CN2610162Y

CN2610162Y - 螺桨控制的主动式谐调液柱阻尼器

Info

Publication number: CN2610162Y
Application number: CN 03245412
Authority: CN
Inventors: 陈永祥
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2003-04-15
Filing date: 2003-04-15
Publication date: 2004-04-07
Anticipated expiration: 2013-04-15

Abstract

本实用新型涉及谐调液柱阻尼器。使具有易维护且效果好的性能。螺桨控制的主动式谐调液柱阻尼器，其由一U形管、管内液体、一个或一个以上螺桨、齿轴单元、伺服马达及电脑控制系统等所构成；其特征是：其中一个或一个以上同轴串联螺桨按置在U形管的水平管内，以齿轴单元与U形管外的伺服马达连接，而伺服马达则与对其控制操纵的电脑系统相连结。用于建筑、仪器等震动控制。

Description

螺桨控制的主动式谐调液柱阻尼器

技术领域

本实用新型涉及谐调液柱阻尼器。

背景技术

结构物减震装置种类很多，诸如谐调质量阻尼器、谐调液体阻尼器及谐调液柱阻尼器等，分别介绍如下：

1、谐调质量阻尼器：

为举例方便，图1所示平面刚架与谐调质量阻尼器，平面刚架由梁1及柱2所构成，此平面刚架如承受水平外力或地震作用，会产生震动，为减少平面刚架震动量，可以在梁1按置一谐调质量阻尼器，该谐调质量阻尼器由质块3、弹簧4、阻尼5、及滚轮6等所构成。一般质块3阻尼质量约为结构物质量的0.5-2.0％，谐调质量阻尼器利用质块3受外来震动造成共震而产生与结构震动方向相反的惯性力，对结构有减震的效果。调整质块3及弹簧4的大小即可改变质量阻尼器的自然周期，当此质量阻尼器的自然周期达谐调周期及阻尼比为最佳阻尼比时，此质量阻尼器即称为谐调质量阻尼器，对结构物有最佳的减震效果，谐调周期与结构物本身的基本周期很接近。

因谐调质量阻尼器质块3的质量可观，阻尼5一般常用油压装置，因油压装置不但构造复杂及维护不易，而且也很笨重，故实用上整个谐调质量阻尼器不但重量及体积可观，而且弹簧及阻尼装置复杂，如将上述的被动式谐调质量阻尼器改为主动式谐调质量阻尼器，因需要相当大的马力驱动质块3，故控制相当不易。如使结构物有很好的减震效果，则质块3的运动量很大，不但影响空间使用，也会造成结构另类震动量及噪音，所以在大型结构物如高层建筑，谐调质量阻尼器的应用受到很大的限制及不便。

2、谐调液体阻尼器：

图2所示平面刚架与谐调液体阻尼器，此液体阻尼器由水槽7及槽内液体或水8所构成，所以结构相当简单，一般建筑物屋顶储水槽经过适当设计，即可成为一谐调液体阻尼器，一般谐调液体阻尼器的液体重量约为结构物重量的0.5-2.0％，谐调液体阻尼器利用液体因共振造成激荡而产生与结构物震动方向相反的力量，对结构物有减震效果。调整水槽内液体(或水)的深度及宽度，即可改变液体的基本周期，当此液体阻尼器的基本周期达谐调周期及阻尼比达最佳阻尼比时，此液体阻尼器即称为谐调液体阻尼器，对结构物有最佳的减震效果，同样的，谐调周期与结构物本身的基本周期很接近。谐调液体阻尼器虽然构造简单，但液体基本周期与水槽内液体(或水)的质量、水槽开关及尺寸等有关，所以谐调周期不易调整，一般高层建筑物常常需用数量很多的小水槽，另外为获得水槽的最佳阻尼比，技术及装置也相当复杂，常需依靠试验获得相关知识与经验。矩形水槽外型及构造简单，但不适用于各种不同方向的震动，主动式谐调液体阻尼器的技术尚未发展成熟，故亦仅限于被动式谐调液体阻尼器，所以谐调液体阻尼器在应用上也受到很大的限制。

