防振设计

防振设计（共4篇）

防振设计 篇1

引言

近年来, 随着电力规模日渐扩大, 架空输电线路与日俱增, 电力输送容量、距离迅速增加, 线路运行安全受到了越来越多的关注。高压架空线路在运行过程中, 在雷电、雨雪影响下, 较易出现各类事故, 其中最为突出的就是微风振动, 其发生频次较高, 对输电线路运行构成极大损伤, 严重情况下还会影响电力高效输送。为了避免微风振动继续对架空输电线路产生危害, 加强对线路防振设计的研究至关重要。

1 微风振动形成机理

微风振动, 是指一种发生在架空导线、地线及光缆的涡流回流现象。该现象形成的基本原理是稳定的层流风垂直吹过圆柱形物体时, 对物体表面产生的影响, 使得物体背风侧产生气流旋涡和交替的冲击力, 从而形成正谐周期性运动, 图1是微风振动原理图。一般来说, 微风是指1~3级风, 当出现微风振动时, 将会产生卡尔曼和同步效应, 其中前者是风作用于导线后, 在导线背后产生的旋涡, 而后者是在卡尔曼效应基础之上, 导线振动频率、旋涡频率保持在某一频率后形成的现象。

2 微风振动主要影响因素分析

影响微风振动的因素很多, 我们通过对影响因素的分析, 能够为后续防振设计提供支持, 提高防振效果。

2.1 风速与风向

风作用于电线上, 在风能影响下, 势必会出现振动现象。一般来说, 风速较小时, 输入的能量无法克服线路系统的阻力, 使得线路振动风速具有限值, 限值为0.5 m/s。当风速较大时, 其均匀性增加到一定程度, 由于卡门旋涡稳定性受到了影响, 使得线路振动减弱, 甚至停止, 振动风速将达到上限, 通常为4 m/s~6 m/s[1]。如针对某线路在“百里风区”的300基杆塔发生断股情况, 多达40多处, 而两侧的500基杆塔则发生了250多处, 发生几率在6倍左右。此外, 风向也会引发微风振动现象。如当风向与电线轴线夹角在45°~90°之间时, 较易引发振动。而在30°~45°之前时, 较前一个角度更具稳定性, 在30°以内不会发生振动。

2.2 地形地物

上述因素是导致线路振动的必要条件。当线路通过开阔平原时, 其地面粗糙度较小, 不会对空气气流产生过多干扰, 使得线路能够维持稳定的振动。反之, 如果地面起伏交错, 或者存在高低建筑, 会在很大程度上增加地面粗糙度, 进而破坏了气流均匀性。

2.3 架空线结构及材料

现有高压架空线路多为圆形截面柱体, 气流在其背面形成卡门旋涡, 引发振动。如果架空线路的表面采用三股线制成的绞线, 将会破坏卡门旋涡的稳定频率。架空线路材料具有固定的疲劳极限, 如高强度钢丝, 其疲劳期限为破坏强度的28%, 而特高强度钢丝而24%, 因此选择合理的材料非常重要[2]。如我国以往架空输电线路主要采用的是铜芯铝绞线导线以及钢绞线、避雷线, 在实际应用中常常出现断股现象。

2.4 档距长度及悬挂高度

风对线路产生的能量及挡距成正比关系, 通常来说, 档距越大, 风能输入能量也越大。不仅如此, 档距的增加, 使得悬挂高度也随之增大, 从而影响振动风速范围。基于此, 架空线振动几率、频率等都会受到影响, 具体如表1。线路微风振动还会受到导向应力等其他因素的影响。

3 防范架空输电线路微风振动的设计

结合上述架空输电线路微风振动产生的因素, 防范微风振动的设计可以从以下几个方面入手:

