專利名稱：基于單擺模型改善輸電桿塔抗風穩定性的調質阻尼系統的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種改善輸電桿塔抗風穩定性能的裝置，尤其是涉及一種基于單擺模型改善輸電桿塔抗風穩定性能的調質阻尼系統。
背景技術：
隨著電力工業的發展，電網的電壓等級不斷提高，塔架高度和輸電線路檔距也隨之增加，在風荷載作用下，輸電線塔的風振效應更加顯著。隨著我國特高壓電網的建設，同塔多回線路、緊湊型線路、大截面導線等輸電新技術的推廣應用，輸電桿塔大荷載、大型化的發展趨勢越發明顯。特高壓、大跨越以及一些同塔多回線路的桿塔，由于結構高大，風振效應也更為顯著。結構振動控制主要分為被動控制和主動控制兩種，被動控制不需要外部輸入能量，而是通過減振器來改變結構阻尼、剛度、質量，以減小結構的反應。主動控制是根據結構反應進行分析，接受外接能源，將最優控制施予結構以控制運動和變形。近年來，國內外學者對輸電桿塔附加耗能或吸振器件的被動振動控制開展了一些研究。在被動控制中，最常用的是一種調頻質量阻尼器(Timed Mass Damper，簡稱TMD)，此外還有粘彈性阻尼器、摩擦阻尼器等。國內的研究主要針對大跨越桿塔進行。但目前的研究和應用主要用于桿塔順風向的彎曲振動的控制，并且大多用于鋼管塔。另外，隨著桿塔的大型化，桿塔橫擔的尺寸也明顯變大。桿塔橫擔的抗扭能力一般較弱，由于風荷載作用引起的兩端導線的不平衡張力容易使其發生扭轉破壞。

發明內容
本發明所要解決的技術問題，就是提供一種基于單擺模型改善輸電桿塔抗風穩定性能的調質阻尼系統，通過單擺球體質量塊的擺動來抵減輸電線桿塔的彎扭振動能量，保持風振環境下輸電線桿塔的穩定性。解決上述技術問題，本發明采取如下的技術方案
1、一種基于單擺模型改善輸電桿塔抗風穩定性能的調質阻尼系統，包括球狀質量塊， 其特征是所述的球狀質量塊置放于一托架中，所述的托架由均布的四組鋼索懸吊在輸電桿塔上，所述的托架下方設有一固定在輸電桿塔上的底盤，所述的底盤上均布設有四組油壓式耗能阻尼器，油壓式耗能阻尼器下端固接在底盤上、上端抵住所述的托架。所述的托架結構為一上圓環和一下圓形底板，兩者通過均布的四條彎曲連接板條連接成一體，所述的上圓環均布有四個吊索孔。在上述基礎上，本發明還可以做進一步的改進
所述的托架的下圓形底板的底面設有突出的限位棒，所述的底盤上還設有四組油壓式防撞阻尼器，四組油壓式防撞阻尼器均布地支撐起一個緩沖鋼環，并使得所述的限位棒落入緩沖鋼環中。所述的球狀質量塊由若干圓形鋼片疊加組成，從而使球體質量塊的質量和半徑均可調，滿足不同安裝環境的要求。所述的限位棒為筒狀鋼棒。本發明中所涉及的調質阻尼系統的減振原理是將輸電線桿塔結構的振動能量傳遞到頻率相近的阻尼器中，通過球體質量塊的擺動加以耗散，從而達到減小結構振幅的目的。應用被動調質阻尼系統可以很好地改善輸電線桿塔在風振環境下的穩定性。單擺模型調質阻尼系統的性能主要取決于轉動慣量的大小，調質阻尼系統與輸電桿塔之間的轉動慣量比越大，控制效果越好。當轉動慣量比高于5. 6%時，調質阻尼系統能提高顫振臨界風速40%左右。因此，調質阻尼系統能顯著地提高輸電桿塔的顫振臨界風速。 本調質阻尼系統對風振引起的彎扭振動具有很好的控制效果，可以應用于不同環境下不同類型的桿塔中。有益效果本發明的突出特點是，在輸電線桿塔內部安裝基于單擺模型改善輸電桿塔抗風穩定性能的調質阻尼系統，在結構上易于實現，維護方便，適應性強。該調質阻尼系統對風振引起的彎扭振動具有很好的控制效果，可以應用于不同類型的桿塔中。


圖1是本發明實施例的組成結構立體示意圖； 圖2是圖1所示實施例的球體質量塊托架的主視圖； 圖3是圖1所示實施例的球體質量塊托架的俯視圖； 圖4是圖1所示實施例的帶有緩沖環的鉸接底盤； 圖5是應用實例中的桿塔的主視圖。
