CN204590299U - 三向多重环式调谐质量阻尼器减震装置 - Google Patents

Abstract

三向多重环式调谐质量阻尼器减震装置，它涉及一种减震装置。本实用新型的目的是降低高耸瓷柱型电气设备在地震动作用下的设备响应，减少高耸瓷柱型电气设备的震害的问题。本实用新型包括固定支撑装置、滑动支撑装置、质量装置和刚度装置，所述固定支撑装置和滑动支撑装置为内径相同的三面闭合一面敞口的环式空腔结构，所述滑动支撑装置同心安装在固定支撑装置的空腔内，质量装置围合在滑动支撑装置的敞口面，刚度装置设在滑动支撑装置与质量装置构成的密闭空腔内和滑动支撑装置下端与固定支撑装置内壁之间的缝隙中。本实用新型比传统高耸瓷柱型电气设备减震装置能更好地控制设备的位移。

Description

三向多重环式调谐质量阻尼器减震装置

技术领域

本实用新型涉及一种减震装置，具体涉及一种三向多重环式调谐质量阻尼器减震装置，属于减震装置技术领域。

背景技术

地震灾害具有突发性和毁灭性，严重威胁着人类的生命和财产安全。高耸瓷柱型电气设备在电力系统中应用得非常广泛，且随着电力工业的发展，输变电设备的等级越来越高，高压电气设备尤其是超高压直流输变电设备越来越高耸和细柔，顶部质量越来越大，对其抗震性能的要求更高。国内外的历次强震中高耸瓷柱型电气设备震害均非常严重，确保高耸瓷柱型电气设备在地震作用下正常工作对保障电力系统安全运行至关重要。

高耸瓷柱型电气设备地震中的损坏形式主要是绝缘子端部拉断和漏油。针对这一情况问题，国内外很多学者采取了不同的措施来提高其抗震性能。有的通过拉线加固等措施来提高侧向刚度，有的在下部支架处设置金属阻尼器来耗散地震能量，亦有采用基底隔震技术将地震动输入与电气设备隔离的，这其中包括叠层橡胶支座和摩擦摆支座等。

调谐质量阻尼器(TMD)是一种广泛应用于土木工程结构的被动减震控制装置，它能根据高耸瓷柱型电气设备的震害特点，降低地震动作用下高耸瓷柱型电气设备的加速度和根部应力反应。

TMD由质量系统、弹簧系统以及阻尼系统组成。地震发生时，被控设备在地震动作用下开始振动，被控设备的振动带动TMD系统共同振动，因为TMD与被控设备之间是弹性连接，TMD与被控设备之间会产生相对运动，如果将TMD自振频率调整到与所控制的高耸瓷柱型电气设备自振频率相近的合适值(精确值可以通过理论计算确定)，TMD将能够提供给设备一个始终与设备惯性力方向相反的力，从而降低了作用于设备上的合力的幅值，也就降低了地震动作用时设备的动力响应。从耗能的角度来看,给TMD设定阻尼，通过TMD的运动耗散地震发生时地面传递给设备的能量，将能量的消耗集中到TMD装置内，这就减少了设备本身所需要吸收的能量，减轻了设备本身可能出现的损坏，从而达到了减轻设备震害的目的。

现有方法主要有拉线式减震方法、金属阻尼器减震方法、基底隔震技术减震方法、绝缘全封闭式组合电器配电装置减震方法。

(1)拉线式减震方法：本方法为静力加固法。通过增加多余约束来提高设备抵抗水平地震力的能力。本方法原理简单清晰，但这种加固方式在地震中容易在拉杆或拉线固定部位发生损坏，形成新的薄弱环节，同时因为拉线的安装方式和电气绝缘的要求，本方法对空间要求大。

(2)铅合金减震器减震方法：通过安装铅合金阻尼减震器，改变设备的频率、增加设备的阻尼，降低设备的地震反应。目前该方法在国内已有一些应用，张雪松在文章《安装新型铅减震器的220kV断路器振动台试验》给出了这种减震器的振动台试验结果，结果表明新型铅合金减震器可以降低断路器顶部的加速度和位移，底部瓷套管最大应变可以减少50％以上。但该方法对于长周期成分丰富的地震动以及含速度脉冲的近场地震动这两类特殊地震动的减震效果相对较弱。

