桿式調(diào)諧質(zhì)量阻尼器減震裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及桿式調(diào)諧質(zhì)量阻尼器減震裝置，屬于減震裝置技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]地震災(zāi)害具有突發(fā)性和毀滅性，嚴(yán)重威脅著人類的生命和財(cái)產(chǎn)安全。瓷柱型電氣設(shè)備在電力系統(tǒng)中應(yīng)用得非常廣泛，且隨著電力工業(yè)的發(fā)展，輸變電設(shè)備的等級(jí)越來越高，高壓電氣設(shè)備尤其是超高壓直流輸變電設(shè)備越來越和細(xì)柔，頂部質(zhì)量越來越大，對(duì)其抗震性能的要求更高。國(guó)內(nèi)外的歷次強(qiáng)震中瓷柱型電氣設(shè)備震害均非常嚴(yán)重，確保瓷柱型電氣設(shè)備在地震作用下正常工作對(duì)保障電力系統(tǒng)安全運(yùn)行至關(guān)重要。
[0003]瓷柱型電氣設(shè)備地震中的損壞形式主要是絕緣子端部拉斷和漏油。針對(duì)這一情況問題，國(guó)內(nèi)外很多學(xué)者采取了不同的措施來提高其抗震性能。有的通過拉線加固等措施來提高側(cè)向剛度，有的在下部支架處設(shè)置金屬阻尼器來耗散地震能量，亦有采用基底隔震技術(shù)將地震動(dòng)輸入與電氣設(shè)備隔離的，這其中包括疊層橡膠支座和摩擦擺支座等。
[0004]調(diào)諧質(zhì)量阻尼器(TMD)是一種廣泛應(yīng)用于土木工程結(jié)構(gòu)的被動(dòng)減震控制裝置，它能根據(jù)瓷柱型電氣設(shè)備的震害特點(diǎn)，降低地震動(dòng)作用下瓷柱型電氣設(shè)備的加速度和根部應(yīng)力反應(yīng)。
[0005]TMD由質(zhì)量系統(tǒng)、彈簧系統(tǒng)以及阻尼系統(tǒng)組成。地震發(fā)生時(shí)，被控設(shè)備在地震動(dòng)作用下開始振動(dòng)，被控設(shè)備的振動(dòng)帶動(dòng)TMD系統(tǒng)共同振動(dòng)，因?yàn)門MD與被控設(shè)備之間是彈性連接，TMD與被控設(shè)備之間會(huì)產(chǎn)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)，如果將TMD自振頻率調(diào)整到與所控制的瓷柱型電氣設(shè)備自振頻率相近的合適值(精確值可以通過理論計(jì)算確定)，TMD將能夠提供給設(shè)備一個(gè)始終與設(shè)備慣性力方向相反的力，從而降低了作用于設(shè)備上的合力的幅值，也就降低了地震動(dòng)作用時(shí)設(shè)備的動(dòng)力響應(yīng)。從耗能的角度來看，給TMD設(shè)定阻尼，通過TMD的運(yùn)動(dòng)耗散地震發(fā)生時(shí)地面?zhèn)鬟f給設(shè)備的能量，將能量的消耗集中到TMD裝置內(nèi)，這就減少了設(shè)備本身所需要吸收的能量，減輕了設(shè)備本身可能出現(xiàn)的損壞，從而達(dá)到了減輕設(shè)備震害的目的。
[0006]下面具體分析本發(fā)明與傳統(tǒng)瓷柱型電氣設(shè)備減震方法比較的優(yōu)點(diǎn)?，F(xiàn)有方法主要有拉線式減震方法、金屬阻尼器減震方法、基底隔震技術(shù)減震方法、絕緣全封閉式組合電器配電裝置減震方法、多重環(huán)式調(diào)諧質(zhì)量阻尼器減震裝置。
[0007](1)拉線式減震方法:本方法為靜力加固法。通過增加多余約束來提高設(shè)備抵抗水平地震力的能力。本方法原理簡(jiǎn)單清晰，但這種加固方式在地震中容易在拉桿或拉線固定部位發(fā)生損壞，形成新的薄弱環(huán)節(jié)，同時(shí)因?yàn)槔€的安裝方式和電氣絕緣的要求，本方法對(duì)空間要求大。
[0008](2)鉛合金減震器減震方法:通過安裝鉛合金阻尼減震器，改變?cè)O(shè)備的頻率、增加設(shè)備的阻尼，降低設(shè)備的地震反應(yīng)。目前該方法在國(guó)內(nèi)已有一些應(yīng)用，張雪松在文章《安裝新型鉛減震器的220kV斷路器振動(dòng)臺(tái)試驗(yàn)》給出了這種減震器的振動(dòng)臺(tái)試驗(yàn)結(jié)果，結(jié)果表明新型鉛合金減震器可以降低斷路器頂部的加速度和位移，底部瓷套管最大應(yīng)變可以減少50%以上。但該方法對(duì)于長(zhǎng)周期成分豐富的地震動(dòng)以及含速度脈沖的近場(chǎng)地震動(dòng)這兩類特殊地震動(dòng)的減震效果相對(duì)較弱。