3.1 防振技术

对于防振技术来说, 在路径选择时, 应避免线路方向与风向夹角较大的位置, 加大对风向的观察力度, 将夹角控制在30°以内。同时, 在微风振动较为严重的区域, 应尽量缩小档距、且避免使用高塔。根据线路架设地区具体情况, 选择符合该区域的线路, 合理协调耐振次数与线路疲劳极限之间的关系, 从而最大限度上延长线路运行寿命[3]。针对大跨径档距的设计, 架空输电线路一般会跨越江河、湖泊及海峡, 因此导线选型及杆塔的设计, 要充分考虑各方面的特殊性, 根据实际情况进行针对性设计, 如采用阻尼线、防振锤等进行联合防振设计, 将各类防振工具有机整合到一起, 以此来提升防振效果。阻尼线路并非一般工厂能够制造的产品, 而是根据线路设计条件及特点进行一项安装制造设计, 对于微风防振效果更佳。

3.2 安装在线监测设备

现代技术不断发展为架空输电线路微风振动监测提供了极大的支持。在线监测设备是由监测仪、气象观测等构成, 能够将采集的数据通过无线传感器传输到控制中心, 进行数字化处理和分析后预测线路可能受到的危害, 并为维护人员提供依据, 采取相应的防振措施, 从而避免线路微风振动现象的产生[4]。在具体安装过程中, 为了最大限度上提高设备运行有效性, 实现对振动现象的监测, 应结合振动发生机理、当地气候、线路等特点进行设计。如将设备安装在以往断股情况较为严重的位置, 加强对薄弱环节的监测力度, 从而提高线路运行有效性。

3.3 防振措施

在整个档距中, 无论是架空线路以何种波长、频率振动, 都会对两端固定点位置的线路造成的损伤最大。究其根本是线夹位置是一个节点, 其角度位移较其他位置更大。另外, 线夹转动灵活性较差, 基本是一个死点, 导致振动产生的大量能耗都停留在此处[5]。因此常用的防振措施是重视对线夹出口位置进行防振, 以此来缓解应力。此外, 还可以安装护线条, 以此来避免防止和减少振动的危害。由于护线条是采用高强度、弹性好的铝合金制作而成, 在实际应用中, 能够提高线夹转动灵活性, 改善线夹的振动性能。

4 结论

高压架空输电线路是电力系统运行的一部分, 其安全、可靠运行与供电服务质量等存在非常密切的联系。但随着电力规模日渐扩张, 输电线路运行受到了风雨、雷电等因素的影响, 极易出现微风振动现象, 影响电力系统稳定、有序运行。因此在架空输电线路设计中, 应重视对微风现象的防范, 加强对相关影响因素的分析, 坚持科学合理原则, 选择合适的防范措施, 如引入在线监测设备, 安装防线条等设施, 以此来缓解微风振动对线路产生的损害, 最大限度上提高架空线路运行可靠性, 从而促进我国电力产业持续健康发展。

参考文献

[1]周海滨, 董明, 余建国, 等.基于振动频谱机理的架空输电线路张力检测方法[J].华东电力, 2012 (3) :412-417.

[2]周海滨, 董明, 任重, 等.振动频谱法在架空输电线路张力检测中的应用[J].电网与清洁能源, 2012 (4) :12-18.

[3]蒲奥.探讨输电线路微风振动数据分析与工程应用[J].低碳世界, 2013 (12) :43-45.

[4]侯景鹏, 吴兴宏, 孙自堂.防振锤-输电线体系微风振动的研究与进展[J].合肥工业大学学报 (自然科学版) , 2011 (5) :743-747.

[5]叶宝文, 林海, 曹洪强.架空线路导线振动产生的原因及防治方法[J].电子世界, 2013 (22) :229.

防振锤移位防范措施的研究 篇2

关键词：防振锤,移位,磨损,防松螺栓,防松片

0引言

架空输电线路受到风力的影响,在导、地线的背风面会产生气流漩涡,其以一定频率对架空线路施加一个脉冲作用力。当脉冲作用力与架空线路自振频率接近时会发生共振,引起架空线路振动,从而使线路产生疲劳损伤,影响线路运行的安全性。在架空输电线路的导、地线上安装防振锤,能够有效降低由于导、地线振动而出现断线、断股事故的概率。

输电线路的防振锤在运行一段时间以后,一部分会向档距中间滑移,防振消能效果明显降低,且对导线造成磨损,危及导、地线的使用寿命,甚至会导致断线,引发大面积停电事故,2016年8月河北邯郸高铁电力线脱落便是一个例子。据初步统计,防振锤移位约占线路所有缺陷的60%,恢复防振锤位置是线路检修工作中比较常见的任务,也是导致线路停电的主要原因之一。本文对防振锤移位的原因进行了研究,并提出了减少防振锤移位缺陷的可行方案。

