用于电气设备的非线性隔震装置的制作方法

本发明涉及电力系统技术领域，具体而言，涉及一种用于电气设备的非线性隔震装置。

背景技术：

目前，作为生命线工程的重要组成部分，电气设备的抗震能力越来越受到人们的重视。例如，作为变电站中关键设备的变压器，一旦发生破坏将导致相关线路的失效，进而影响整个输配电系统的正常运行。为了提高输配电系统的安全性，保障其在震中和震后的正常运行，进行变压器的抗震性能和减隔震技术的研究已经成为国内外地震工程研究的重要课题之一。变压器作为变电站运行的基础设备，在地震中可能产生变压器掉台、倾倒和移位并拉坏顶部的瓷套管、撞坏散热器和潜油泵等附件、套管的弹簧压紧密封失效、变压器内部局部放电与环流等故障。

隔震，是通过某种隔离装置将地震动与变压器隔开，以达到减小变压器振动的目的。隔震装置中，目前在电气设备中使用最多的是叠层橡胶隔震支座。现有叠层橡胶隔震支座一般是由上下连接板、以及由夹层板和橡胶胶片相互交错叠置组成的隔震层构成。地震波的卓越频率一般介于1-10Hz，对于这种低频激励，隔震装置的固有频率必须非常小才能起到隔震作用，这就要求隔震装置的刚度非常小。橡胶隔震支座本身具备一定的刚度，其固有频率在地震波的频率范围内，易与地震波发生共振而使隔震效果较差，而该非线性隔震装置是基于准零刚度原理设计而成的，其能很好的降低系统的固有频率，更好的避免共振的发生，从而达到较好的隔震效果。

技术实现要素：

鉴于此，本发明提出了一种用于电气设备的隔震装置，旨在解决现有隔震装置不能从多个方向对变压器进行隔震的问题。

一个方面，本发明提出了一种用于电气设备的非线性隔震装置，该隔震装置包括:第一框体、置于所述第一框体内的第二框体、第一弹性连接件和第二弹性连接件；其中，所述第二框体与所述第一框体沿第一方向可滑动地连接；所述电气设备与所述第二框体沿第二方向可滑动地连接，并且，所述第二方向与所述第一方向呈预设角度；所述第一弹性连接件置于所述第一框体和所述第二框体之间，且两端分别与所述第一框体和所述第二框体相连接；所述第一弹性连接件用于约束所述第二框体沿所述第一方向的位移；所述第二弹性连接件置于所述第二框体内且两端分别与所述第二框体和所述电气设备相连接，所述第二弹性连接件用于约束所述电气设备沿所述第二方向的位移。

进一步地，上述用于电气设备的非线性隔震装置中，还包括：第一滑动组件；其中，所述第一框体通过所述第一滑动组件与所述第二框体相连接，并且，所述第一滑动组件与所述第二框体之间具有预设摩擦力。

进一步地，上述用于电气设备的非线性隔震装置中，还包括：第二滑动组件；其中，所述第二框体通过所述第二滑动组件与所述电气设备相连接，并且，所述第二滑动组件与所述电气设备底座之间具有预设摩擦力。

进一步地，上述用于电气设备的非线性隔震装置中，所述第一滑动组件为第一导轨；所述第二滑动组件为第二导轨；所述第一导轨与所述第二导轨呈预设角度设置。

进一步地，上述用于电气设备的非线性隔震装置中，所述第一导轨与所述第二导轨垂直设置。

进一步地，上述用于电气设备的非线性隔震装置中，所述第一弹性连接件与所述第一方向呈预设角度。

进一步地，上述用于电气设备的非线性隔震装置中，所述第一弹性连接件与所述第一方向垂直。

进一步地，上述用于电气设备的非线性隔震装置中，所述第一弹性连接件为至少并列设置的两个，且每个所述第一弹性连接件均与所述第一方向呈预设角度。

进一步地，上述用于电气设备的非线性隔震装置中，所述第二弹性连接件与所述第二方向呈预设角度。

进一步地，上述用于电气设备的非线性隔震装置中，所述第二弹性连接件与所述第二方向垂直。

进一步地，上述用于电气设备的非线性隔震装置中，所述第二弹性连接件为至少并列设置的两个，且每个所述第二弹性连接件均与所述第二方向呈预设角度。

进一步地，上述用于电气设备的非线性隔震装置中，所述第一弹性连接件或所述第二弹性连接件处于初始状态的长度分别为各自的原长。

本发明中，第二框体与第一框体沿第一方向可滑动地连接，电气设备与第二框体沿第二方向可滑动地连接，当地震发生时，隔震装置在第一方向和第二方向上具备准零刚度特性，降低了共振频率，提高了隔震效果，并通过第一弹性连接件约束第二框体沿第一方向的位移，通过第二弹性连接件约束电气设备沿第二方向的位移，使得电气设备的位移不至过大，降低了电气设备受损的概率。