[0009](3)疊層橡膠隔震支座減震方法:通過改變?cè)O(shè)備支撐條件，延長(zhǎng)設(shè)備的自振周期，避開地震動(dòng)的卓越周期段，從而降低上部設(shè)備在地震動(dòng)作用下的動(dòng)力響應(yīng)，同時(shí)還可以通過增加鉛芯等措施來耗散能量。本方法在不同領(lǐng)域有大量的應(yīng)用實(shí)例，技術(shù)成熟減震效果也很好，但這種方法存在以下缺點(diǎn)，首先是橡膠易老化，其次是基礎(chǔ)隔震通常會(huì)增加隔震支座上部設(shè)備的絕對(duì)位移反應(yīng)，絕大多數(shù)瓷柱型電氣設(shè)備上端均有導(dǎo)線連接，位移的增大容易出現(xiàn)設(shè)備因?qū)Ь€拉拽而破壞的情況，第三是隔震支座不抗拉，即使不考慮疊層橡膠隔震支座減震方法的前述兩個(gè)缺點(diǎn)，本方法通常也只能用于基底不出現(xiàn)拉應(yīng)力的變壓器上部套管減震，很難應(yīng)用于直接安裝在地面的大型電流互感器、避雷器等瓷柱型電氣設(shè)備的減震。
[0010](4)摩擦擺系統(tǒng)減震方法:通過改變?cè)O(shè)備支撐條件，延長(zhǎng)設(shè)備的自振周期，避開地震動(dòng)的卓越周期段以降低設(shè)備的動(dòng)力響應(yīng)。摩擦擺隔震支座綜合了滑動(dòng)軸承和擺運(yùn)動(dòng)的概念，采用隔震裝置以后系統(tǒng)的頻率主要由擺的幾何參數(shù)確定、同時(shí)通過滑動(dòng)面的摩擦耗散能量。摩擦擺隔震裝置在建筑領(lǐng)域已有大量的應(yīng)用，但在瓷柱型電氣設(shè)備的減震應(yīng)用中還存在一些問題，一是增大了上部設(shè)備位移、二是這種隔震支座不抗拉。
[0011](5)全封閉式組合電器配電裝置(GIS)減震方法:與常規(guī)配電裝置不同，GIS將斷路器、隔離開關(guān)、快速或慢速接地開關(guān)、電流互感器、避雷器、母線等元件通過封閉式組合，加裝在一個(gè)充滿一定壓力的SF6氣體的倉(cāng)內(nèi)，電氣絕緣可依靠倉(cāng)內(nèi)SF6氣體保證，SF6氣體同時(shí)也起滅弧介質(zhì)的作用。本方法的優(yōu)越性很多，占地面積小，設(shè)備布置重心低，在國(guó)內(nèi)外也應(yīng)用的越來越多。但GIS前期投資大，是分散式元件投資的30-40倍；且613組合電器一旦發(fā)生故障，后果要比敞開式變電站嚴(yán)重得多；同時(shí)，四氟化硫氣體的泄露也會(huì)造成相應(yīng)的環(huán)境等問題。
[0012](6)多重環(huán)式調(diào)諧質(zhì)量阻尼器減震裝置(專利號(hào):ZL 201520260800.7):本方法采用調(diào)諧質(zhì)量阻尼器原理，具有成本低、對(duì)空間要求小、基本不存在老化問題的優(yōu)點(diǎn)。不過本方法所采用的環(huán)式彈簧的可變形范圍相對(duì)較小，對(duì)特大地震安全裕度不足。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0013]本發(fā)明為解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的問題，提出了桿式調(diào)諧質(zhì)量阻尼器減震裝置，所采取的技術(shù)方案如下:
[0014]所述減震裝置包括支撐裝置1、質(zhì)量裝置2和剛度裝置3 ;所述質(zhì)量裝置包括N級(jí)質(zhì)量環(huán)，其中，N為正整數(shù)；所述剛度裝置3包括N組級(jí)剛度桿，所述質(zhì)量環(huán)通過剛度桿固定安裝于支撐裝置1上方。
[0015]優(yōu)選地，所述N級(jí)質(zhì)量環(huán)的環(huán)面處于同一平面，并采用同心環(huán)方式布局。
[0016]優(yōu)選地，所述質(zhì)量環(huán)的級(jí)數(shù)和剛度桿的組級(jí)一一對(duì)應(yīng)。
[0017]優(yōu)選地，所述支撐裝置1包括第一水平支架和第二水平支架；所述第一水平支架和第二水平支架底部均設(shè)有兩個(gè)凸起；所述第一水平支架上的凸起以垂直于第一水平支架徑向方向的中心軸為對(duì)稱軸固定焊接于水平支架底面上；所述第二水平支架上的凸起以垂直于第二水平支架徑向方向的中心軸為對(duì)稱軸固定焊接于水平支架底面上。