(3)叠层橡胶隔震支座减震方法：通过改变设备支撑条件，延长设备的自振周期，避开地震动的卓越周期段，从而降低上部设备在地震动作用下的动力响应，同时还可以通过增加铅芯等措施来耗散能量。但这种方法存在以下缺点，首先是橡胶易老化，其次是基础隔震通常会增加隔震支座上部设备的绝对位移反应，绝大多数高耸瓷柱型电气设备上端均有导线连接，位移的增大容易出现设备因导线拉拽而破坏的情况，第三是隔震支座不抗拉，即使不考虑叠层橡胶隔震支座减震方法的前述两个缺点，本方法通常也只能用于基底不出现拉应力的变压器上部套管减震，很难应用于直接安装在地面的大型电流互感器、避雷器等高耸瓷柱型电气设备的减震。

(4)摩擦摆系统减震方法：通过改变设备支撑条件，延长设备的自振周期，避开地震动的卓越周期段以降低设备的动力响应。摩擦摆隔震支座综合了滑动轴承和摆运动的概念，采用隔震装置以后系统的频率主要由摆的几何参数确定、同时通过滑动面的摩擦耗散能量。摩擦摆隔震装置在建筑领域已有大量的应用，但在瓷柱型电气设备的减震应用中还存在一些问题，一是增大了上部设备位移、二是这种隔震支座不抗拉。

(5)全封闭式组合电器配电装置(GIS)减震方法:与常规配电装置不同，GIS将断路器、隔离开关、快速或慢速接地开关、电流互感器、避雷器、母线等元件通过封闭式组合，加装在一个充满一定压力的SF6气体的仓内，电气绝缘可依靠仓内SF6气体保证，SF6气体同时也起灭弧介质的作用。本方法的优越性很多，占地面积小，设备布置重心低，在国内外也应用的越来越多。但GIS前期投资大，是分散式元件投资的30-40倍；且GIS组合电器一旦发生故障，后果要比敞开式变电站严重得多，一个元件的故障可能是整套设备失效或损毁。而且GIS的检修时间也比常规设备要长的多。

实用新型内容

本实用新型的目的是为了解决现有技术减轻瓷柱型电气设备在地震动作用下的震害时位移响应大、安装维护不便，在控制设备地震位移响应和方便安装的前提下减少高耸瓷柱型电气设备震害效果差的问题。

本实用新型的技术方案是：三向多重环式调谐质量阻尼器减震装置，包括两个半环体，两个半环体对接成一个圆环体，每个半环体包括固定支撑装置、滑动支撑装置、质量装置和刚度装置，所述固定支撑装置和滑动支撑装置均为三面闭合一面敞口的环式空腔结构，所述滑动支撑装置同心安装在固定支撑装置的空腔内，质量装置围合在滑动支撑装置的敞口面，刚度装置设在滑动支撑装置与质量装置构成的密闭空腔内和滑动支撑装置下端与固定支撑装置内壁之间的缝隙中。

所述固定支撑装置包括上限位板、下限位板、固定环板和若干三角支撑件，所述上限位板和下限位板通过固定环板建立连接，三角支撑件环形阵列安装于下限位板的下端。

所述下限位板的边缘处设有第一螺栓板和若干螺栓，两个半环体的固定支撑装置通过第一螺栓板上的螺栓建立连接形成圆环体固定支撑装置。

所述滑动支撑装置包括上滑动限位板、下滑动限位板、中滑动限位板和滑动环板，所述上滑动限位板、中滑动限位板和下滑动限位板通过滑动环板建立连接，所述滑动环板贴附于固定环板外壁处，滑动支撑装置在竖向地震动的作用下与固定支撑装置之间发生竖向相对运动，通过固定环板与滑动环板之间的摩擦耗散能量。

所述上滑动限位板的边缘处设有第二螺栓板和若干螺栓，两个半环体的滑动支撑装置通过第二螺栓板上的螺栓建立连接。

所述质量装置为若干半环式质量块，所述环式质量块的一端设有榫卯，另一端设有榫头，两个半环体的半环式质量块通过榫接方式建立连接形成质量环，所述质量环围合在上滑动限位板与中滑动限位板之间和中滑动限位板和下滑动限位板之间。多重环式调谐质量阻尼器工作时，质量环与限位板之间发生相对滑动，摩擦耗散能量。根据理论计算得到的设计摩擦系数值确定摩擦接触面的材料和表面粗糙程度。

