CN208919202U - 一种用于支撑电器设备拉线式sma复合三维减震系统 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种用于支撑电器设备拉线式SMA复合三维减震系统，用于细高型瓷柱式支撑电器中，其中，细高型瓷柱式支撑电器包括支撑瓷柱、设备支架及支撑臂，包括若干斜向拉索SMA减震装置及若干竖向拉索SMA减震装置，各竖向拉索SMA减震装置分布于支撑瓷柱的左右两侧，各竖向拉索SMA减震装置沿周向分布于支撑瓷柱的周围；各竖向拉索SMA减震装置均包括第一斜向拉索、第一SMA阻尼器、第二斜向拉索、第一预紧螺栓及第三斜向拉索；各竖向拉索SMA减震装置均包括第一竖向拉索、第二SMA阻尼器、第二竖向拉索及第二预紧螺栓，该系统能够对细高型瓷柱式支撑电器在三维地震作用下的振动进行减震控制。
Description
技术领域
本实用新型属于电器设备减震技术领域，涉及一种用于支撑电器设备拉线式SMA复合三维减震系统。
背景技术
地震是一种破坏性极大的突发性自然灾害，强烈地震在瞬间即可能给一个现代化城市带来毁灭性的打击，而作为生命线工程系统重要组成部分的电力系统在抗震救灾过程中占有不可忽视的地位，是维系城市生命的关键。当地震发生时，电气设备由于自身结构形式及材料性质的特点，会产生极为严重的破坏，从而直接导致电力系统瘫痪，造成难以估量的损失。
现如今广泛应用于实际中的电气设备按照其外形可分为细高型瓷柱式支撑设备和低矮型变压设备两类。其中，细高型瓷柱式支撑设备例如断路器、隔离开关、避雷器等等，这类设备的绝缘部分均由瓷套管组成, 再由法兰连接。有数据显示，细高型瓷柱式支撑电器设备的损坏率非常高,是电力系统功能失效的主要因素。在唐山地震中,断路器的损坏率最高达到了58％；隔离开关的损坏率最高达到30％；避雷器最高达到了66％。
细高型瓷柱式支撑电器设备在地震中的震害多为瓷套管根部断裂，主要原因为瓷是脆性材料，抗弯性能很差，加上设备的结构形状特殊，不仅又细又长，而且上部质量较大，地震时瓷套管的根部承受很大的弯矩，瓷套管强度不足而断裂，尤其是在瓷套管与其它材料的连接处,变形不协调加大了瓷套管的裂损。同时该类电气设备的固有频率在1～10Hz范围内，与地震波的卓越频率相近，且这类设备的阻尼比较小，一旦接近共振频率,动力放大系数就很大,损坏更加严重。因此对细高型瓷柱式支撑电器设备地震作用下的振动进行减震控制，具有重要现实意义。
实用新型内容
本实用新型的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供了一种用于支撑电器设备拉线式SMA复合三维减震系统，该系统能够对细高型瓷柱式支撑电器在三维地震作用下的振动进行减震控制。
为达到上述目的，本实用新型所述的用于支撑电器设备拉线式SMA 复合三维减震系统，用于细高型瓷柱式支撑电器中，其中，细高型瓷柱式支撑电器包括支撑瓷柱、设备支架及支撑臂，支撑瓷柱的下端固定于设备支架上，支撑臂的中部固定于支撑瓷柱的上端，支撑臂的端部设置有末端法兰盘，支撑瓷柱的中部设置有中部法兰盘，包括若干斜向拉索SMA减震装置及若干竖向拉索SMA减震装置，各竖向拉索SMA减震装置分布于支撑瓷柱的左右两侧，各竖向拉索SMA减震装置沿周向分布于支撑瓷柱的周围；各竖向拉索SMA减震装置均包括第一斜向拉索、第一SMA 阻尼器、第二斜向拉索、第一预紧螺栓及第三斜向拉索；各竖向拉索SMA 减震装置均包括第一竖向拉索、第二SMA阻尼器、第二竖向拉索及第二预紧螺栓；