[0018]優(yōu)選地，所述第一水平支架、第二水平支架、質(zhì)量環(huán)和凸起上均設(shè)有螺孔。
[0019]優(yōu)選地，所述支撐裝置還包括螺母4和螺栓5 ;所述螺母4和螺栓5組合安裝于凸起上。
[0020]優(yōu)選地，所述剛度桿包括第一組級(jí)直桿和第二組級(jí)第直桿；所述第一組級(jí)直桿的一端固定安裝在第一水平支架上，另一端固定安裝于質(zhì)量環(huán)上；所述第二組級(jí)直桿的一端固定安裝在第二水平支架上，另一端固定安裝在質(zhì)量換上。
[0021]優(yōu)選地，所述第一組級(jí)直桿包括兩根直桿，所述直桿均垂直于第一水平支撐架，并以垂直于第一水平支架徑向方向的中心軸為對(duì)稱軸固定安裝在第一水平支架上表面；所述第二組級(jí)直桿包括兩根直桿，所述直桿均垂直于第二水平支撐架，并以垂直于第二水平支架徑向方向的中心軸為對(duì)稱軸固定安裝在第二水平支架上表面。
[0022]優(yōu)選地，所述第一組級(jí)直桿和第二組級(jí)直桿均采用金屬材料?？紤]到設(shè)備和減震裝置之間可能存在的影響，金屬桿優(yōu)先選用電阻小的材料，如銅等。
[0023]優(yōu)選地，所述質(zhì)量環(huán)的質(zhì)量比范圍為1% _100%，并不需要限于傳統(tǒng)意義上的5%以內(nèi)，考慮到本類設(shè)備的特點(diǎn)，可以根據(jù)減震需求來調(diào)整質(zhì)量環(huán)的質(zhì)量。其中，質(zhì)量比為減震裝置與安裝該減震裝置的瓷柱型電氣設(shè)備質(zhì)量之比。
[0024]本發(fā)明有益效果:
[0025](1)、冗余質(zhì)量非常小，有效質(zhì)量比(質(zhì)量環(huán)質(zhì)量與整個(gè)減震裝置的質(zhì)量比)在95%以上，遠(yuǎn)高于同類減震裝置。和同類減震裝置相比，極低的冗余質(zhì)量比在增加本發(fā)明減震效果的同時(shí)可以增加減震的穩(wěn)定性。
[0026](2)、在計(jì)算出本發(fā)明所需控制的頻率后，本發(fā)明可以在不改變控制頻率的前提下，通過同時(shí)調(diào)節(jié)桿長(zhǎng)和直徑來增加質(zhì)量環(huán)的安裝高度，將其安裝在控制振型變形量更大的位置，這對(duì)減震效果的影響非常明顯。這是傳統(tǒng)裝置不能實(shí)現(xiàn)的。
[0027](3)、質(zhì)量環(huán)的質(zhì)量比不限于傳統(tǒng)意義上的5 %以內(nèi)，可以增加至100 %，大質(zhì)量比在增加減震幅度方面效果顯著，同時(shí)，大質(zhì)量比可以增加減震效果對(duì)不同地震動(dòng)的穩(wěn)定性。
[0028](4)、得益于大質(zhì)量比和低冗余質(zhì)量，本發(fā)明具有良好的魯棒性，這體現(xiàn)在兩個(gè)方面:本發(fā)明對(duì)于不同類型的地震動(dòng)均可以實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定的減震效果；當(dāng)減震裝置控制頻率與理論值偏差較大時(shí)，減震效果仍然能保持穩(wěn)定。
[0029](5)、和彈簧相比，金屬直桿具有更穩(wěn)定的制作工藝，較小的非線性；另外，金屬直桿可以通過調(diào)整桿件長(zhǎng)度來實(shí)現(xiàn)對(duì)不同頻率的連續(xù)控制，而傳統(tǒng)的同類減震裝置需要更換不同型號(hào)的彈簧。
[0030]出)、本發(fā)明對(duì)強(qiáng)震具有相當(dāng)?shù)陌踩６?，輸入的地震?dòng)加速度峰值在0.2 5 g、
0.50g和1.0g時(shí)，本發(fā)明的減震效果基本保持穩(wěn)定。
[0031](7)、減震效果明顯，以某llOkV的電流互感器為例(質(zhì)量420kg，一階自振頻率為8Hz)，占設(shè)備質(zhì)量6% (25kg)的本發(fā)明可以平均降低峰值位移和峰值加速度至無控時(shí)的50%。
[0032](8)、對(duì)空間要求小、對(duì)設(shè)備的干擾小、基本不存在老化問題。
【附圖說明】
[0033]圖1為本發(fā)明所述減震裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0034]圖2為本發(fā)明所述減震裝置的側(cè)視圖；
[0035]圖3為本發(fā)明所述質(zhì)量環(huán)俯視圖；
[0036]圖4為本發(fā)明所述支撐裝置主視圖；
[0037]圖5為本發(fā)明所