3、谐调液柱阻尼器：

图3所示平面刚架与谐调液柱阻尼器，谐调液柱阻尼器由U形管9及U形管内液体或水8所构成，所以结构相当简单，U形管断面一般为圆形或矩形如图4或5所示，一般U形管断面是均匀的，但也可以是不均匀的，但左右应是应称的，视设计需要决定。U形管的垂直管上端是开口的，谐调液柱阻尼器内水的重量约为结构物重量的0.5-2.0％，如当结构物受到外力或地震，U形管内的水因受到外力作用而产生流动及振荡，致产生与结构物震动反向的力量，故对结构物有减震的效用。调整U形管液体长度(即水平管长度与垂直管水头高度之和)，可以改变U形管内液体(或水)运动的自然周期，当此自然周期达谐调周期及阻尼比达最佳阻尼比时，此液柱阻尼器即称为谐调液柱阻尼器，对结构物有最佳的减震效果，同样的，谐周期与结构物的基本周期很接近。图6所示的U形管9内加装阻水隔板10形成水流阻口，可增加对水流的阻力，即可增加谐调液柱阻尼器的阻尼比，阻尼比的大小需由试验及经验求得。开口式谐调液柱阻尼器只能调整U形管内液体长度来改变U形管内液体运动的自然周期，所以U形管尺寸不易选择及设计，常常需用数量很多的小型U形管，实际应用较受到限制，开口式谐调液柱阻尼器为被动式震动控制装置，所以减震效果仍然有限，为增加减震效果需增加液体(或水)的质量，应用上不方便。利用气压装置虽可以控制及提高U型管液体的流动量，可以增加减震效果，但气压装置有结构复杂及维护不易的缺点。

发明内容

本实用新型的目的是提供一种较简单、易维护、效果好的螺桨控制的主动式谐调液柱阻尼器。

本实用新型的目的是这样实现的：螺桨控制的主动式谐调液柱阻尼器，其由一U形管、管内液体、一个或一个以上螺桨、齿轴单元、伺服马达及电脑控制系统所构成；其特征是：其中一个或一个以上同轴串联螺桨按置在U形管的水平管内，以齿轴单元与U形管外的伺服马达连接，而伺服马达则与对其控制操纵的电脑系统相连结。

据试验，上述设计兼具主动式及被动式谐调液柱阻尼器的特性与优点，当结构物震动量未达某一限度，主动控制系统不启动，伺服马达及螺桨均不转动，则U形管及内部的液体即构成为一种被动式谐调液柱阻尼器，可以有效减少结构物的震动量，如当结构物震动量超过某一限度，电脑系统立即启动伺服马达来驱动螺桨，螺桨产生与结构物震动反向的推力，可以大幅提高谐调液柱阻尼器的减震效果。其中U形管的垂直管上端可以为开口或封闭，如垂直管上端为开口，则成为开口式谐调液柱阻尼器，如垂直管上端为封闭，则成为闭口式谐调液柱阻尼器，垂直管液面上方形成气密室，气密室气压、高度、体积等并无限制，应用时需配合实际需要作适当的设计，设计方法并无限制。其中U形管由二相同垂直管及一水平管所构成，U形管的材料、长度、断面形状及面积等并无限制，一般采用圆管或圆筒断面；U形管内液体及液体长度并无限制，一般采用水，液体(或水)的重量亦无限制，一般为结构物重量的0.1-2.0％；螺桨按置在U形管的水平管内的中央，螺桨数目并无限制，一般采用两个大小及形状相同的同轴螺桨，螺桨材料、叶片及大小等并无限制，一般采用三叶片螺桨，螺桨叶片外围尺寸比水平管内径小一点；U形管、管内液体、螺桨、齿轴单元、伺服马达及电脑系统(包括电脑、讯号侦测、信号放大及转换处理等)等配合配置，应用时需经适当设计，设计方法并无限制。

本实用新型应用范围无限制，其可应用于高层建筑、高塔、长跨桥梁、船舶、海域平台、设备、仪器等的震动控制。

附图说明

图1为平面刚架与谐调质量阻尼器示意图；

图2为平面刚架与谐调液体阻尼器示意图；

图3为平面刚架与谐调液柱阻尼器示意图；

图4为圆形断面U形管示意图；

图5为矩形断面U形管示意图；

图6为U形管内的阻水隔板示意图；

图7为本实用新型与平面钢梁结构示意图。

具体实施方式

如图7所示：本实用新型于被动式谐调液柱阻尼器U形管9的水平管内加装一个或一个以上螺桨13，以齿轴单元14与U形管外伺服马达15连接，伺服马达15由电脑控制系统控制操纵。为使U形管内水流均匀对称，一般采用二个同轴相同螺桨，U形管断面采用圆形，或螺桨附近的U形管断面采用圆形。