支撑臂上套接有斜向拉索转向装置，第一斜向拉索的一端绕过斜向拉索转向装置后连接于末端法兰盘上，第一斜向拉索的另一端与第一 SMA阻尼器的一端相连接，第二斜向拉索的一端与第一SMA阻尼器的另一端相连接，第二斜向拉索的另一端与第一预紧螺栓相连接，第三斜向拉索的一端与第一预紧螺栓相连接，第三斜向拉索的另一端固定于中部法兰盘上；
支撑瓷柱的上端套接固定有竖向拉索连接装置，第一竖向拉索的上端与竖向拉索连接装置相连接，第一竖向拉索的另一端与第二SMA阻尼器的一端相连接，第二竖向拉索的一端与第二SMA阻尼器的另一端相连接，第二竖向拉索的另一端通过第二预紧螺栓固定于设备支架上。
斜向拉索转向装置包括转向滑轮、两个上伸紧固板、两个半圆形紧固板、两个中部连接板、两个下伸圆弧板，其中，一个上伸紧固板、一个半圆形紧固板、一个中部连接板及一个下伸圆弧板依次相连接，另一个上伸紧固板、另一个半圆形紧固板、另一个中部连接板及另一个下伸圆弧板依次相连接，转向滑轮的一端连接于一个下伸圆弧板的内侧面上，转向滑轮的另一端连接于另一个下伸圆弧板的内侧面上，且两个上伸紧固板相连接，两个中部连接板相连接，两个半圆形紧固板组成环形结构，所述环形结构套接于支撑臂上，第一斜向拉索绕过转向滑轮。
上伸紧固板上开设有第一螺栓紧固孔，第一螺栓穿过两个上伸紧固板上的第一螺栓紧固孔将两个上伸紧固板相连接；中部连接板上设置有第二螺栓紧固孔，第二螺栓穿过两个中部连接板上的第二螺栓紧固孔将两个中部连接板相连接。
下伸圆弧板上开设有用于安装转向滑轮的滑轮安装孔，所述滑轮安装孔内设置有滚珠。
竖向拉索连接装置包括四个圆弧紧固环套，其中，四个圆弧紧固环套的两端均设置有外伸连接板，其中，四个圆弧紧固环套围成圆环形结构，其中，所述圆环形结构套接于支撑瓷柱上，相邻两个圆弧紧固环套上的外伸连接板之间通过第三螺栓相连接，其中，外伸连接板上设置有用于供第三螺栓穿过的第三螺栓紧固孔及用于连接第一竖向拉索的拉索连接孔。
第一SMA阻尼器及第二SMA阻尼器均包括SMA丝、下拉板、内限位筒、外限位筒、SMA弹簧、上拉板、轻质绝缘套筒、夹具、钢环；其中，下拉杆、下拉板及内限位筒依次相连接，上拉板、上拉杆及外限位筒依次相连接，内限位筒嵌套于外限位筒内，SMA弹簧缠绕于外限位筒上，且SMA弹簧的外侧套接有轻质绝缘套筒，SMA弹簧的上端固定于上拉板上，SMA弹簧的下端固定于下拉板上，下拉板及上拉板上均开设有SMA 丝连接孔，其中，SMA丝的上端穿过上拉板上的SMA丝连接孔后通过第一夹具固定于上拉板上，SMA丝的下端穿过下拉板上的SMA丝连接孔后通过第二夹具固定于下拉板上。
SMA丝与SMA弹簧常温状态为奥氏体。
下拉板及上拉板为直径及厚度相同的圆形钢板，SMA丝的数量为三根，且三根SMA丝沿周向均匀分布；
第一SMA阻尼器及第二SMA阻尼器均还包括下拉杆及上拉杆，下拉杆及上拉杆为长度及直径相同的实心圆钢杆件，下拉杆的上端固定于下拉板上，上拉杆的下端固定于上拉板上，且下拉杆及上拉杆上均设置有钢环。
第二竖向拉索的端部通过第二预紧螺栓及地脚螺栓固定于设备支架上。
本实用新型具有以下有益效果：
本实用新型所述的用于支撑电器设备拉线式SMA复合三维减震系统在具体操作时，采用竖向拉线与斜向拉线相组合的方式，通过各斜向拉索SMA减震装置降低竖向地震作用对细高型瓷柱式支撑电器的影响，通过各竖向拉索SMA减震装置之间的相互拉伸，降低水平地震作用对细高型瓷柱式支撑电器的影响，达到对细高型瓷柱式支撑电器在三维地震作用下的振动进行减震控制的目的，突破传统拉线式减震策略占用空间较大、易对拉线连接处的设备部位出现新的薄弱点以及对竖向地震作用的减震控制效果较差的弊端，拉线布置易于实现，对空间要求较小，不会使电器设备本身形成新的薄弱部位，对竖向地震作用的减震效果明显。另外，斜向拉索SMA减震装置及竖向拉索SMA减震装置均包括SMA阻尼器，通过SMA阻尼器利用奥氏体形状记忆合金的相变伪弹性耗散三维地震能量，极大地提高了设备三维振动的减震控制效果，明显地减小了支撑电器设备的三维地震响应。
