阅读说明：本技术 一种惯性放大式输电线减振阻尼索 (Inertia amplification type transmission line vibration damping cable ) 是由 禹见达 彭文林 谢献忠 孙洪鑫 彭剑 王修勇 禹蒲阳 于 2019-10-31 设计创作，主要内容包括：本发明公开一种惯性放大式输电线减振阻尼索。本发明惯性放大式输电线减振阻尼索,输电线悬挂于输电塔之间；阻尼索斜向连接输电线与输电塔,阻尼索上端与输电线的连接处加装质量块,阻尼索下端绕过定滑轮后与减振装置上端连接,定滑轮和减振装置上下依次安装于输电塔上；输电塔左、右两侧的两根输电线在同高度的阻尼索上端通过横向连杆连接,横向连杆两端同时与输电塔左、右两侧的减振装置交叉连接有阻尼索。本发明能减小输电线的振动,消除输电线的动力荷载。(The invention discloses an inertia amplification type transmission line vibration damping cable. The invention discloses an inertia amplification type transmission line vibration damping cable, wherein a transmission line is suspended between transmission towers; the damping cable is obliquely connected with the power transmission line and the power transmission tower, a mass block is additionally arranged at the joint of the upper end of the damping cable and the power transmission line, the lower end of the damping cable is connected with the upper end of the vibration damper after passing around the fixed pulley, and the fixed pulley and the vibration damper are sequentially arranged on the power transmission tower from top to bottom; the two power transmission lines on the left side and the right side of the power transmission tower are connected at the upper ends of the damping cables at the same height through the transverse connecting rod, and the two ends of the transverse connecting rod are simultaneously in cross connection with the damping devices on the left side and the right side of the power transmission tower through the damping cables. The invention can reduce the vibration of the transmission line and eliminate the power load of the transmission line.)

一种惯性放大式输电线减振阻尼索

技术领域

本发明属于输电塔线减振技术领域，具体涉及一种惯性放大式输电线减振阻尼索。

背景技术

输电塔线体系是一种应用广泛的高柔大跨结构，是一项重要的生命线工程。在风力等外因素下，输电线产生振动，这些振动带来的危害是多方面的，轻者发生闪络、跳闸，重者使绝缘子损坏，导线断线，杆塔螺栓松动、脱落甚至倒塔。

根据频率和振幅的不同，输电线的振动大致可分为3种：高频微幅的微风振动、中频中幅的次档距振动和低频大幅度的舞动。

(1)微风振动：微分振动是在风速为0.5～10m/s的均匀风垂直吹向导线时，在导线背风面形成稳定的涡流。由于周期性涡流升力分量的作用，使导线发生振动。

(2)舞动：当风速为5～15m/s左右的风力作用在非对称外形的导线上，最常见的情况是作用在覆冰厚度不对称的导线上时，由于风力作用角度的变化产生的脉动风力，破坏了导线的静力平衡，而形成大幅度舞动；其特点是振动大、频率低、持续时间长(振幅在10m以下、频率为0.1～1Hz)；振动的持续时间可达数十小时之久，常造成多地大面积断线、倒塔。

(3)次档距振动：次档距振荡是指发生在***导线相邻两间隔棒之间的档距中的一种振荡；由于该振动的频率很低，故一般称为“振荡”；次档距振荡在线路中较少出现，通常在风速为5～15m/s的风力作用下，由于迎风导线产生的紊流，影响到背风导线而产生气流的扰动，破坏了导线的平衡而形成振荡；它的表现形式，常常是各子导线不同期的摆动，周期性的分开和聚拢，导线在空间的运动轨迹呈椭圆形；次档距振荡的振幅与次档距长度、风速大小和***导线的结构形式有关，一般次档距振荡的振幅从相当于导线直径到0.5m，频率为1～3Hz。

现有输电线减振的主要措施包括：防震锤、阻尼线，或二者的组合。

(1)防震锤：在导线上悬挂的小锤，叫做防振锤，如图1所示，它是一种调谐质量阻尼器(TMD)；为了防止和减轻导线的振动，一般在悬挂导线线夹的附近安装一定数量的防振锤；当导线发生振动时，防振锤也上下运动，产生一个与导线振动不同步甚至相反的作用力，可减少导线的振幅，甚至能消除导线的振动；图1中，1表示输电线，2表示弹性梁，3表示质量块。

