CN214146406U - 用于直立悬臂结构风振控制的电涡流调谐质量阻尼器 - Google Patents

Abstract

本实用新型属于工程结构抗风减振技术领域，主要涉及用于直立悬臂结构风振控制的电涡流调谐质量阻尼器。包括至少两个电涡流阻尼器组件，所述电涡流阻尼器组件沿主结构的周向设置；能够在不影响主体结构正常使用以及安全性能条件下，有效降低主体结构在风荷载作用下的多阶动力响应，降低断裂与倒塌事故发生概率，通过电涡流耗能，钢棒提供阻尼器刚度，电涡流阻尼力提供耗能阻尼，该电涡流阻尼器组件与主体结构独立设计，使得安装灵活，钢棒的长度、磁钢大小、铜板厚度以及磁钢与铜板之间的距离均可根据具体的主体结构情况进行调整，适用范围更广。

Description

用于直立悬臂结构风振控制的电涡流调谐质量阻尼器

技术领域

本实用新型属于工程结构抗风减振技术领域，主要涉及一种用于直立悬臂结构风振控制的电涡流调谐质量阻尼器。

背景技术

直立悬臂式结构，如电线杆、灯杆、桅杆、避雷针等，具有较大的长细比与较低的刚度，整体结构柔性强，风荷载易使这类柔性结构频繁而强烈振动。同时圆形截面更易使结构在低风速下形成规则的漩涡脱落，进而发生横风向的涡激共振，这种低应力水平的往复荷载长期作用下降低整个结构连接处的机械强度，甚至使结构在薄弱位置处产生裂缝甚至断裂，对于社会秩序与人身安全将产生严重影响。

变电站电压等级包含220kV、330kV、500kV和750kV，避雷针断裂必将导致周围变电构架与其他设备的安全及电力系统的正常运行受到严重影响。其直接损失、周围结构设备的连带损失及维修时电力企业的效益损失合计可达数十万元。因此，钢管避雷针的风振控制问题已经成为输变电工程中亟待解决的关键问题。

现有技术中，直立悬臂式结构的减振装置多采用大量焊接工艺，不便安装以及施工；大量使用弹簧提供弹性力，而弹簧占地空间大，影响主结构气动外形，装置质量增加，对结构强度附加影响大，制约了减振装置的尺寸；现有技术的阻尼器多为传统的被动式阻尼器，只能对特定的模态进行抑制，抑制频率过窄，减振效果有限。

实用新型内容

本实用新型的目的在于克服现有技术中所存在的不足，提供一种用于直立悬臂结构-如电线杆、灯杆、桅杆、避雷针等工程结构的风振控制的电涡流调谐质量阻尼器。

为了实现上述实用新型目的，本实用新型提供了以下技术方案：

用于直立悬臂结构风振控制的电涡流调谐质量阻尼器，包括至少两个电涡流阻尼器组件，所述电涡流阻尼器组件沿主结构的周向设置；所述电涡流阻尼器组件包括筒体，所述筒体内部自上而下依次设置有钢棒、质量块以及阻尼单元；所述钢棒与所述筒体的顶部活动连接，所述钢棒底部连接有质量块，所述阻尼单元包括磁钢、铜板和支撑底座，所述磁钢设置于所述质量块的底部，所述铜板设置于所述支撑底座的顶部，所述支撑底座的底部固设于所述筒体的底部，所述磁钢与所述铜板之间具有间隙。

本实用新型提供了一种用于直立悬臂结构电涡流阻尼器，通过电涡流阻尼技术实现主体结构减振，当外界环境使主体结构产生激励时，主体结构可以将激励传给电涡流阻尼器组件中的质量块，质量块沿筒体周向以一定的速度运动时，铜板与其质量块的磁钢产生相对运动，产生电涡流并与原磁场相互作用，产生一个阻碍铜板和磁场相对运动的力，并会转化为热能，从而达到减缓如电线杆、灯杆、桅杆、避雷针等工程结构的振动速度，降低该类工程结构的振动位移，避免结构损伤的目的。

通过在主体结构周向设置至少两个电涡流阻尼器组件，能够在不影响主体结构正常使用以及安全性能条件下，有效降低主体结构在风荷载作用下的动力响应，降低断裂与倒塌事故发生概率，通过电涡流耗能，钢棒提供阻尼器刚度，电涡流阻尼力提供耗能阻尼，该电涡流阻尼器组件与主体结构独立设计，使得安装灵活，钢棒的长度、磁钢大小、铜板厚度以及磁钢与铜板之间的距离均可根据具体的主体结构情况进行调整，适用范围更广。