所述刚度装置包括橡胶圈和两个环状弹簧，所述环状弹簧分别设在上滑动限位板、中滑动限位板、滑动环板和质量环所围合的空腔内，所述橡胶圈安装在下限位板与下滑动限位板之间，每一质量环与对应的环状弹簧为一组调谐质量阻尼器，分别控制不同振型，所述质量环通过挤压环状弹簧给支撑装置施加与设备水平振动加速度方向相反的力，滑动支撑装置挤压橡胶圈给支撑装置施加与设备竖向振动加速度方向相反的力，达到效抑制该频率分量的振动的目的，地震动的主要频率成分在1-10Hz之间，有一定的频带宽度，与此同时，设备的振动是多阶振型耦合的结果，因此实用新型采用了多重TMD，每个质量环和对应的弹簧相当于一个独立的TMD控制设备的某一频带范围，多重TMD共同作用以实现对更宽频带范围的控制，多重TMD的运用降低了减震效果对地震动的频谱差异的敏感程度，增加了减震的稳定性。

所述三向多重环式调谐质量阻尼器减震装置包括耗能装置，耗能装置包括若干环形摩擦垫板，环形垫板分别安装在半环式质量块与上滑动限位板之间、半环式质量块与中滑动限位板之间和半环式质量块与下滑动限位板之间，多重环式调谐质量阻尼器工作时，两个质量环由于惯性与支撑装置发生水平相对运动，进而带动半圆环摩擦垫板与下滑动限位板、中滑动限位板、上滑动限位板之间相对运动，通过摩擦耗散能量。

所述三向多重环式调谐质量阻尼器减震装置包括遮尘装置，遮尘装置为遮尘罩，降低装置在使用过程中雨、雪、灰尘等对装置减震的不利影响。

本实用新型与现有技术相比具有以下效果：本实用新型的三向代表其可以实现设备X、Y和Z方向动力响应的减震，多重表示本装置有至少包括两个用于调谐的质量体，环式指的是装置的形状特征以及安装形式。本质仍然是调谐质量阻尼器的工作原理。本实用新型的装置减震幅度大，减震效果稳定，对空间要求小，基本不存在老化问题。有限元模拟结果表明:采用本方法后平均峰值位移减震比为50％，平均峰值加速度减震比在40％左右；三重调谐质量阻尼器的减震稳定性也非常出色，对于根据各种类型场地设计反应谱选取的人工地震动以及天然地震动均有稳定的减震效果。和拉线加固方法相比，对空间要求小，不会形成新的薄弱部位；和铅合金阻尼减震方法相比，对于不同类型地震动表出现的稳定性更好；另外，不同于基础隔震牺牲隔震支座上部设备的绝对位移来降低设备的峰值加速度、绝缘子根部和法兰接合处的峰值应力，本方法可以同时实现对峰值加速度和峰值位移的降低，实现了降低高耸瓷柱型电气设备震害的目标，并且适用的高耸瓷柱型电气设备类型也更广泛。

附图说明

图1是本实用新型装置半体结构示意图；

图2是图1中A部分的放大视图；

图3是本实用新型的装置带遮尘罩的示意图；

图4是本实用新型的装置不带遮尘罩的结构主视图；

图5是图4中C部分的放大示意图；

图6是图4的左视图；

图7是本实用新型固定支撑装置结构示意图；

图8本实用新型固定支撑装置另一视角的结构示意图；

图9是本实用新型装置的滑动支撑装置结构示意图；

图10是本实用新型装置的半环式质量块结构示意图；

图11是图10中B部分的放大示意图；

图12是半环式质量块相互连接示意图；

图13是环状弹簧结构示意图；

图14是摩擦垫片结构示意图；

图15是遮尘罩结构示意图；

图16本实用新型装置与瓷柱式电气设备的安装示意图。

图中，1-三角支撑件，2-第一螺栓板，3-螺栓，4-下限位板，5-固定环板，6-上限位板，7-下滑动限位板，8-滑动环板，9-中滑动限位板，10-上滑动限位板，11-第二螺栓板，12-半环式质量块，13-榫头，14-榫卯，15-环状弹簧，16-橡胶圈，17-摩擦垫板，18-遮尘罩。

