三向多重環(huán)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]本實(shí)用新型涉及一種減震裝置，具體涉及一種三向多重環(huán)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。高聳瓷柱型電氣設(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(lái)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(lái)越高聳和細(xì)柔，頂部質(zhì)量越來(lái)越大，對(duì)其抗震性能的要求更高。國(guó)內(nèi)外的歷次強(qiáng)震中高聳瓷柱型電氣設(shè)備震害均非常嚴(yán)重，確保高聳瓷柱型電氣設(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]高聳瓷柱型電氣設(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(wèn)題，國(guó)內(nèi)外很多學(xué)者采取了不同的措施來(lái)提高其抗震性能。有的通過(guò)拉線加固等措施來(lái)提高側(cè)向剛度，有的在下部支架處設(shè)置金屬阻尼器來(lái)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)高聳瓷柱型電氣設(shè)備的震害特點(diǎn)，降低地震動(dòng)作用下高聳瓷柱型電氣設(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(kāi)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)整到與所控制的高聳瓷柱型電氣設(shè)備自振頻率相近的合適值(精確值可以通過(guò)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(lái)看，給TMD設(shè)定阻尼，通過(guò)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]現(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。
[0007](I)拉線式減震方法:本方法為靜力加固法。通過(guò)增加多余約束來(lái)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(guò)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(guò)改變?cè)O(shè)備支撐條件，延長(zhǎng)設(shè)備的自振周期，避開(kāi)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(guò)增加鉛芯等措施來(lái)耗散能量。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)高聳瓷柱型電氣設(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、避雷器等高聳瓷柱型電氣設(shè)備的減震。
[0010](4)摩擦擺系統(tǒng)減震方法:通過(guò)改變?cè)O(shè)備支撐條件，延長(zhǎng)設(shè)備的自振周期，避開(kāi)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(guò)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(wèn)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(kāi)關(guān)、快速或慢速接地開(kāi)關(guān)、電流互感器、避雷器、母線等元件通過(guò)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(lái)越多。但GIS前期投資大，是分散式元件投資的30-40倍；且GIS組合電器一旦發(fā)生故障，后果要比敞開(kāi)式變電站嚴(yán)重得多，一個(gè)元件的故障可能是整套設(shè)備失效或損毀。而且GIS的檢修時(shí)間也比常規(guī)設(shè)備要長(zhǎng)的多。
【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0012]本實(shí)用新型的目的是為了解決現(xiàn)有技術(shù)減輕瓷柱型電氣設(shè)備在地震動(dòng)作用下的震害時(shí)位移響應(yīng)大、安裝維護(hù)不便，在控制設(shè)備地震位移響應(yīng)和方便安裝的前提下減少高聳瓷柱型電氣設(shè)備震害效果差的問(wèn)題。
[0013]本實(shí)用新型的技術(shù)方案是:三向多重環(huán)式調(diào)諧質(zhì)量阻尼器減震裝置，包括兩個(gè)半環(huán)體，兩個(gè)半環(huán)體對(duì)接成一個(gè)圓環(huán)體，每個(gè)半環(huán)體包括固定支撐裝置、滑動(dòng)支撐裝置、質(zhì)量裝置和剛度裝置，所述固定支撐裝置和滑動(dòng)支撐裝置均為三面閉合一面敞口的環(huán)式空腔結(jié)構(gòu)，所述滑動(dòng)支撐裝置同心安裝在固定支撐裝置的空腔內(nèi)，質(zhì)量裝置圍合在滑動(dòng)支撐裝置的敞口面，剛度裝置設(shè)在滑動(dòng)支撐裝置與質(zhì)量裝置構(gòu)成的密閉空腔內(nèi)和滑動(dòng)支撐裝置下端與固定支撐裝置內(nèi)壁之間的縫隙中。
[0014]所述固定支撐裝置包括上限位板、下限位板、固定環(huán)板和若干三角支撐件，所述上限位板和下限位板通過(guò)固定環(huán)板建立連接，三角支撐件環(huán)形陣列安裝于下限位板的下端。
[0015]所述下限位板的邊緣處設(shè)有第一螺栓板和若干螺栓，兩個(gè)半環(huán)體的固定支撐裝置通過(guò)第一螺栓板上的螺栓建立連接形成圓環(huán)體固定支撐裝置。