附图说明

通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本发明的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的部件。在附图中：

图1为本发明实施例提供的用于电气设备的非线性隔震装置的结构示意图；

图2为本发明实施例提供的用于电气设备的非线性隔震装置的俯视图；

图3为本发明实施例提供的用于电气设备的非线性隔震装置的原理图。

具体实施方式

下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施例。虽然附图中显示了本公开的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

参见图1和图2，图中示出了本发明实施例提供的用于电气设备的非线性隔震装置的优选结构。如图所示，该隔震装置包括：第一框体1、置于第一框体1内的第二框体2、第一弹性连接件3和第二弹性连接件4。

其中，第二框体2与第一框体1沿第一方向可滑动地连接。具体地，第一框体1和第二框体2均可以为一端开口的箱体，第二框体2与第一框体1内的底壁滑动连接。第一框体1底部的外壁用于与基础相连接。

电气设备5与第二框体2沿第二方向可滑动地连接。具体地，可以在第二框体2的底部设置滑动机构，电气设备5置于第二框体2内且与第二框体2滑动连接。第二方向可以与第一方向呈预设角度。需要说明的是，第二方向与第一方向之间的角度可以根据实际情况来确定，本实施例对其不做任何限定。

第一弹性连接件3置于第一框体1和第二框体2之间，且两端分别与第一框体1和第二框体2相连接。第一弹性连接件3的两端可以沿第二方向连接在第一框体1和第二框体2之间。第一弹性连接件3用于约束第二框体2沿第一方向的位移，也就是说，当第二框体2沿第一方向运动时，第一弹性连接件3可以对第二框体2施加拉伸力，以对第二框体2沿第一方向的滑动施加阻力，进而限制第二框体2相对于第一框体1的运动位移。第一弹性连接件3可以为弹簧，也可以为本领域技术人员所熟知的其他弹性部件，弹簧的刚度系数可以根据实际工作中电气设备5的型号以及地震的烈度来确定。

第二弹性连接件4置于第二框体2内且两端分别与第一框体1和电气设备相连接。第二弹性连接件4可以沿第一方向连接在第二框体2与电气设备之间。第二弹性连接件4用于约束电气设备5沿第二方向的位移，也就是说，当电气设备5沿第二方向运动时，第二弹性连接件4可以对电气设备5施加拉伸力，以对电气设备5在第二方向的滑动施加阻力，进而限制电气设备5相对于第二框体2的运动位移。第二弹性连接件4可以为弹簧，也可以为本领域技术人员所熟知的其他弹性部件，弹簧的刚度系数可以根据实际工作中，电气设备5的型号以及地震的烈度来确定，当第一弹性连接件3和第二弹性连接件4的刚度符合预设比例关系时，隔震装置在第一方向和第二方向上分别受力时，装置整体的刚度接近准零刚度，此时，装置的固有频率会相应降低，能有效避免隔震装置与地震波之间发生共振而对电气设备5造成破坏。

安装时，先根据电气设备的体积和重量，选择能承载第一框体1的滑动机构和能够承载电气设备的滑动机构，在第一框体1和第二框体2之间安装第一弹性连接件3使其处于拉伸状态，以在地震发生的情况下第二框体2沿第一方向的滑动时，耗散来自第一方向的地震能量；在第一框体1和电气设备之间安装第二弹性连接件4，使其也处于拉伸状态，以在地震发生的情况下电气设备沿第二方向滑动时，耗散来自第二方向的地震能量。

本实施例中，第二框体与第一框体沿第一方向可滑动地连接，电气设备与第二框体沿第二方向可滑动地连接，当地震发生时，隔震装置在第一方向和第二方向上具备准零刚度特性，降低了共振频率，提高了隔震效果，并通过第一弹性连接件约束第二框体沿第一方向的位移，通过第二弹性连接件约束电气设备沿第二方向的位移，使得电气设备的位移不至过大，降低了电气设备受损的概率。