具体实施方式

结合附图说明本实用新型的具体实施方式，本实施方式的三向多重环式调谐质量阻尼器减震装置，包括两个半环体，两个半环体对接成一个圆环体，每个半环体包括固定支撑装置、滑动支撑装置、质量装置、刚度装置、耗能装置和遮尘装置，所述固定支撑装置和滑动支撑装置为内径相近似的三面闭合一面敞口的环式空腔结构，所述滑动支撑装置同心安装在固定支撑装置的空腔内，质量装置围合在滑动支撑装置的敞口面，刚度装置设在滑动支撑装置与质量装置构成的密闭空腔内和滑动支撑装置下端与固定支撑装置内壁之间的缝隙中。

所述固定支撑装置包括上限位板6、下限位板4、固定环板5和若干三角支撑件1，所述上限位板6和下限位板4通过固定环板5建立连接，三角支撑件1环形阵列安装于下限位板4的下端。

所述下限位板4的边缘处设有第一螺栓板2和若干螺栓3，两个半环体的固定支撑装置通过第一螺栓板2上的螺栓3建立连接。

所述滑动支撑装置包括上滑动限位板10、下滑动限位板7、中滑动限位板9和滑动环板8，所述上滑动限位板10、中滑动限位板9和下滑动限位板7通过滑动环板8建立连接，所述滑动环板8贴附于固定环板5外壁处。

所述上滑动限位板10的边缘处设有第二螺栓板11和若干螺栓3，两个半环体的滑动支撑装置通过第二螺栓板11上的螺栓3建立连接形成滑动支撑装置环体。

所述质量装置包括两个半圆形的半环式质量块12，所述半环式质量块12的一端设有榫卯14，另一端设有榫头13，两个半环体的半环式质量块12通过榫接方式建立连接形成质量环，所述质量环围合在上滑动限位板10与中滑动限位板9之间和中滑动限位板9和下滑动限位板7之间。

所述刚度装置包括橡胶圈16和两个环状弹簧15，所述环状弹簧15分别设在上滑动限位板10、中滑动限位板9、滑动环板8和质量环所围合的空腔内，所述橡胶圈16安装在下限位板4与下滑动限位板7之间。

耗能装置包括若干环形摩擦垫板17，所述环形摩擦垫板17分别安装在半环式质量块12与上滑动限位板10之间、半环式质量块12与中滑动限位板9之间和半环式质量块12与下滑动限位板7之间。

遮尘装置为遮尘罩18，遮尘装置通过螺栓与上限位板6固定连接。

如图16所示，三向双重环式调谐质量阻尼器减震装置安装于瓷柱型电气设备与瓷套管上部相连的金属端部，用以降低地震动作用下瓷柱型电气设备的加速度峰值、位移峰值。

所述固定环板5粘附于金属端部外壁，环状弹簧15安装于质量环内侧、滑动环板8的外侧，环状弹簧15与质量环和滑动环板8自然接触，不设连接装置。

本装置可以实现对多阶振型的控制，每一质量环与对应的环状弹簧15为一组调谐质量阻尼器，分别控制不同振型；与此同时，滑动支撑装置、环状弹簧15、质量环作为一个整理质量块与橡胶圈组成一个控制竖向振动的TMD，实现对竖向主振型的控制。非地震状态时半圆环质量块12处于图11所示限位板直径方向的中间位置，橡胶圈16受到滑动支撑装置、环状弹簧15、质量环三者的重力作用处于压缩状态。地震发生时，质量环带动摩擦垫板限位板之间相对运动，同时滑动支撑装置在竖向地震动的作用下与固定支撑装置之间发生竖向相对运动，通过摩擦耗散能量。质量环通过挤压环状弹簧15给支撑装置施加与设备水平振动加速度方向相反的力，竖向质量体通过挤压橡胶圈16给支撑装置施加与设备竖向振动加速度方向相反的力，降低高耸瓷柱型设备的动力响应，达到减轻高耸瓷柱型电气设备震害的目的。根据《建筑抗震规范》GB50011确定设备安装地区的抗震设防烈度，结合质量环的质量以及所控制振型对应的频率值两个参数可以确定下限位板4的外径，结合滑动支撑装置、环状弹簧15、质量环组成的质量体的质量以及所控制振型对应的频率值两个参数可以确定滑动支撑装置所需要的冲程。

