Амортизатор Stockbridge - Stockbridge damper

А Амортизатор Stockbridge это настроенный массовый демпфер используется для подавления вызванных ветром вибраций на тонких конструкциях, таких как воздушные линии электропередачи,[1] длинные консольные вывески[2] и вантовые мосты. В гантель -образное устройство состоит из двух масс на концах короткого отрезка кабеля или гибкого стержня, который зажат в середине с основным кабелем. Демпфер предназначен для рассеивания энергии колебаний в основном кабеле до приемлемого уровня.[3]

Пример фотографии амортизаторов Stockbridge, подвешенных под высоковольтными проводами.
Амортизаторы Stockbridge на высоковольтных линиях электропередачи

Колебания, вызванные ветром

Ветер может создавать три основных режима колебаний в подвешенных кабелях:[4]

  • Галопом имеет амплитуду, измеряемую в метрах, и диапазон частот от 0,08 до 3 Гц.
  • Эоловые вибрации (иногда называемый трепетать ) имеет амплитуду от миллиметров до сантиметров и частоту от 3 до 150 Гц.
  • Будить -индуцированная вибрация имеет амплитуду сантиметров и частоту от 0,15 до 10 Гц

Амортизатор Stockbridge предотвращает колебания из-за эоловой вибрации; он менее эффективен вне этого диапазона амплитуды и частот. Эоловые колебания возникают в вертикальной плоскости и вызываются чередованием сброс вихрей с подветренной стороны кабеля. Устойчивый, но умеренный ветер может вызвать стоячая волна узор на линии, состоящей из нескольких длин волн на пролёт.[4] Эолова вибрация причиняет вред стрессовая усталость к кабелю[5] и представляет собой основную причину выхода из строя жил проводника.[4] Концы участка линии электропередачи, где он прикреплен к башни передачи, подвержены наибольшему риску.[5] Эффект становится более выраженным при увеличении натяжения кабеля,[5] как это естественно самозатухающий уменьшен.

Описание

Оригинальный дизайн бетонных блоков Стокбриджа

Амортизатор Стокбриджа был изобретен в 1920-х годах Джорджем Стокбриджем, инженером компании Южная Калифорния Эдисон. Стокбридж получил патент США 1675391 3 июля 1928 года на «гаситель колебаний».[6] В его патенте описаны три средства гашения колебаний лески: мешок с металлическими перфорациями, привязанный к леске; короткий отрезок кабеля, зажатый параллельно основному кабелю; и короткий (30 дюймов, 75 см) кабель с бетонной массой, закрепленной на каждом конце.[6] Это последнее устройство превратилось в широко используемый демпфер Стокбриджа.

Вибрации в основном тросе передавались вниз через зажим в более короткий демпферный трос, или «мессенджер». Это приведет к изгибу и колебанию симметрично расположенных бетонных блоков на концах. Тщательный выбор массы блоков, а также жесткости и длины демпферного троса должен соответствовать механическое сопротивление демпфера на линию, и значительно ослабить колебания основного кабеля. Поскольку демпферы Stockbridge были экономичными, эффективными и простыми в установке, они стали регулярно использоваться на воздушных линиях.[5] Live-line рабочая с помощью горячая палка Инструменты означали, что можно было дооснастить демпферы трубопроводов под напряжением.[7]

Современный дизайн

Современный дизайн с металлическими грузами

В современных конструкциях используются металлические гири в форме колокола, а не бетонные блоки Стокбриджа. Колпак является полым, и демпферный трос закреплен внутри на дистальном конце, что обеспечивает относительное движение троса и демпфирующих грузов.[7] Чтобы обеспечить большую свободу движения, грузы могут быть частично прорезаны в вертикальной плоскости, позволяя кабелю выходить за пределы раструба. В некоторых более сложных конструкциях используются грузы с асимметричным распределением массы, что позволяет амортизатору колебаться в нескольких различных частотных режимах и диапазонах.[8][9]

Амортизаторы Dogbone на опорных тросах Севернский мост

Еще один современный дизайн - это Собачья кость изобретен Филип Дулханти в 1976 г.[сомнительный – обсуждать] называется так из-за своей конфигурации: большая металлическая сфера прикреплена к концу демпфера, а меньшая сфера выступает из него сбоку, напоминая собачью кость. Демпфер смещает веса вбок, чтобы предоставить третью степень свободы, скручивая трос демпфера, а также изгибая его вверх и вниз. В демпфирующем кабеле создавалось дополнительное трение внутри жилы, рассеивающее значительно больше энергии.[2][10][требуется проверка ]

Наиболее уязвимая часть кабеля - это место, где он зажат на конце изолирующая колонна, поэтому демпферы обычно устанавливаются в ближайшем противоузлы (точки максимального смещения) по обе стороны от зажима.[8] Таким образом, обычно имеется два демпфера на каждый пролет, хотя при необходимости на более длинных пролетах может быть установлено больше.[5][7]

Воздушные линии электропередачи образуют цепная связь для которых вибрация преимущественно в вертикальной плоскости. Когда ожидается более чем одна плоскость вибрации, амортизаторы Stockbridge могут быть установлены под прямым углом друг к другу. Это обычное явление, когда кабель проходит в вертикальной или негоризонтальной плоскости, например, в вантовые мосты или радиомачта растяжки.

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ Маркевич, М. (29 ноября 1995 г.), "Оптимальные динамические характеристики амортизаторов Stockbridge для тупиковых пролетов", Журнал звука и вибрации, 188 (2): 243–256, Bibcode:1995JSV ... 188..243M, Дои:10.1006 / jsvi.1995.0589
  2. ^ а б Руководство по установке, осмотру, техническому обслуживанию и ремонту несущих конструкций для дорожных знаков, светильников и дорожных сигналов, FHWA NHI 05-36, Министерство транспорта США, март 2005 г., получено 12 октября 2008
  3. ^ Кисслинг, Фридрих; Нефзгер, Питер; Ноласко, Жоао Ф .; Kaintzyk, Ульф (2003), Воздушные линии электропередачи, Springer, стр. 311–312, ISBN  3-540-00297-9
  4. ^ а б c Справочник по линиям передачи EPRI: Ветровое движение проводника, EPRI 1012317, 2008 г.
  5. ^ а б c d е МакКомб, Джон; Хей, Ф. (1966), Практика воздушной линии (3-е изд.), Macdonald, стр. 216–219.
  6. ^ а б Патент США 1675391
  7. ^ а б c Wadhwa, C.L. (2006), Электроэнергетические системы, New Age Publishers, стр. 169–170, ISBN  978-81-224-1773-9
  8. ^ а б Кисслинг, Фридрих (2001), Техника и испытания высокого напряжения, ИЭПП, с. 190–191, ISBN  0-85296-775-6
  9. ^ Лоусон, Том (2001), Аэродинамика здания, Imperial College Press, стр. 115, ISBN  1-86094-187-7
  10. ^ Данханти, Филипп (2009). Ни минуты покоя. Филип Дулханти. С. 280–282.

внешняя ссылка