作为本实用新型的优选方案，还包括连接件，所述连接件用于所述电涡流阻尼器组件与所述主体结构之间的固定连接；所述连接件包括第一连接部和第二连接部，所述第一连接部用于与所述筒体的顶部固定，所述第二连接部用于与所述筒体的底部固定。

作为本实用新型的优选方案，所述第一连接部包括第一环形固定件、至少两个设置于第一环形固定件外沿的第一悬臂支撑板；所述第二连接部包括第二环形固定件、至少两个设置于第二环形固定件外沿的第二悬臂支撑板；所述第一悬臂支撑板与所述第二悬臂支撑板一一对应，所述第一悬臂支撑板与所述筒体的顶部固定，所述第二悬臂支撑板与所述筒体的底部固定，所述电涡流阻尼器组件与所述主体结构相互平行设置。

作为本实用新型的优选方案，所述钢棒的端部与所述第一悬臂支撑板铰接。当钢棒与所述第一悬臂支撑板铰接时，所述钢棒可以以所述第一悬臂支撑板为原点摆动，所述电涡流阻尼器组件为单摆式，这种设置方式用于低阶振动控制，避免钢棒过长占空间浪费材料增加质量。

作为本实用新型的优选方案，所述钢棒的端部与所述第一悬臂支撑板刚接。当钢棒与所述第一悬臂支撑板刚接时，所述电涡流阻尼器组件为悬臂式。这里的刚接是指构件与构件之间既能传递垂直和水平作用，又能传递转动力矩的连接方式。刚接时构件与构件之间的作用力可分解为垂直力、水平力和弯矩。

作为本实用新型的优选方案，所述钢棒的长度为0.2-0.5m。

作为本实用新型的优选方案，所述质量块呈圆柱形，所述质量块的顶部设有圆柱形空腔，所述钢棒的底端设有圆柱形连接块，所述连接块的直径与所述空腔的直径相适配，所述连接块套设于所述空腔内，所述连接块与所述质量块通过螺杆固定连接。

作为本实用新型的优选方案，所述磁钢与所述铜板之间的距离为5-20mm，具体间隙值根据实际安装的测试结果确定。

作为本实用新型的优选方案，所述筒体内壁周向设有弹性橡胶层。优选的采用PVC橡胶材质，通过设置弹性橡胶材质，能够有效避免质量块摆动到极限位置与外筒相撞产生较大噪音以及对外筒造成损坏。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果：

本实用新型通过在直立结构的外部周向设置多个调谐质量阻尼单元，并根据不同的振动情况设置了刚接钢棒以及铰接钢棒的形式，以应对低阶振动以及高阶振动情况，具有较大的调节范围，对于避雷针振动减振效果明显，提高了避雷针使用寿命和发电效率。

本实用新型采用材料均为耐久性高的金属；无附加刚度；无工作流体，不会出现漏液问题；无接触无磨耗，不存在摩擦阻尼；在磁场中工作无需电源。

本实用新型的装置与主结构独立设置，适应性强，可以在避雷针上以及类似的直立结构上推广使用，为避雷针安全性提升提供了有力保障，大大降低了避雷针振动的维修成本费用。

附图说明：

图1为本实用新型的外部示意图；

图2为本实用新型的电涡流阻尼器组件的内部结构示意图；

图3为电涡流阻尼器第一阶动力特性标定时程曲线图；

图4为电涡流阻尼器第二阶动力特性标定时程曲线图；

图5为电涡流阻尼器第三阶动力特性标定时程曲线图；

图中标记：1-主体结构，2-电涡流阻尼器组件，21-筒体，22-钢棒，221-连接块，23-质量块，231-空腔，24-阻尼单元，241-磁钢，242-铜板，243-支撑底座，25-弹性橡胶层，3-连接件，31-第一连接部，311-第一环形固定件，312-第一悬臂支撑板，32-第二连接部，321-第二环形固定件，322-第二悬臂支撑板。

具体实施方式

下面结合试验例及具体实施方式对本实用新型作进一步的详细描述。但不应将此理解为本实用新型上述主题的范围仅限于以下的实施例，凡基于本实用新型内容所实现的技术均属于本实用新型的范围。