1防振锤防松的现状及问题

1.1防振锤防松的现状

目前防振锤主要通过螺栓紧固在导线上,在高空环境下长期风吹摆动,螺栓将慢慢松动,造成防振锤移位。因此,解决防振锤移位问题可从实现螺栓防松或设计其他紧固方式入手。

螺栓防松方面,国内主要采用三种方式:第一,摩擦防松,即增大接触面的摩擦系数,但未能做到确保不会松动;第二,永久防松,通常为使用厌氧胶粘连,这种方式不利于电路检修和维护;第三,机械防松,这种方式主要是使用开口销、止动垫片、带翅垫片等,可以获得足够的抵抗螺栓松动的作用力,不足之处在于螺栓紧固的方位受限,导致螺栓往往不能拧紧到额定紧固力矩或者超过紧固力矩。因此,目前主流螺栓防松技术都无法适用于防振锤。

而在采用其他紧固方式上,有人提出了预绞丝防松,即将防振锤通过预绞丝缠绕在导线上。这种方式的合理性还有待时间检验,且预绞丝无法像螺栓一样将导线与防振锤完全紧固在一起,有磨损导线的风险。

1.2存在的问题

通过振动实验(图1),可以观察到螺栓松动后防振锤对导线的影响。试验方法如下:拧松一个防振锤的螺栓,使用振动台不断晃动导线,30 h后,导线出现明显磨损,如图2所示。

因此,防振锤必须与导线牢牢紧固,否则其将在振动中不断蹭伤导线,进一步引发断线。

2新型机械防松螺栓在防振锤防松上的应用

本文设计了一种全新的机械防松螺栓,如图3所示。在螺杆上有两个凹槽,在螺母上设有防松片。将新型螺栓紧固后,螺母上的槽内齿卡入螺杆凹槽内。槽内齿使得螺栓与螺母无法径向错位导致松动,槽外齿使得防松片牢牢靠在螺母上不会掉落。在获得足够抵抗螺栓松动的作用力的同时,解决了螺栓紧固的方位受限的传统问题。该技术的关键之处在于,通过互质数排列组合,使得螺母处于任何位置都能卡入防松片。

新型机械防松螺栓应用方法为,待螺母拧紧后,找到防松片对应安装角度,使得螺杆的凹槽与防松套的内齿对齐,然后用专用工具卡入,使得防松螺栓套套住螺母。由于螺栓紧固已在防振锤领域有着数十年的应用历史,因此采用完善螺栓紧固这种方案相比预绞丝紧固等新兴技术手段,不用担心产生新的问题。这种新型机械防松螺栓使用方法简单,且便于施工人员携带。在对防振锤进行改造的项目中,只需用新型机械防松螺栓替代传统螺栓,而不需要将整个防振锤进行更换,从而大大降低了防振锤改造项目的成本。考虑到使用传统螺栓的防振锤数量众多,应用比较广泛,这种使用新型机械防松螺栓进行防振锤改造的方法也便于推广。

3结语

本文结合现有技术及实验结论,设计了一种全新机械防松螺栓,解决了机械防松的传统缺陷,能在线路上广泛应用。本文设计的新型机械防松螺栓可以为减少防振锤移位缺陷提供行之有效的工作方案。该方案能够大幅降低输电线路缺陷率,特别是需要停电维修的缺陷率,减少维修费用,延长导、地线的使用寿命,降低由于防振锤失效导致断线引发大面积停电的风险,有利于进一步推进输电线路免(微)维护,降低运维成本,打造更加坚强的输电网。

参考文献

[1]李兴德,郭靖琪,许多红,等.三峡地区500 kV架空地线防振锤滑移原因及防滑移改进方案[J].水电能源科学,2016,34(5):190-193.

[2]方权,张学锋,侯金华,等.500 kV架空线路地线防振锤滑移分析及结构改造[J].三峡大学学报(自然科学版),2014,36(6):47-50.