如U形管9的垂直管上端开口是开启的，即为开口式谐调液柱阻尼器，改变U形管内液体的长度，可以调整开口式谐调液柱阻尼器的自然周期，如垂直管上端开口是封闭的，则形成开口式谐调液柱阻尼器，垂直管液面以上至气密盖板11之间形成气密室12，可以预设气密室12内的气压，改变U形管9液体长度、气密室12气压、以及气密室12的体积等可以调整闭口式谐调液柱阻尼器的自然周期，所以闭口式谐调液柱阻尼器的U形管尺寸的设计较有弹性，所以应用上也比较广泛。

当U形管内液体的自然周期及阻尼比分别达到谐调周期及最佳阻尼比时，此液柱阻尼器有最佳减震效果，称为被动式谐调液柱阻尼器，如在开口式或闭口式谐调液柱阻尼器U形管的水平管内装上螺桨，而螺桨由电脑控制的伺服马达来控制驱动，如此就构成螺桨控制的主动式谐调液柱阻尼器，这是一种新颖主动式震动控制的结构装置，具有主动式及被动式谐调液柱阻尼器的特性与优点。

谐调液柱阻尼器的U形管的主要特征其二个相同垂直管在底部由一水平管连接成一体，U形管断面尺寸(或直径)比U形管长度小很多，所以U形管内液体运动可假设为一维不可压缩液流，垂直管内液面作上下运动时可假设保持水平，故谐调液柱阻尼器的U形管内液体运动可视为单自由度运动，可以很容易地与结构物结合成一体作有限素法结构分析计算。

图7所示的电脑控制系统，其中U形管9内液面变化由波高计16侦测，气密室12内气压由气压计17侦测，平面刚架的震动量由位移计18侦测，U形管内液体流速由流速计19侦测，各种侦测所得物理量的讯号，经讯号处理卡20后传送到电脑21，讯号经电脑21分析计算后输出有关数位资料，经讯号处理卡20及马达控制卡22处理后送出命令指示给伺服马达15，以控制伺服马达及螺桨的启动及转速，电脑21同时接受及纪录侦测所得的各种物理量，包括平面刚架震动、液面变化、U形管内液体流速、气密室气压、伺服马达马力及转速、螺桨转速及推力等。

当结构物震动量未达到某一限度，主动控制系统不启动，伺服马达及螺桨等均不转动，则即被动式谐调液柱阻尼器，本身已具有很好的减震效果，当结构物震动量超过某一限度，则电脑控制系统立即启动伺服马达来驱动螺桨，螺桨转动产生与结构物震动反向的推力，可以更提高减震效果，将结构物震动量控制在某一限度以内，螺桨转动除增加U形管内液体的流动量可增加对结构物的减震效果外，螺桨本身转动造成推力也会对结构物产生减震效果，所以本案对结构物的减震效果非常优越。因为螺桨推力会提供减震效果，所以相对地可减少液体质量，使U形管更具轻巧方便，这也是本实用新型另一个有力的优点。螺桨在水管中运转效率很好，伺服马达控制操作敏捷，U形管按装简单，所占空间不大，不需改变结构物原有的结构系统，所以本实用新型具有结构简单、按装维护方便、经济、及减震效果卓越等优点。

Claims

1、螺桨控制的主动式谐调液柱阻尼器，其由一U形管、管内液体、一个或一个以上螺桨、齿轴单元、伺服马达及电脑控制系统所构成；其特征是：其中一个或一个以上同轴串联螺桨按置在U形管的水平管内，以齿轴单元与U形管外的伺服马达连接，而伺服马达则与对其控制操纵的电脑系统相连结。

2、如权利要求1所述的螺桨控制的主动式谐调液柱阻尼器，其特征是：其中U形管的垂直管上端可以为开口或封闭。

3、如权利要求2所述的螺桨控制的主动式谐调液柱阻尼器，其特征是：其中U形管由二相同垂直管及一水平管所构成。