具體實施例方式如圖1-5所示，本發明的基于單擺模型改善輸電桿塔抗風穩定性能的調質阻尼系統實施例，包括球狀質量塊1，球狀質量塊置1放于一托架2中，托架2由均布的四組鋼索3 懸吊在輸電桿塔4上，托架2的下方均布設有四組油壓式耗能阻尼器5，油壓式耗能阻尼器 5的上端抵住托架2，其下端固接一底盤(平臺)，底盤的四個端點設有鉸扣，分別與輸電桿塔連接。球狀質量塊1由若干圓形鋼片疊加組成，從而使球體質量塊的質量和半徑均可調，滿足不同安裝環境的要求。托架2的結構為一上圓環和一下圓形底板，兩者通過均布的四條彎曲連接板條連接成一體，上圓環均布有四個吊索孔用來穿鋼索，托架2的下圓形底板的底面設有突出的限位棒6，在輸電桿塔上托架2的下方設有底盤7，底盤7通過螺栓與輸電桿塔連接，底盤 7上設有四組油壓式防撞阻尼器8，四組油壓式防撞阻尼器8均布地支撐起一個緩沖鋼環9， 并使得限位棒6落入緩沖鋼環中，限位棒為筒狀鋼棒。本發明所涉及的調質阻尼系統基于單擺模型，用四組較高強度的鋼索通過托架托住球體質量塊的下半部，托架周圍設置四組油壓式耗能阻尼器，以達到耗能減振的目的。此夕卜，為避免強風作用時球體質量塊擺幅過大，托架下方安裝有筒狀鋼棒。當球體質量塊在強風作用下擺幅過大時，筒狀鋼棒則會撞擊緩沖鋼環以減緩質量塊的運動。本發明的基于單擺模型改善輸電桿塔抗風穩定性能的調質阻尼系統，其固有頻率應與相應桿塔的固有頻率相一致，其實現方式是通過調節球體質量塊的質量和鋼索的長度。本發明中的基于單擺模型改善輸電桿塔抗風穩定性能的調質阻尼系統依據輸電桿塔在特定環境下固有頻率的不同，通過調節球體質量塊的質量和鋼索的長度進行頻率調節，因此具有廣泛的適用性。所述底盤7在輸電桿塔的安裝位置在此阻尼系統固有頻率與相應桿塔的固有頻率相一致的基礎上確定。本發明所涉及的調質阻尼系統基于單擺模型，用四組較高強度的鋼索通過托架托住球體質量塊的下半部，托架周圍設置四組油壓式耗能阻尼器，以達到耗能減振的目的。此夕卜，為避免強風作用時球體質量塊擺幅過大，托架下方安裝有筒狀鋼棒。當球體質量塊在強風作用下擺幅過大時，筒狀鋼棒則會撞擊緩沖鋼環以減緩質量塊的運動。本發明中，調質阻尼系統的控制效果還與受控器的機構阻尼有關，原結構阻尼越小，控制效果越好，這是因為調質阻尼系統所提供的阻尼值在整個器阻尼值中所占的比重較大。因此，發明中涉及的調質阻尼系統適合于鋼結構的輸電線桿塔。本發明中，調質阻尼系統的控制效率在阻尼器質量和阻尼一定的條件下，對阻尼器與受控器之間的頻率比非常敏感，只有在最優頻率比附近控制效率才達到最優，而此時， 阻尼器與受控器之間的最優頻率比是受鋼索長度影響的。本發明中，調質阻尼系統的安裝位置應根據不同環境不同類型的輸電線桿塔具體實際情況而定，盡可能地放在輸電線桿塔受控振型的振幅最大區域。
權利要求
1.一種基于單擺模型改善輸電桿塔抗風穩定性能的調質阻尼系統，包括球狀質量塊， 其特征是所述的球狀質量塊置放于一托架中，所述的托架由均布的四組鋼索懸吊在輸電桿塔上，所述的托架下方設有一固定在輸電桿塔上的底盤，所述的底盤上均布設有四組油壓式耗能阻尼器，油壓式耗能阻尼器下端固接在底盤上、上端抵住所述的托架。
2.根據權利要求1所述的基于單擺模型改善輸電桿塔抗風穩定性能的調質阻尼系統， 其特征是所述的托架結構為一上圓環和一下圓形底板，兩者通過均布的四條彎曲連接板條連接成一體，所述的上圓環均布有四個吊索孔。
3.根據權利要求2所述的基于單擺模型改善輸電桿塔抗風穩定性能的調質阻尼系統， 其特征是所述的托架的下圓形底板的底面設有突出的限位棒，所述的底盤上還設有四組油壓式防撞阻尼器，四組油壓式防撞阻尼器均布地支撐起一個緩沖鋼環，并使得所述的限位棒落入緩沖鋼環中。
4.根據權利要求3所述的基于單擺模型改善輸電桿塔抗風穩定性能的調質阻尼系統， 其特征是所述的球狀質量塊由若干圓形鋼片組成。
5.根據權利要求4所述的基于單擺模型改善輸電桿塔抗風穩定性能的調質阻尼系統， 其特征是所述的限位棒為筒狀鋼棒。
全文摘要
本發明涉及一種基于單擺模型改善輸電桿塔抗風穩定性能的調質阻尼系統。本阻尼系統由球體質量塊、托架、油壓式耗能阻尼器、油壓式防撞阻尼器、鋼索及緩沖鋼環等組成。其中，球體質量塊由圓形鋼片組成。四組鋼索通過托架托住球體質量塊的下半部，托架周圍設置四組油壓式耗能阻尼器，以達到耗能減振的目的。此外，球體質量塊擺幅過大時，托架下方的筒狀鋼棒會撞擊緩沖鋼環以減緩其運動。調質阻尼系統的性能主要取決于轉動慣量的大小，調質阻尼系統與受控系統之間的轉動慣量比越大，控制效果越好。本調質阻尼系統適用于不同塔型的輸電桿塔，易于安裝，能明顯改善輸電桿塔的抗風穩定性能。
文檔編號E04B1/98GK102535674SQ20121003987
公開日2012年7月4日 申請日期2012年2月22日 優先權日2012年2月22日
發明者凌杰, 宋云超, 王偉, 鐘萬里, 陳航航 申請人:廣東電網公司電力科學研究院, 武漢大學