[3]康宏,俞伟勇,俞辉.降低架空输电线路防振锤滑移率的研究[J].浙江电力,2015,34(1):62-64.

[4]洪涛,王波.架空线路运行防振锤异常实例分析与治理[J].水电能源科学,2013,31(2):204-206.

谈橡胶坝坝袋振动原因及防振措施 篇3

1 橡胶坝坝袋振动的成因分析

由于橡胶坝是以质量较轻的坝袋来作为整个坝体的组成结构, 因而在投入实际的使用中, 坝袋是极易受到外力影响而出现振动的。并且橡胶坝的结构组成特殊性也决定了其振动的复杂性更为严重, 因此必须要根据振动产生的原因采取针对性措施来防止坝袋振动, 从而保证橡胶坝的正常安全运行。在此笔者将影响橡胶坝坝袋振动的因素总结为以下几种:

1.1 坝顶溢流量。

当坝顶溢流流量较小时, 虽然振动频率较高, 但由于其动能小, 水流脉动压力也小, 所以对坝袋振动影响小, 振幅低, 对橡胶坝不会产生很大威胁;随着溢流量的增加, 水流动能增大, 振动强度也增大。

1.2 下游水位。

下游水位很低时, 在坝下游产生远驱式水跃或者不形成水跃, 水流动能向下游传播, 对上游的坝袋影响小, 此时坝袋的振动主要是由水流过坝时水流脉动压力引起;当下游水位增加到某一数值时, 对坝袋振动的影响增大, 原因是紧靠坝下游处形成临界水跃, 水跃产生的脉动压力大, 且很容易影响坝袋的振动;当下游水位再增大时, 则上下游水位差小, 水流的动能也小, 振动强度也将逐步减小, 但是, 随着下游水位的降低, 振动频率减小, 对充水式单锚坝将有可能产生共振。

1.3 坝体跨度。

当坝高和坝顶溢流水深一定时, 坝袋跨度越大, 相应的振动强度就越大。这主要是由于坝袋内的水体在压力差的作用下产生流动, 当坝袋跨度较大时, 这股水流还没有流到头, 下一股水流又跟上来, 形成水波, 水波在压力差的作用下不断加强, 最后就会形成共振, 造成坝袋一起一落的起伏振动。

1.4 坝袋锚固和两岸连接形式。

采用双锚幽比单锚固抗振效果好。双锚固时在坝袋下游侧增加了约束, 水流过坝时坝袋振动较小, 下游尾水对坝袋顶托作用也影响不大, 减少了坝袋磨损破坏的威胁;而采用单锚形式时, 坝袋活动的自由度较大, 易发生拍打振动。坝袋与两岸或闸墩连接形式有斜墙和直墙式。斜墙连接时, 坝袋与两岸边墙锚固连接, 相应振动小一些;直墙连接一般采用堵头式结构, 自由度大一些, 相应振动严重一些。

1.5 充胀介质。

橡胶坝袋内的充胀介质可为气体、水和水气并用3种。同等规模的橡胶坝工程, 充气橡胶坝坝袋断面周长小于充水橡胶坝, 且空气密度要小于水的密度, 所以充气橡胶坝比充水橡胶坝更加轻柔。而充气橡胶坝为防止坝袋漏气, 一般采用单锚形式, 坝袋活动的自由度相对较大, 故在相同条件下, 充气橡胶坝比充水橡胶坝更易引起振动破坏。

1.6 坝袋安装不标准。

单跨橡胶坝袋重量一般在20t左右, 容易造成施工安装与设计不符, 一端比另一端过紧, 造成坝袋断面比另一端小, 坝顶高程也略低, 这样坝顶发生溢流时, 溢流水深不同造成坝顶所受压力也不同, 并且由于橡胶坝是属于一种柔性坝体, 当水流压力作用到坝袋上时, 坝袋两端所承受的水压并不是相同的, 而袋内的水体会随着压力的作用而反复晃动, 这就会引起坝袋的振动。