实施例1

本实用新型提供了一种用于直立悬臂结构风振控制的电涡流调谐质量阻尼器，如图1-2所示，所述直立悬臂结构包括电线杆、灯杆、桅杆、避雷针等工程结构，该电涡流调谐质量阻尼器包括三组电涡流阻尼器组件2，每组电涡流阻尼器组件2沿着主体结构1环向均匀布置，相邻夹角呈120°，三组电涡流阻尼器组件2用于控制主体结构1同一方向的前三阶振动。所述电涡流阻尼器组件2 包括筒体21，所述筒体21内部自上而下依次设置有钢棒22、质量块23以及阻尼单元24；所述钢棒22与所述筒体21的顶部活动连接，所述钢棒22底部连接有质量块23，所述阻尼单元24包括磁钢241、铜板242和支撑底座243，所述磁钢241设置于所述质量块23的底部，所述铜板242设置于所述支撑底座243 的顶部，所述支撑底座243的底部固设于所述筒体21的底部，所述磁钢与所述铜板242具有间隙。该间隙可以根据具体安装主体结构的振动频率调试所得。

进一步的，还包括连接件3，所述连接件3用于所述电涡流阻尼器组件2与所述主体结构1之间的固定；所述连接件3包括第一连接部31和第二连接部32，所述第一连接部31用于与所述筒体21的顶部固定，所述第二连接部32用于与所述筒体21的底部固定。更进一步的，所述第一连接部31包括第一环形固定件311、三个设置于第一环形固定件311外沿的第一悬臂支撑板312；所述第二连接部32包括第二环形固定件321、至少两个设置于第二环形固定件321外沿的第二悬臂支撑板322；所述第一悬臂支撑板312与所述筒体21的顶部固定，所述第二悬臂支撑板322与所述筒体21的底部固定。所述电涡流阻尼器组件与所述主体结构相互平行设置，保证电涡流阻尼器组件垂直于地面设置。

如图2所示为电涡流阻尼器组件2的内部结构示意图，其中，所述钢棒22 的端部与所述第一悬臂支撑板312有两种连接方式，第一种为铰接，具体的，铰接的方式为万向铰。这种方式所述钢棒22可以以所述第一悬臂支撑板312为原点摆动，所述电涡流阻尼器组件2为单摆式；这种方式适应于低阶的振动，钢棒的刚度较低；第二种为刚接，当钢棒22与所述第一悬臂支撑板312刚接时，所述电涡流阻尼器组件2为悬臂式。通过调节钢棒长度以获得阻尼器目标频率，通过调节磁钢与铜板的间距以获得阻尼器目标阻尼比。所述电涡流阻尼器有三组，沿结构环向均匀分布，相邻夹角呈120°，三组电涡流阻尼器用于控制结构同一方向的前三阶振动。

具体的，钢棒22的安装长度根据主体结构的具体情况进行设置，所述质量块23呈圆柱形，所述质量块23的顶部设有圆柱形空腔231，所述钢棒22的底端设有圆柱形连接块221，所述连接块221的直径与所述空腔231的直径相适配，所述连接块221套设于所述空腔231内，所述连接块221与所述质量块23 通过螺杆固定连接，具体的可在质量块23侧壁上开设螺纹孔，相对应的质量块上也设置螺纹孔，螺杆穿过螺纹孔将连接块221固定于质量块23的空腔内。

具体的，所述磁钢241与所述铜板242之间的距离通过现场安装测试进行调节。

所述筒体21内壁周向设有弹性橡胶层25。优选的采用PVC橡胶材质，通过设置弹性橡胶材质，能够有效避免质量块摆动到极限位置与筒体21相撞产生较大噪音以及对筒体21造成损坏。

装置在安装到主体结构前会对各调谐质量阻尼器结构进行动力特性标定，通过高速摄像机对结构关键位置进行散斑识别得到调谐质量阻尼器结构的自由衰减曲线如图3-5所示，图3--图5分别是电涡流阻尼器前三阶动力特性标定时程曲线图图，从图中的曲线我们可以得到电涡流阻尼器的固有频率与阻尼比，进而与阻尼器设计值进行比对。当标定后的参数符合预期要求后，进行装置的安装，以及减振效果实测实验，具体包括如下步骤：