TMD减振原理如图2所示，图2中，m为质量块的质量，k为弹簧刚度，c为阻尼器阻尼，M为主结构的质量，k1为主结构刚度，c1为主结构阻尼，F为结构所受到的风、流体等激励荷载的动力部分，F₀为外激励的幅值，ω为外激励的频率，t为时间。

当结构发生振动时，利用共振原理，即TMD的固有频率与结构固有频率一致，使TMD发生振动，同时利用TMD的惯性力平衡外加激励，从而抑制结构的振动。

防震锤能有效地防止微风振动，但是由于调谐质量阻尼器(TMD)自身的特点，调谐减振一直存在制振频率窄、难以对结构多频同时抑制的问题，并且随着结构基频不断下降，调谐减振的效果也随之降低，因此对于低频率高振幅的舞动，调谐质量阻尼器不能起到很好的效果。

(2)阻尼线：采用不同长度和垂度的阻尼线，通过线夹与导线相连，通过导线的摆动减小输电线的振动，其结构如图3所示，其减振原理同TMD。图3中，1表示输电线，4表示线夹，11表示阻尼线。

无论是防震锤，还是阻尼索，都是基于TMD的减振原理，易受结构振动频率影响；并且利用本身的材料阻尼耗能，耗能效果较差。因此，在安装这些减振设备后，现有输电线仍经常发生因振动而导致的各种事故，造成国家财产的重大损失。

发明内容

本发明的目的在于为减小输电线的振动，消除输电线的动力荷载，而提供一种惯性放大式输电线减振阻尼索。

本发明的上述目的是通过如下的技术方案来实现的：该惯性放大式输电线减振阻尼索，输电线悬挂于输电塔之间；阻尼索斜向连接输电线与输电塔，阻尼索上端与输电线的连接处加装质量块，阻尼索下端绕过定滑轮后与减振装置上端连接，定滑轮和减振装置上下依次安装于输电塔上；输电塔左、右两侧的两根输电线在同高度的阻尼索上端通过横向连杆连接，横向连杆两端同时与输电塔左、右两侧的减振装置交叉连接有阻尼索。

具体的，所述减振装置包括上横梁、下横梁，上横梁与下横梁之间连接有复位弹簧和阻尼器，其中，下横梁固接于输电塔上。

具体的，所述阻尼索采用绝缘子或其它绝缘材料处理，并满足电气要求；所述连杆满足电气绝缘要求。

本发明惯性放大式输电线减振阻尼索的减振原理是：当输电线发生横向振动时，为方便讨论，以输电线上下振动来描述阻尼索减振原理。振动使得输电线的形状呈现出正弦波的形式，随风速的改变，正弦波的个数及振动频率发生改变；输电线振动时正弦波的振型使得其靠近两端输电塔位置处振幅小，而离输电塔较远的位置则振幅较大；阻尼索上端连接输电线，下端连接减振装置，减振装置中被拉伸的复位弹簧为阻尼索提供预张力，并尽量将阻尼索拉伸成直线；当阻尼索上端随输电线向上运动时，阻尼器被拉伸，为输电线提供向下的阻尼力；当阻尼索上端随输电线向下运动时，在耗能装置中复位弹簧作用下，阻尼器被压缩，为输电线提供向上的阻尼力；阻尼力方向总与输电线运动方向相反，消耗输电线振动机械能，从而抑制输电线的振动。阻尼索上端的输电线上安装的质量块、连杆等可以改变输电线的振型，在最大振幅相同的情况下，附加质量显著增大输电线与阻尼索连接处的振幅，加大阻尼器行程，显著提高阻尼索对输电线的减振效果。