附图说明
图1为本实用新型的结构示意图；
图2a为本实用新型中斜向拉索转向装置5的结构示意图；
图2b为斜向拉索转向装置5中第一螺栓紧固孔501及滑轮安装孔 502的位置图；
图3a为本实用新型中竖向拉索连接装置6的结构示意图；
图3b为竖向拉索连接装置6中第二螺栓紧固孔601及拉索连接孔602的位置图；
图4a为本实用新型中第一SMA阻尼器7的结构示意图；
图4b为本实用新型中第一SMA阻尼器7的俯视图；
图4c为本实用新型中第一SMA阻尼器7的剖面图；
图5为本实用新型中第四螺栓15的位置图。
其中，1为支撑瓷柱、2为支撑臂、3为设备支架、4为中部法兰盘、 5为斜向拉索转向装置、6为竖向拉索连接装置、7为第一SMA阻尼器、 8为第一斜向拉索、9为第二斜向拉索、10为第三斜向拉索、11为第一竖向拉索、12为第二竖向拉索、13为地脚螺栓、141为第一预紧螺栓、 142为第二预紧螺栓、15为第四螺栓、51为转向滑轮、52为上伸紧固板、 53为半圆形紧固板、54为中部连接板、55为下伸圆弧板、501为第一螺栓紧固孔、502为滑轮安装孔、61为圆弧紧固环套、62为外伸连接板、 601为第二螺栓紧固孔、602为拉索连接孔、71为SMA丝、72为下拉杆、 73为下拉板、74为内限位筒、75为外限位筒、76为SMA弹簧、77为上拉板、78为上拉杆、79为轻质绝缘套筒、711为夹具、712为钢环、713 为SMA丝连接孔。
具体实施方式
下面结合附图对本实用新型做进一步详细描述：
如图1至图5所示，本实用新型所述的用于支撑电器设备拉线式SMA 复合三维减震系统，用于细高型瓷柱式支撑电器中，其中，细高型瓷柱式支撑电器包括支撑瓷柱1、设备支架3及支撑臂2，支撑瓷柱1的下端固定于设备支架3上，支撑臂2的中部固定于支撑瓷柱1的上端，支撑臂2的端部设置有末端法兰盘，支撑瓷柱1的中部设置有中部法兰盘4，包括若干斜向拉索SMA减震装置及若干竖向拉索SMA减震装置，各竖向拉索SMA减震装置分布于支撑瓷柱1的左右两侧，各竖向拉索SMA减震装置沿周向分布于支撑瓷柱1的周围；各竖向拉索SMA减震装置均包括第一斜向拉索8、第一SMA阻尼器7、第二斜向拉索9、第一预紧螺栓141及第三斜向拉索10；各竖向拉索SMA减震装置均包括第一竖向拉索11、第二SMA阻尼器、第二竖向拉索12及第二预紧螺栓142；支撑臂2上套接有斜向拉索转向装置5，第一斜向拉索8的一端绕过斜向拉索转向装置5后连接于末端法兰盘上，第一斜向拉索8的另一端与第一SMA阻尼器7的一端相连接，第二斜向拉索9的一端与第一SMA阻尼器7的另一端相连接，第二斜向拉索9的另一端与第一预紧螺栓141相连接，第三斜向拉索10的一端与第一预紧螺栓141相连接，第三斜向拉索10的另一端固定于中部法兰盘4上；支撑瓷柱1的上端套接固定有竖向拉索连接装置6，第一竖向拉索11的上端与竖向拉索连接装置6相连接，第一竖向拉索11的另一端与第二SMA阻尼器的一端相连接，第二竖向拉索 12的一端与第二SMA阻尼器的另一端相连接，第二竖向拉索12的另一端通过第二预紧螺栓142固定于设备支架3上。
