻断器的詹氏挂钩相互咬合，既具备了阻止在桥面上方与下方附近区域形成和聚集涡振能量以及阻断在桥面传递的涡振能量，又能确保所连接的桥面上通行的车辆与行人的交通行为不受影响；无风时，涡能阻断器的电磁铁在它的控制器的控制之下呈释放状态，短桥面涡能阻断器的詹氏挂钩相互咬合，两个短桥面就实现了连接；其它所有短桥面相互之间的连接也是如此；大风时，超过气流功率密度限定值时，涡能阻断器的电磁铁在它的控制器控制之下呈吸合状态，短桥面涡能阻断器的詹氏挂钩相互松开，进入脱钩状态，桥面的纵向能量由此实现了涡能阻断，两段短桥面之间在垂直方向上所出现的差动现象正是由涡能阻断器的平面轴承所发挥的作用“消化”涡振能量，成为各自的涡振能量各自独立运动的短桥面；其它短桥面之间的联接也是如此，其中短桥面的詹氏挂钩自动挂钩将各段短桥面连接成一个整体的桥面，当桥梁的定期维修的工艺要求下，在控制器的指令下由电磁铁执行系统将詹氏挂钩脱钩，桥面将从整体桥面恢复到各个相互独立的短桥面形态；另一个差别是由控制器控制各个短桥面之间的脱钩动作；如此方案能有效地阻断形成整体桥面涡振现象的足够破坏桥面的能量。

3.根据权利要求2所述的涡能消减法，其特征是它的桥面导流护罩包括自带驱动系统的行走机构、刚性弓形支架和柔性材料制成的罩衣；被桥面上方与下方的刚性弓形支架撑开的桥面导流护罩之合成完整的外形呈水滴形状；在单位长度的桥面设定定型形成器件化的桥面导流护罩收缩终点，也是展开起点；在单位长度的桥面所设定的桥面导流护罩收缩终点，也是展开起点分别各设置一个桥面导流护罩；这两个桥面导流护罩的圆形头部中心点的法线指向正好相反，且其圆形头部中心点的法线指向迎流方向，且水平指向与桥面的平面保持一致向外；桥面导流护罩的展开启动受到风向的控制：总是启动展开圆形头部中心点的法线指向迎流方向的那个桥面导流护罩，而另一个桥面导流护罩停在起始点不启动。

4.一种实施权利要求3所述的涡能消减法所制成的涡能消减器，其特征一是它所配置的桥面导流护罩，具备阻止桥面涡振的具体功能有二：①.直接改变桥面的气动特性，直接破坏形成涡街现象的条件；②.加大风流流向在水平面上风流的分流与桥面纵向中心线的夹角，只要有效地将风力的流向在水平面上的分流与桥面纵向中心线的夹角加大至接近90度就能有效破坏形成桥面纵向的涡街现象形成的条件；对于在水平平面上，风力的流向指向与桥面纵向中心线的夹角为90度的情形下，即大风从桥梁的左边或右边吹向桥梁时，在桥梁的左右两个侧面分别加装左滑道和右滑道，并在桥面的两个侧方安装供桥面上方支架行走的左滑道和供桥面下方支架行走的右滑道上安装横跨桥面的可收拢和拉开的桥面导流护罩的带滑道滑轮和自带行走驱动系统的支架；支架上固定覆盖着柔性材料制成的罩衣，桥面的上支架和下支架在各自的滑道上被拉开之后，固定在支架上的罩衣被支架所撑开，形成水滴方向的水滴形状的外形，但在指定的一段桥面段上，设置两个端点，且在各自的端点上各设置一套外形为水滴形状的破坏涡街现象的装置，两套装置之间的差别仅仅是它们之间“水滴头”的方向互为相反，各自的水滴头部之法线都是与桥面中心线垂直且指向桥梁之外的；控制器根据实测的风向启动水滴头部之法线迎流的那一边的罩衣支架，而另一边的罩衣支架停在端点不启动；

二是它配置了桥面弹性导流板，直接改变大风气流对桥面的作用压强、作用角度、作用时间和作用过程中的波动幅度，直接改变桥面上方与下方附近区域的大风顺桥面纵向中心线流动方向，直接破坏形成涡街气团的条件之器具结构形式有三种：一种是其桥面上方的两侧加装可水平旋转90度的弹性导流板，无风时，弹性导流板旋转至桥面两侧的护栏处，并保持与护栏的平面一致；大风时，将顺置于在桥面两侧的护栏处弹性导流板水平旋转至桥面路面上，且垂直于桥面中心线，弹性导流板板面受到与桥面中心线一致的纵向大风的作用时，利用弹性导流板板面的分流功能与作用，改变桥面上所受到的大风与桥面的夹角，破坏在桥面及附近区域形成涡街现象的条件，同时因弹性导流板材料的柔性不影响桥面上的车辆通过而保持桥面上的交通秩序；二种是在桥面上以单位距离为间距设置垂直于桥面纵向中心线而设置桥面弹性导流板；由控制器根据大风的气象指标通过传动轴与伞齿轮的机械传动来控制桥面弹性导流板平躺于桥面还是垂直于桥面的翻转切换；三种是在桥面上以单位距离为间距设置垂直于桥面纵向中心线所设置桥面弹性导流板，桥面弹性导流板是由柔软的弹性材料卷在滚筒上而制成的，无论桥面风力如何，导流状态的桥面弹性导流板与桥面保持大于45度的夹角，当车辆经过时，桥面弹性导流板被车辆轮子压至平躺状态，即平躺状态的桥面弹性导流板与地面的夹角为零度的状态；车辆轮子从桥面弹性导流板面上滚压过去之后，桥面弹性导流板自动从平躺状态弹起，恢复常有的导流状态的夹角。