对于输电塔两侧有多根输电线的情况，采用绝缘子对输电线沿阻尼索轴向、竖向进行连接后，减振原理与前述相同。

本发明相对于现有减振体系的优点体现如下：

(1)与防震锤、阻尼线相比，本发明的阻尼索可以利用各种阻尼器耗能，耗能效果好。

(2)与防震锤、阻尼线相比，本发明阻尼索的减振效果不受输电线频率改变的影响，可以同时抑制输电线所有频率的振动。

(3)惯性质量的增加可以改变输电线振型，显著增大阻尼索的减振效果。

(4)与现有阻尼器减振相比，阻尼索的跨度大，可利用输电线远离输电塔处较大的振幅驱动阻尼器减振。

附图说明

图1是现有技术中防震锤的结构示意图。

图2是TMD减振原理图。

图3是现有技术中阻尼线的结构示意图。

图4是本发明实施例的应用结构示意图。

图5是图4中Ⅰ处的放大图。

图6是图4中A-A视图。

图7是本发明实施例有无附加质量块时的对比振动衰减的时间-位移曲线图。

图8是将直线阻尼索结构改为折线型位移放大结构再利用本发明的减振装置的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的说明。如无特别说明，附图中相同的数字标注表示相同或相似的部件或元素。

参见图4至图6，本实施例的惯性放大式输电线减振阻尼索，输电线1悬挂于输电塔6之间。阻尼索5斜向连接输电线1与输电塔6，阻尼索5的上端与输电线1的连接处加装质量块3，阻尼索5的下端绕过定滑轮7后与减振装置8的上端连接，定滑轮7和减振装置8上下依次安装于输电塔6上；从图6可见中，输电塔6左、右两侧的两根输电线在同高度的阻尼索5上端通过横向连杆9连接，横向连杆9两端同时与输电塔6左、右两侧的减振装置8交叉连接有阻尼索5。参见图5，减振装置8包括上横梁801、下横梁802，上横梁801与下横梁802之间连接有复位弹簧803和阻尼器804，其中，下横梁802固接于输电塔6上。其中，阻尼索采用绝缘子或其它绝缘材料处理，并满足电气要求；连杆也需要满足电气绝缘要求。

下面是一个应用对比实验：

采用直径10mm钢丝绳两端固连支座张拉模拟一根输电线，跨度13m，应用本发明上述的阻尼索、定滑轮和减振装置(采用阻尼器)，一个实验中采用阻尼索上端加装质量块(有附加质量)，另一个实验中阻尼索不加装质量块(无附加质量)，采用共振激励，使输电线发生大幅振动，当外加激励撤除后，输电线发生自由振动，根据振动衰减的时间-位移曲线，判断减振效果的优劣。图7中，无附加质量时，输电线衰减较慢；在其它参数保持不变的情况下，仅增加附加质量，可以看到输电线振动的衰减速度明显加快。

本发明的创新点体现如下：

(1)在输电线与输电塔间连接阻尼索，被预张拉的复位弹簧使阻尼索总处于张紧状态，输电线的振动改变阻尼索的长度，从而驱动阻尼器耗能。

(2)质量块的增加可以改变输电线振型，在同样输电线最大振幅的前提下，显著增大阻尼索上端的振幅，提高阻尼索的减振效果。

(3)采用阻尼器耗能，只有输电线存在振动，阻尼器就能耗能，与现有基于调谐减振的减振措施有本质区别，本发明不受振动频率的影响。

(4)本发明不但可对单根输电线减振，同样可对多根输电线同时减振。

(5)与现有阻尼器减振方式相比，不需要支撑柱，而且跨度远大于现有支撑柱结构，因而减振效果更好。

本发明除上述实施例的实施方式之外，还可以有别的类似的方式或等同的变换，例如：

(1)本发明的减振原理同样可应用于索网结构，以及其它大跨、高耸结构的减振。

(2)将直线阻尼索结构改为折线型位移放大结构再利用本发明的减振装置耗能，如图8所示，或增加杠杆原理放大、链条传动放大、齿轮传动放大等装置的阻尼索；图8中，10表示位移放大装置。

(3)增加辅助措施减小阻尼索的垂度，提高减振效果。

(4)将减振装置的复位弹簧改为重力式复位。

(5)阻尼索的下端从输电塔上改为地面或其它相对于地面静止的结构或物体上。

(6)阻尼器采用其它的形式，或增加惯容质量等。

因此，在本发明的基本构思下，其它等同技术特征的变换，均应属于本发明的保护范围。