斜向拉索转向装置5包括转向滑轮51、两个上伸紧固板52、两个半圆形紧固板53、两个中部连接板54、两个下伸圆弧板55，其中，一个上伸紧固板52、一个半圆形紧固板53、一个中部连接板54及一个下伸圆弧板55依次相连接，另一个上伸紧固板52、另一个半圆形紧固板53、另一个中部连接板54及另一个下伸圆弧板55依次相连接，转向滑轮51 的一端连接于一个下伸圆弧板55的内侧面上，转向滑轮51的另一端连接于另一个下伸圆弧板55的内侧面上，且两个上伸紧固板52相连接，两个中部连接板54相连接，两个半圆形紧固板53组成环形结构，所述环形结构套接于支撑臂2上，第一斜向拉索8绕过转向滑轮51。
其中，上伸紧固板52上开设有第一螺栓紧固孔501，第一螺栓穿过两个上伸紧固板52上的第一螺栓紧固孔501将两个上伸紧固板52相连接；中部连接板54上设置有第二螺栓紧固孔601，第二螺栓穿过两个中部连接板54上的第二螺栓紧固孔601将两个中部连接板54相连接；下伸圆弧板55上开设有用于安装转向滑轮51的滑轮安装孔502，所述滑轮安装孔502内设置有滚珠。
竖向拉索连接装置6包括四个圆弧紧固环套61，其中，四个圆弧紧固环套61的两端均设置有外伸连接板62，其中，四个圆弧紧固环套61 围成圆环形结构，其中，所述圆环形结构套接于支撑瓷柱1上，相邻两个圆弧紧固环套61上的外伸连接板62之间通过第三螺栓相连接，其中，外伸连接板62上设置有用于供第三螺栓穿过的第三螺栓紧固孔及用于连接第一竖向拉索11的拉索连接孔602。
第一SMA阻尼器7及第二SMA阻尼器均包括SMA丝71、下拉板73、内限位筒74、外限位筒75、SMA弹簧76、上拉板77、轻质绝缘套筒79、夹具711、钢环712；其中，下拉杆72、下拉板73及内限位筒74依次相连接，上拉板77、上拉杆78及外限位筒75依次相连接，内限位筒74 嵌套于外限位筒75内，SMA弹簧76缠绕于外限位筒75上，且SMA弹簧 76的外侧套接有轻质绝缘套筒79，SMA弹簧76的上端固定于上拉板77 上，SMA弹簧76的下端固定于下拉板73上，下拉板73及上拉板77上均开设有SMA丝连接孔713，其中，SMA丝71的上端穿过上拉板77上的 SMA丝连接孔713后通过第一夹具711固定于上拉板77上，SMA丝71 的下端穿过下拉板73上的SMA丝连接孔713后通过第二夹具固定于下拉板73上。
其中，SMA丝71与SMA弹簧76常温状态为奥氏体；下拉板73及上拉板77为直径及厚度相同的圆形钢板，SMA丝71的数量为三根，且三根SMA丝71沿周向均匀分布；第一SMA阻尼器7及第二SMA阻尼器均还包括下拉杆72及上拉杆78，下拉杆72及上拉杆78为长度及直径相同的实心圆钢杆件，下拉杆72的上端固定于下拉板73上，上拉杆78的下端固定于上拉板77上，且下拉杆72及上拉杆78上均设置有钢环712。
第二竖向拉索12的端部通过第二预紧螺栓142及地脚螺栓13固定于设备支架3上。各SMA阻尼器与拉索之间通过第四螺栓15相连接。
本实用新型对细高型瓷柱式支撑电器设备在三维地震作用下的减震控制过程具体为：斜向拉索SMA减震装置对三维地震的竖向与水平作用进行减震控制，其中，竖向地震作用会使得支撑臂2产生较大竖向位移，当支撑臂2左侧产生向上竖向位移时，支撑臂2右侧会产生向下竖向位移，左侧拉索收紧限制支撑臂2末端的竖向位移，而右侧拉索相应放松(但仍处于预紧状态)，同时左侧斜向拉索转向装置5会对支撑臂2始端的向上竖向位移起到限制作用，反之亦然，进而使得支撑臂2的竖向位移大幅减小，确保支撑臂2与支撑瓷柱1的连接节点不会被竖向拉裂，同时左侧拉索会对左侧支撑臂2的水平位移起到相应的限制作用，将支撑臂2左侧的水平地震作用部分传递给支撑瓷柱1。