根据高耸瓷柱型电气设备的结构特点，本文运用三向多重环式调谐质量阻尼器减震装置降低高耸瓷柱型电气设备的震害。目前国内外高耸瓷柱型电气设备的减震没有采用过多重调谐质量阻尼器；同时，亦未见任何人或者组织将多重调谐质量阻尼器用于高耸瓷柱型电气设备的减震。将三向多重环式调谐质量阻尼器减震装置应用于瓷柱型电气设备减震属于首创。

以上所述的实施例仅仅是对本实用新型的优选实施方式进行描述，并非对本实用新型的范围进行限定，在不脱离本实用新型设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本实用新型的技术方案做出的各种变形和改进，均应落入本实用新型权利要求书确定的保护范围内。

Claims (9)

1.三向多重环式调谐质量阻尼器减震装置，其特征在于：包括两个半环体，两个半环体对接成一个圆环体，每个半环体包括固定支撑装置、滑动支撑装置、质量装置和刚度装置，所述固定支撑装置和滑动支撑装置均为三面闭合一面敞口的环式空腔结构，所述滑动支撑装置同心安装在固定支撑装置的空腔内，质量装置围合在滑动支撑装置的敞口面，刚度装置设在滑动支撑装置与质量装置构成的密闭空腔内和滑动支撑装置下端与固定支撑装置内壁之间的缝隙中。

2.根据权利要求1所述三向多重环式调谐质量阻尼器减震装置，其特征在于：所述固定支撑装置包括上限位板(6)、下限位板(4)、固定环板(5)和若干三角支撑件(1)，所述上限位板(6)和下限位板(4)通过固定环板(5)建立连接，三角支撑件(1)环形阵列安装于下限位板(4)的下端。

3.根据权利要求2所述三向多重环式调谐质量阻尼器减震装置，其特征在于：所述下限位板(4)的边缘处设有第一螺栓板(2)和若干螺栓(3)，两个半环体的固定支撑装置通过第一螺栓板(2)上的螺栓(3)建立连接。

4.根据权利要求3所述三向多重环式调谐质量阻尼器减震装置，其特征在于：所述滑动支撑装置包括上滑动限位板(10)、下滑动限位板(7)、中滑动限位板(9)和滑动环板(8)，所述上滑动限位板(10)、中滑动限位板(9)和下滑动限位板(7)通过滑动环板(8)建立连接，所述滑动环板(8)贴附于固定环板(5)外壁处。

5.根据权利要求4所述三向多重环式调谐质量阻尼器减震装置，其特征在于：所述上滑动限位板(10)的边缘处设有第二螺栓板(11)和若干螺栓(3)，两个半环体的滑动支撑装置通过第二螺栓板(11)上的螺栓(3)建立连接。

6.根据权利要求5所述三向多重环式调谐质量阻尼器减震装置，其特征在于：所述质量装置为半环式质量块(12)，所述环式质量块(12)的一端设有榫卯(14)，另一端设有榫头(13)，两个半环体的半环式质量块(12)通过榫接方式建立连接形成质量环，所述质量环围合在上滑动限位板(10)与中滑动限位板(9)之间和中滑动限位板(9)和下滑动限位板(7)之间。

7.根据权利要求6所述三向多重环式调谐质量阻尼器减震装置，其特征在于：所述刚度装置包括橡胶圈(16)和两个环状弹簧(15)，所述橡胶圈(16)安装在下限位板(4)与下滑动限位板(7)之间，所述环状弹簧(15)分别设在上滑动限位板(10)、中滑动限位板(9)、滑动环板(8)和质量环所围合的空腔内。

8.根据权利要求7所述三向多重环式调谐质量阻尼器减震装置，其特征在于：所述三向多重环式调谐质量阻尼器减震装置包括耗能装置，耗能装置包括若干环形摩擦垫板(17)，所述环形摩擦垫板(17)分别安装在半环式质量块(12)与上滑动限位板(10)之间、半环式质量块(12)与中滑动限位板(9)之间和半环式质量块(12)与下滑动限位板(7)之间。

9.根据以上任一权利要求所述三向多重环式调谐质量阻尼器减震装置，其特征在于：所述三向多重环式调谐质量阻尼器减震装置包括遮尘装置，遮尘装置为遮尘罩(18)。