步骤1.确定试验场地与测试对象、测试位置，吊车准备；

步骤2.调试加速度传感器与东华采集仪器。设定采样频率200Hz，灵敏度参数按传感器出厂测定结果分别设置；

步骤3.吊车上人，在不同测点高度的顺线向与横线向安装共六只加速度传感器；

步骤4.自由振动法测试避雷针结构动力特性，使用木棍锤击使结构激振，共测试三次以消除偶然因素影响；

步骤5.环境随机激振法测试避雷针结构动力特性，测试时长10min；

步骤6.按动力特性测试结果重算电涡流调谐质量阻尼器参数，针对设计参数调整质量块大小、悬臂钢棒长度以及铜板与磁钢的间距；

步骤7.吊车上人，通过吊钩将电涡流调谐质量阻尼器固定于避雷针顶部，通过第一环形固定件与第二环形固定件将阻尼器与避雷针结构固定；

步骤8.多次重复步骤4-5以获得安装电涡流调谐质量阻尼器后结构的动力特性与风致振动响应，为后续电涡流调谐质量阻尼器减振效果评估提供现场实测基础。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种用于直立悬臂结构风振控制的电涡流调谐质量阻尼器，其特征在于，包括至少两个电涡流阻尼器组件(2)，所述电涡流阻尼器组件(2)沿主体结构(1)的周向设置；所述电涡流阻尼器组件(2)包括筒体(21)，所述筒体(21)内部自上而下依次设置有钢棒(22)、质量块(23)以及阻尼单元(24)；所述钢棒(22)的顶部与所述筒体(21)的顶部连接，所述钢棒(22)底部和质量块(23)连接；所述阻尼单元(24)包括磁钢(241)、铜板(242)和支撑底座(243)，所述磁钢(241)连接在所述质量块(23)的底部，所述铜板(242)设置于所述支撑底座(243)的顶部，所述支撑底座(243)的底部固设于所述筒体(21)的底部，所述磁钢(241)与所述铜板(242)具有间隙。

2.根据权利要求1所述的用于直立悬臂结构风振控制的电涡流调谐质量阻尼器，其特征在于，还包括连接件(3)，所述连接件(3)用于所述电涡流阻尼器组件(2)与所述主体结构(1)之间的固定连接；所述连接件(3)包括第一连接部(31)和第二连接部(32)，所述第一连接部(31)用于与所述筒体(21)的顶部固定，所述第二连接部(32)用于与所述筒体(21)的底部固定。

3.根据权利要求2所述的用于直立悬臂结构风振控制的电涡流调谐质量阻尼器，其特征在于，所述第一连接部(31)包括第一环形固定件(311)、至少两个设置于第一环形固定件(311)外沿的第一悬臂支撑板(312)；所述第二连接部(32)包括第二环形固定件(321)、至少两个设置于第二环形固定件(321)外沿的第二悬臂支撑板(322)；所述第一悬臂支撑板(312)与所述第二悬臂支撑板(322)一一对应，所述第一悬臂支撑板(312)与所述筒体(21)的顶部固定，所述第二悬臂支撑板(322)与所述筒体(21)的底部固定，所述电涡流阻尼器组件(2)与所述主体结构(1)相互平行设置。

4.根据权利要求3所述的用于直立悬臂结构风振控制的电涡流调谐质量阻尼器，其特征在于，所述钢棒(22)的顶端与所述第一悬臂支撑板(312)铰接。

5.根据权利要求3所述的用于直立悬臂结构风振控制的电涡流调谐质量阻尼器，其特征在于，所述钢棒(22)的顶端与所述第一悬臂支撑板(312)刚接。

6.根据权利要求1-5任一项所述的用于直立悬臂结构风振控制的电涡流调谐质量阻尼器，其特征在于，所述钢棒(22)的长度为0.2-0.5m。

7.根据权利要求1-5任一项所述的用于直立悬臂结构风振控制的电涡流调谐质量阻尼器，其特征在于，所述质量块(23)呈圆柱形，所述质量块(23)的顶部设有圆柱形空腔(231)，所述钢棒(22)的底端设有圆柱形的连接块(221)，所述连接块(221)的直径与所述空腔(231)的直径相适配，所述连接块(221)套设于所述空腔(231)内，所述连接块(221)与所述质量块(23)通过螺杆固定连接。

8.根据权利要求1所述的用于直立悬臂结构风振控制的电涡流调谐质量阻尼器，其特征在于，所述磁钢(241)与所述铜板(242)之间的距离为5-20mm。

9.根据权利要求1所述的用于直立悬臂结构风振控制的电涡流调谐质量阻尼器，其特征在于，所述筒体(21)内壁周向设有弹性橡胶层(25)。

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