2 橡胶坝坝袋的防振措施

为了能够有效防止橡胶坝坝袋的振动, 避免因振动造成的次生危害, 保证坝体结构的稳定性与安全性。我们就需要在分析坝袋振动的成因基础上来研究坝袋的防振措施。笔者以自己的实践经验为依据, 通过仔细的研究分析, 得出了一些坝袋防振的方法建议, 具体措施方法如下:

2.1 工程设计方面

橡胶坝设计布置时应在不影响河道泄洪能力前提下, 基础底板比河床适当抬高, 尽可能使底板高程高于下游正常尾水位, 可形成低固定坝;坝后紧接陡坡, 水流过坝后急泄入消力池, 改善水流条件, 使坝袋不受下游尾水影响;基础底板及两侧端墙, 凡是与坝袋接触部分必须平整光滑, 以减轻坝袋的振动磨损。坝址应选择在过坝水流流态平顺及河床岸坡相对稳定的河段, 这不仅避免发生波状水跃和折冲水流, 防止有害的冲刷和淤积, 而且使过坝水流平顺, 以减轻坝袋的振动和磨损。针对不同形式的橡胶坝工程, 尽量采用使坝袋振动强度小的锚固型式。

2.2 工程施工方面

在橡胶坝的施工过程中, 楔块挤压锚固槽二期混凝土施工时, 槽口线和槽底线一定要直, 槽壁要求光滑平整, 楔块要在预制厂制作, 要求实心密实、表面光滑、精确度高;螺栓压板锚固要求螺栓准确定位, 垫板、压板制作精确, 不能出现翘板、变形、缺角和粗糙现象。在施工安装坝袋时, 要准确定位, 不要出现较大偏差, 尽可能符合设计要求, 误差在容许值范围之内。

2.3 工程管理方面

橡胶坝工程能否充分发挥其效益, 运行管理是关键。首先是控制坝顶的溢流量, 其次是调整下游水位, 若下游水位较低, 应尽可能提高到一半坝高以上运行, 这样振动危害性也就小得多。另外, 改变坝袋内的内水压力, 改变坝体自振频率, 使其避开水流脉动的主频率, 防止坝袋共振现象的发生。在汛期时, 应注意将坝袋坍平, 以利于排洪排沙和减轻坝袋振动磨损。

3 结论

综上所述, 橡胶坝是一种具有很多优良特性的水工建筑物形式, 但其存在的坝袋振动问题却是一个最大的难题, 严重影响了橡胶坝的推广与应用。为此, 加强对橡胶坝坝袋防振措施方法的研究成为了橡胶坝发展进程中的主要任务。本文中通过分析坝袋振动的原因, 分析了在设计、施工、管理等方面应当做出的防振措施方法。当然在实际的工程应用中, 坝袋的防振方法还有很多, 这就需要设计施工人员不断总结经验, 引进先进的技术施工管理, 提高橡胶坝坝袋的性能, 确保坝体的稳定运行。

参考文献

[1]陆吾华.橡胶坝[M].北京:中国农业科技出版社.[1]陆吾华.橡胶坝[M].北京:中国农业科技出版社.

基于塔器的风振与防振性应用研究 篇4

1 塔式容器的风振研究进展

风振是风工程最重要的组成部分之一, 风洞试验和数值模拟的主要研究手段。塔风引起的圆柱结构振动的绕流现象和气动分析, 国内外学者通过实验测量和数值模拟分析这些问题来进行大量的研究。对于圆柱绕流结构的关注, 可以追溯到第十五世纪, 当人们用绘画记录这一现象时, 由于学者对绕圆柱结构的各个方面都进行了研究和分析。在18世纪60年代, 在法国数学家和科学家Alembert流动现象进行观察, 提出了著名的达朗贝尔悖论:在非粘性浸渍不能在阻力的流体被压缩的圆柱结构为零。捷克学者Strouhal做弦振动探测实验发现只有钢丝直径和血流速度的振动频率是相关的。因此, 他对现象的深入研究, 由此他深入研究了该现象并第一个推导出了无量纲常数斯特罗哈数的数值。后来, 英国学者瑞利在St实验发现, 弦的振动的主要方向是垂直于风速方向的基础上, 。