竖向拉索SMA减震装置的数目为四个，四个竖向拉索SMA减震装置对称分布，通过四个竖向拉索SMA减震装置对任意方向的地震作用起到较好的减震效果，当某一方向的地震作用使得支撑瓷柱1发生倾斜，四组竖向拉索SMA减震装置中的第一竖向拉索11及第二竖向拉索12进行相应收紧及放松，从而限制支撑瓷柱1的倾斜变形。
本实用新型通过斜向拉索转向装置5与竖向拉索连接装置6实现拉索连接，不会对设备本体形成较多的薄弱连接点。且通过与拉索相连SMA 阻尼器，充分耗散三维地震能量，显著降低支撑电器设备三维地震响应。
以上所述的具体实施实例仅仅是对本专利的式例性说明，并非对本专利的范围进行限定，在不脱离本专利设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本专利技术方案做出的各种变形和改进，均落入本专利权利要求数确定的保护范围内。
Claims (9)
1.一种用于支撑电器设备拉线式SMA复合三维减震系统，用于细高型瓷柱式支撑电器中，其中，细高型瓷柱式支撑电器包括支撑瓷柱(1)、设备支架(3)及支撑臂(2)，支撑瓷柱(1)的下端固定于设备支架(3)上，支撑臂(2)的中部固定于支撑瓷柱(1)的上端，支撑臂(2)的端部设置有末端法兰盘，支撑瓷柱(1)的中部设置有中部法兰盘(4)，其特征在于，包括若干斜向拉索SMA减震装置及若干竖向拉索SMA减震装置，各竖向拉索SMA减震装置分布于支撑瓷柱(1)的左右两侧，各竖向拉索SMA减震装置沿周向分布于支撑瓷柱(1)的周围；各竖向拉索SMA减震装置均包括第一斜向拉索(8)、第一SMA阻尼器(7)、第二斜向拉索(9)、第一预紧螺栓(141)及第三斜向拉索(10)；各竖向拉索SMA减震装置均包括第一竖向拉索(11)、第二SMA阻尼器、第二竖向拉索(12)及第二预紧螺栓(142)；
支撑臂(2)上套接有斜向拉索转向装置(5)，第一斜向拉索(8)的一端绕过斜向拉索转向装置(5)后连接于末端法兰盘上，第一斜向拉索(8)的另一端与第一SMA阻尼器(7)的一端相连接，第二斜向拉索(9)的一端与第一SMA阻尼器(7)的另一端相连接，第二斜向拉索(9)的另一端与第一预紧螺栓(141)相连接，第三斜向拉索(10)的一端与第一预紧螺栓(141)相连接，第三斜向拉索(10)的另一端固定于中部法兰盘(4)上；
支撑瓷柱(1)的上端套接固定有竖向拉索连接装置(6)，第一竖向拉索(11)的上端与竖向拉索连接装置(6)相连接，第一竖向拉索(11)的另一端与第二SMA阻尼器的一端相连接，第二竖向拉索(12)的一端与第二SMA阻尼器的另一端相连接，第二竖向拉索(12)的另一端通过第二预紧螺栓(142)固定于设备支架(3)上。
2.根据权利要求1所述的用于支撑电器设备拉线式SMA复合三维减震系统，其特征在于，斜向拉索转向装置(5)包括转向滑轮(51)、两个上伸紧固板(52)、两个半圆形紧固板(53)、两个中部连接板(54)、两个下伸圆弧板(55)，其中，一个上伸紧固板(52)、一个半圆形紧固板(53)、一个中部连接板(54)及一个下伸圆弧板(55)依次相连接，另一个上伸紧固板(52)、另一个半圆形紧固板(53)、另一个中部连接板(54)及另一个下伸圆弧板(55)依次相连接，转向滑轮(51)的一端连接于一个下伸圆弧板(55)的内侧面上，转向滑轮(51)的另一端连接于另一个下伸圆弧板(55)的内侧面上，且两个上伸紧固板(52)相连接，两个中部连接板(54)相连接，两个半圆形紧固板(53)组成环形结构，所述环形结构套接于支撑臂(2)上，第一斜向拉索(8)绕过转向滑轮(51)。