[0016]所述滑動(dòng)支撐裝置包括上滑動(dòng)限位板、下滑動(dòng)限位板、中滑動(dòng)限位板和滑動(dòng)環(huán)板，所述上滑動(dòng)限位板、中滑動(dòng)限位板和下滑動(dòng)限位板通過(guò)滑動(dòng)環(huán)板建立連接，所述滑動(dòng)環(huán)板貼附于固定環(huán)板外壁處，滑動(dòng)支撐裝置在豎向地震動(dòng)的作用下與固定支撐裝置之間發(fā)生豎向相對(duì)運(yùn)動(dòng)，通過(guò)固定環(huán)板與滑動(dòng)環(huán)板之間的摩擦耗散能量。
[0017]所述上滑動(dòng)限位板的邊緣處設(shè)有第二螺栓板和若干螺栓，兩個(gè)半環(huán)體的滑動(dòng)支撐裝置通過(guò)第二螺栓板上的螺栓建立連接。
[0018]所述質(zhì)量裝置為若干半環(huán)式質(zhì)量塊，所述環(huán)式質(zhì)量塊的一端設(shè)有榫卯，另一端設(shè)有榫頭，兩個(gè)半環(huán)體的半環(huán)式質(zhì)量塊通過(guò)榫接方式建立連接形成質(zhì)量環(huán)，所述質(zhì)量環(huán)圍合在上滑動(dòng)限位板與中滑動(dòng)限位板之間和中滑動(dòng)限位板和下滑動(dòng)限位板之間。多重環(huán)式調(diào)諧質(zhì)量阻尼器工作時(shí)，質(zhì)量環(huán)與限位板之間發(fā)生相對(duì)滑動(dòng)，摩擦耗散能量。根據(jù)理論計(jì)算得到的設(shè)計(jì)摩擦系數(shù)值確定摩擦接觸面的材料和表面粗糙程度。
[0019]所述剛度裝置包括橡膠圈和兩個(gè)環(huán)狀彈簧，所述環(huán)狀彈簧分別設(shè)在上滑動(dòng)限位板、中滑動(dòng)限位板、滑動(dòng)環(huán)板和質(zhì)量環(huán)所圍合的空腔內(nèi)，所述橡膠圈安裝在下限位板與下滑動(dòng)限位板之間，每一質(zhì)量環(huán)與對(duì)應(yīng)的環(huán)狀彈簧為一組調(diào)諧質(zhì)量阻尼器，分別控制不同振型，所述質(zhì)量環(huán)通過(guò)擠壓環(huán)狀彈簧給支撐裝置施加與設(shè)備水平振動(dòng)加速度方向相反的力，滑動(dòng)支撐裝置擠壓橡膠圈給支撐裝置施加與設(shè)備豎向振動(dòng)加速度方向相反的力，達(dá)到效抑制該頻率分量的振動(dòng)的目的，地震動(dòng)的主要頻率成分在1-1OHz之間，有一定的頻帶寬度，與此同時(shí)，設(shè)備的振動(dòng)是多階振型耦合的結(jié)果，因此實(shí)用新型采用了多重TMD，每個(gè)質(zhì)量環(huán)和對(duì)應(yīng)的彈簧相當(dāng)于一個(gè)獨(dú)立的TMD控制設(shè)備的某一頻帶范圍，多重TMD共同作用以實(shí)現(xiàn)對(duì)更寬頻帶范圍的控制，多重TMD的運(yùn)用降低了減震效果對(duì)地震動(dòng)的頻譜差異的敏感程度，增加了減震的穩(wěn)定性。
[0020]所述三向多重環(huán)式調(diào)諧質(zhì)量阻尼器減震裝置包括耗能裝置，耗能裝置包括若干環(huán)形摩擦墊板，環(huán)形墊板分別安裝在半環(huán)式質(zhì)量塊與上滑動(dòng)限位板之間、半環(huán)式質(zhì)量塊與中滑動(dòng)限位板之間和半環(huán)式質(zhì)量塊與下滑動(dòng)限位板之間，多重環(huán)式調(diào)諧質(zhì)量阻尼器工作時(shí)，兩個(gè)質(zhì)量環(huán)由于慣性與支撐裝置發(fā)生水平相對(duì)運(yùn)動(dòng)，進(jìn)而帶動(dòng)半圓環(huán)摩擦墊板與下滑動(dòng)限位板、中滑動(dòng)限位板、上滑動(dòng)限位板之間相對(duì)運(yùn)動(dòng)，通過(guò)摩擦耗散能量。
[0021]所述三向多重環(huán)式調(diào)諧質(zhì)量阻尼器減震裝置包括遮塵裝置，遮塵裝置為遮塵罩，降低裝置在使用過(guò)程中雨、雪、灰塵等對(duì)裝置減震的不利影響。
[0022]本實(shí)用新型與現(xiàn)有技術(shù)相比具有以下效果:本實(shí)用新型的三向代表其可以實(shí)現(xiàn)設(shè)備X、Y和Z方向動(dòng)力響應(yīng)的減震，多重表示本裝置有至少包括兩個(gè)用于調(diào)諧的質(zhì)量體，環(huán)式指的是裝置的形狀特征以及安裝形式。本質(zhì)仍然是調(diào)諧質(zhì)量阻尼器的工作原理。本實(shí)用新型的裝置減震幅度大，減震效果穩(wěn)定，對(duì)空間要求小，基本不存在老化問(wèn)題。有限元模擬結(jié)果表明:采用本方法后平均峰值位移減震比為50%，平均峰值加速度減震比在40%左右；三重調(diào)諧質(zhì)量阻尼器的減震穩(wěn)定性也非常出色，對(duì)于根據(jù)各種類型場(chǎng)地設(shè)計(jì)反應(yīng)譜選取的人工地震動(dòng)以及天然地震動(dòng)均有穩(wěn)定的減震效果。和拉線加固方法相比，對(duì)空間要求小，不會(huì)形成新的薄弱部位；和鉛合金阻尼減震方法相比，對(duì)于不同類型地震動(dòng)表出現(xiàn)的穩(wěn)定性更好；另外，不同于基礎(chǔ)隔震犧牲隔震支座上部設(shè)備的絕對(duì)位移來(lái)降低設(shè)備的峰值加速度、絕緣子根部和法蘭接合處的峰值應(yīng)力，本方法可以同時(shí)實(shí)現(xiàn)對(duì)峰值加速度和峰值位移的降低，實(shí)現(xiàn)了降低高聳瓷柱型電氣設(shè)備震害的目標(biāo)，并且適用的高聳瓷柱型電氣設(shè)備類型也更廣泛。
【附圖說(shuō)明】
[0023]圖1是本實(shí)用新型裝置半體結(jié)構(gòu)示意圖；
[0024]圖2是圖1中A部分的放大視圖；
[0025]圖3是本實(shí)用新型的裝置帶遮塵罩的示意圖；
[0026]圖4是本實(shí)用新型的裝置不帶遮塵罩的結(jié)構(gòu)主視圖；
[0027]圖5是圖4中C部分的放大