2 实验方法与过程

2.1 不加扰流器

当实验过程不添加时, 测试程序是:检查低速风洞、调速装置和测量装置等。塔模型被放置在一个风洞中的一个预定的位置, 一个固定的基地, 和顶部的模型保持在一个密封的状态。加速度横风传感器对吸附在塔最顶端的位置, 传感器和风洞动态数据采集分析仪的另一端连接。计算机接通, 连接到动态数据采集分析仪器, 打开了数据分析软件。启动风洞, 速度控制装置, 预热2分钟。调整变频器, 控制风速到预设数。同时启动风机开放式风速智能仪表, 实时监控风速风速智能表, 当风速开始收集和记录振动数据。测量完成后, 控制风速为0, 关断转换器, 智能风速计, 测试软件, 动态数据采集分析仪器和计算机。拆下加速度计和塔模型, 从风洞中拆下塔模型。

2.2 声波干扰电流

声波扰动流的实验步骤如下:检查低速风洞、调速装置和测量装置的运行。塔模型被放置在一个风洞中的预定位置, 调整模型的塔壁开孔方向垂直于流动方向, 固定底座和顶部模型保持密封状态。加速度横风传感器对吸附在塔最顶端的位置, 传感器和风洞动态数据采集分析仪的另一端连接。计算机接通, 连接到动态数据采集分析仪器, 打开了数据分析软件。作为声源记录笔集为单循环播放状态播放的声信号测试, 并固定录音笔在正确的位置在塔内的模型, 密封试验不需要的声音孔和模型顶部。启动风洞, 速度控制装置, 预热2分钟。调整变频器, 控制风速到预设数。同时, 风机开始打开智能风速表, 并用智能风速计实时监控实时风速, 当风速稳定时, 采集并记录振动特性数据。测量完成后, 变频器, 控制风速为0。重复步骤改变声波扩压器的参数, 完成整个扰流测量过程。

3 结语

本文针对塔式风振振动在机械振动理论和圆柱涡激振动理论中的应用, 探讨了周期激励的扰流抗振机理, 设计了应用于正弦扰动流和脉冲射流干扰流装置结构。针对扩压器的设计, 通过风洞试验和数值模拟, 研究了扩压器参数对隔振效果的影响。通过理论分析、实验研究和流固耦合模拟计算, 得出以下主要结论:

首先, 扩压器的扰动抑制机理是扩压器的周期性激励影响塔周围的流动边界层, 从而导致边界层的早期分离。塔体周围的边界层流变化影响尾流涡态, 涡脱落频率降低, 并由一个单一的频率成各种频率的混合动力。涡脱落频率降低, 塔风引起的振动的振幅降低。

其次, 根据周期激励的扰动抑制机理, 设计了一种正弦型声波扩压器和一个脉冲气流射流扩压器。声波扩压器主要由声波发生器、功率放大器和扬声器组成。喷射器主要由ECU控制单元、注射装置和注射泵。安排正弦波扰动流装置或脉冲空气喷射扰流器后, 塔风引起的振动风洞试验和数值模拟结果表明, 塔周围的流动边界层分离提前, 塔壁压力差, 涡脱落的频率, 减少与风振振幅最大和平均平方根下降, 表明两个扰流器可以有效地防止风引起的振动塔。风洞试验和数值模拟分析相结合的方法, 对塔风振设计中的正弦扰动流和脉冲射流扰流装置的扰流器, 以及扰流器的抗振效果进行了研究。本研究结果为塔抗振利用扰流装置的设计与工程应用提供参考。本文可进行后续研究多频和多角度扰动流, 以获得最佳的干扰流装置的设计参数;扰流器工业化实验, 为工业应用提供了依据。

摘要：本文借鉴相关的塔器的扰流器设计理论研究成果, 同时结合工作实践中防振性的实验数据分析, 针对塔式风振振动机械振动理论, 本实验利用动态数据采集分析系统测定分析扰流器的防振效果, 以确定扰流器的最优参数。通过数值模拟风洞试验, 分析说明扩压器参数对隔振效果的影响。

关键词：塔器,扰流器,防振性

参考文献

[1]何国富, 姜颜宁, 杨青, 金微.石油化工框架式高塔结构动力响应分析[J].工业建筑.2015 (05) .