5.根据权利要求4所述的涡能消减器，其特征是它的桥面导流护罩包括自带驱动系统的行走机构、刚性弓形支架、柔性罩衣和控制器，其中自带驱动系统的行走机构里包括动力电缆、电动机、变速器、制动器、滑轮，刚性弓形支架包括刚性弓形支架和端部的刚性弓形支架上所安装的与桥面上端点上安装的锁扣副对接的电磁自动锁扣，柔性罩衣的尺寸与刚性弓形支架的尺寸匹配，控制器包括n种技术指标传感器和数据处理器及执行机构；动力电缆将电源通过控制器与电动机输入端电气连接，电动机动力输出轴通过变速器机械传动于滑轮，受控制器控制的制动器安装于滑轮侧，刚性弓形支架包括刚性弓形支架和端部的刚性弓形支架上所安装的与桥面上端点上安装的锁扣副对接的电磁自动锁扣展开的桥面导流护罩之外形呈水滴形状，刚性弓形支架与相邻的另一个刚性弓形支架之间的连接就是柔性罩衣；在单位长度的桥面设定定型形成器件化的桥面导流护罩收缩终点，也是展开起点；在单位长度的桥面所设定的桥面导流护罩收缩终点，也是展开起点分别各设置一个桥面导流护罩；这两个桥面导流护罩的前后缘的指向正好相反，且其前缘顶端的法线指向迎流方向，且水平指向与桥面的平面保持一致向外；桥面导流护罩的展开启动受到风向的控制：总是启动展开前缘迎流的那个桥面导流护罩，而另一个桥面导流护罩不启动，仍然停留在其起始点。

6.根据权利要求5所述的涡能消减器，其特征是它具有三种具体的桥面弹性导流板，一种是它的桥面(8)上方与下方分别顺车辆前进方向设置可相对桥面(8)旋转90度的弹性导流板系统，它包括电动机(10)、主动齿轮(11)、被动齿轮(12)、传动齿条(13)、导流状态弹性导流板(14)、休眠状态弹性导流板(15)、弹性导流板转轴(16)；无风时，休眠状态弹性导流板(15)在桥面弹性导流板工作状态控制器的控制下，平躺于桥面，其弹性导流板的平面与桥面的平面一样平，处于休眠状态；大风时，电动机(10)接受桥面弹性导流板工作状态控制器的启动指令开始旋转带动主动齿轮(11)且通过传动齿条(13)使得被动齿轮(12)转动，被动齿轮(12)带动弹性导流板转轴(16)，弹性导流板转轴(16)的转动使得弹性导流板(15)结束休眠状态进入导流状态，即弹性导流板(15)从平躺于桥面的状态转动进入与桥面成一定角度的结构状态，从而改变大风向在桥面更高的上方流去而无法形成涡街气团；与桥面成一定角度由桥面弹性导流板工作状态控制器实测涡街气团形成的状态来控制；二种是它的桥面(8)上方与下方分别顺车辆前进方向设置可相对桥面(8)旋转90度的弹性导流板系统，它包括电动机(10)、主动传动杆(17)、被动传动杆(18)、传动绳(19)、导流状态弹性导流板(14)、休眠状态弹性导流板(15)、弹性导流板转轴(16)；无风时，休眠状态弹性导流板(15)在桥面弹性导流板工作状态控制器的控制下，平躺于桥面，其弹性导流板的平面与桥面的平面一样平，处于休眠状态；大风时，电动机(10)接受桥面弹性导流板工作状态控制器的启动指令开始旋转带动主动传动杆(17)且通过传动绳(19)使得被动传动杆(18)转动，被动传动杆(18)带动弹性导流板转轴(16)，弹性导流板转轴(16)的转动使得弹性导流板(15)结束休眠状态进入导流状态，即弹性导流板(15)从平躺于桥面的状态转动进入与桥面成一定角度的结构状态，从而改变大风向在桥面上方更高空间的流去而无法形成涡街气团；三种是在桥面(8)上以单位距离为间距设置垂直于桥面纵向中心线所设置桥面弹性导流板(14)，桥面弹性导流板(14)是由柔软的弹性材料卷在滚筒上而制成的，无论桥面风力如何，导流状态的桥面弹性导流板(14)与桥面保持大于45度的夹角，当车辆经过时，导流状态的桥面弹性导流板(14)被车辆轮子压至平躺状态，即平躺状态的桥面弹性导流板(15)与地面的夹角为零度的状态；车辆轮子从桥面弹性导流板面上滚压过去之后，桥面弹性导流板自动从平躺状态弹起，恢复常有的导流状态的夹角；

第一种和第二种在桥面上以单位距离为间距设置垂直于桥面纵向中心线所设置桥面弹性导流板的工作状态需要控制器根据大风的气象指标通过传动机构来控制桥面弹性导流板平躺于桥面还是垂直于桥面的翻转切换；第三种桥面弹性导流板的工作状态不需要控制器根据大风的气象指标通过传动机构来控制。

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