3.根据权利要求2所述的用于支撑电器设备拉线式SMA复合三维减震系统，其特征在于，上伸紧固板(52)上开设有第一螺栓紧固孔(501)，第一螺栓穿过两个上伸紧固板(52)上的第一螺栓紧固孔(501)将两个上伸紧固板(52)相连接；中部连接板(54)上设置有第二螺栓紧固孔(601)，第二螺栓穿过两个中部连接板(54)上的第二螺栓紧固孔(601)将两个中部连接板(54)相连接。
4.根据权利要求2所述的用于支撑电器设备拉线式SMA复合三维减震系统，其特征在于，下伸圆弧板(55)上开设有用于安装转向滑轮(51)的滑轮安装孔(502)，所述滑轮安装孔(502)内设置有滚珠。
5.根据权利要求1所述的用于支撑电器设备拉线式SMA复合三维减震系统，其特征在于，竖向拉索连接装置(6)包括四个圆弧紧固环套(61)，其中，四个圆弧紧固环套(61)的两端均设置有外伸连接板(62)，其中，四个圆弧紧固环套(61)围成圆环形结构，其中，所述圆环形结构套接于支撑瓷柱(1)上，相邻两个圆弧紧固环套(61)上的外伸连接板(62)之间通过第三螺栓相连接，其中，外伸连接板(62)上设置有用于供第三螺栓穿过的第三螺栓紧固孔及用于连接第一竖向拉索(11)的拉索连接孔(602)。
6.根据权利要求1所述的用于支撑电器设备拉线式SMA复合三维减震系统，其特征在于，第一SMA阻尼器(7)及第二SMA阻尼器均包括SMA丝(71)、下拉板(73)、内限位筒(74)、外限位筒(75)、SMA弹簧(76)、上拉板(77)、轻质绝缘套筒(79)、夹具(711)、钢环(712)；其中，下拉杆(72)、下拉板(73)及内限位筒(74)依次相连接，上拉板(77)、上拉杆(78)及外限位筒(75)依次相连接，内限位筒(74)嵌套于外限位筒(75)内，SMA弹簧(76)缠绕于外限位筒(75)上，且SMA弹簧(76)的外侧套接有轻质绝缘套筒(79)，SMA弹簧(76)的上端固定于上拉板(77)上，SMA弹簧(76)的下端固定于下拉板(73)上，下拉板(73)及上拉板(77)上均开设有SMA丝连接孔(713)，其中，SMA丝(71)的上端穿过上拉板(77)上的SMA丝连接孔(713)后通过第一夹具(711)固定于上拉板(77)上，SMA丝(71)的下端穿过下拉板(73)上的SMA丝连接孔(713)后通过第二夹具固定于下拉板(73)上。
7.根据权利要求6所述的用于支撑电器设备拉线式SMA复合三维减震系统，其特征在于，SMA丝(71)与SMA弹簧(76)常温状态为奥氏体。
8.根据权利要求6所述的用于支撑电器设备拉线式SMA复合三维减震系统，其特征在于，下拉板(73)及上拉板(77)为直径及厚度相同的圆形钢板，SMA丝(71)的数量为三根，且三根SMA丝(71)沿周向均匀分布；
第一SMA阻尼器(7)及第二SMA阻尼器均还包括下拉杆(72)及上拉杆(78)，下拉杆(72)及上拉杆(78)为长度及直径相同的实心圆钢杆件，下拉杆(72)的上端固定于下拉板(73)上，上拉杆(78)的下端固定于上拉板(77)上，且下拉杆(72)及上拉杆(78)上均设置有钢环(712)。
9.根据权利要求1所述的用于支撑电器设备拉线式SMA复合三维减震系统，其特征在于，第二竖向拉索(12)的端部通过第二预紧螺栓(142)及地脚螺栓(13)固定于设备支架(3)上。
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