上述实施例中还可以包括：第一滑动组件。其中，第一框体1通过第一滑动组件与第二框体2相连接，具体地，第一滑动组件可以设置于第一框体1的底壁，并且，第一滑动组件与第二框体2之间具有预设摩擦力。需要说明的是，摩擦力的取值可以根据实际情况来确定，本实施例对其不做任何限定。

可以看出，本实施例中第一滑动组件与第二框体2之间相对滑动时产生的摩擦力也能耗散沿第一方向的地震动能量，根据实际情况合理设置该摩擦力，以达到耗能的目的。

上述实施例中还可以包括：第二滑动组件。其中，第二框体2通过第二滑动组件与电气设备相连接。具体地，第二滑动组件可以设置于第二框体2的底壁，并且，第二滑动组件与电气设备5之间具有预设摩擦力。需要说明的是，摩擦力的取值可以根据实际情况来确定，本实施例对其不做任何限定。

可以看出，本实施例中第二滑动组件与电气设备5之间相对滑动时产生的摩擦力也能耗散沿第二方向的地震动能量，根据实际情况合理设置该摩擦力，以达到耗能的目的。

上述实施例中，第一滑动组件为第一导轨11。第一导轨11置于第一框体1的底壁。第二滑动组件为第二导轨21，第二导轨21可以设置于第二框体2的底壁。第一导轨11与第二导轨21呈预设角度设置，角度的具体取值可以根据实际情况进行确定，本实施例对其不做任何限定。

优选地，第一导轨11与第二导轨21垂直设置。具体地，第一导轨11可以沿X轴方向设置，使得第二框体2通过第一导轨11拥有X轴方向的自由度，由于电气设备通过第一弹性连接件3连接在第二框体2上，第一导轨11两端与第一框体1连接，从而使得电气设备、第二框体2和第一弹性连接件3共同拥有X轴方向的自由度；第二导轨21可以沿Y轴方向设置，使得电气设备和第二弹性连接件4通过第二导轨21拥有Y轴方向上的自由度。

可以看出，地震发生时，第二框体2相对第一导轨11沿X轴方向滑动的过程中，第一弹性连接件3一直处于拉伸状态，可以耗散部分来自X轴方向的地震能量；电气设备相对于第二框体2沿着Y轴方向滑动的过程中，第二弹性连接件4一直处于拉伸状态，可以耗散部分来自Y轴方向的地震能量，通过双自由度的能量耗散，增强了隔震效果。

上述各实施例中，第一弹性连接件3与第一方向呈预设角度，角度的具体取值可以根据实际情况进行确定，本实施例对其不做任何限定。

优选地，第一弹性连接件3与第一方向垂直，也就是说，第一弹性连接件3与第一导轨11相垂直。具体地，第一弹性连接件3的两端可以沿Y轴方向连接在第一框体1和第二框体2之间，第一方向可以为X轴方向。

可以看出，在安装时，第一弹性连接件3可以保持第二框体2在第二方向上的受力平衡；在地震发生时，第二框体2相对于第一框体1沿第一方向滑动的过程中，第一弹性连接件3一直处于拉伸状态，可以更好地耗散部分来自第一方向的地震能量，同时，还可以防止第二框体2在第一方向上的位移过大，从而可以防止与第二框体2相连接的电气设备的位移过大，使电气设备受到保护。

上述各实施例中，第一弹性连接件3为至少并列设置的两个。具体地，第一弹性连接件3为多个，可以成对设置，每对第一弹性连接件3可以沿第二方向一一对应地设置在第二框体2相对的两个侧壁与第一框体1之间。每个第一弹性连接件3均与第一方向呈预设角度。角度的具体取值可以根据实际情况进行确定，本实施例对其不做任何限定。

可以看出，根据第一框体1的载荷要求，设置多个第一弹性连接件3，一方面能更好的保持第二框体2在第一方向上的受力平衡，另一方面可以更多的耗散来自第一方向的地震能量，更进一步增强了隔震效果。

上述各实施例中，第二弹性连接件4与第二方向呈预设角度，也就是说，第二弹性连接件4与第二导轨21呈预设角度设置，角度的具体取值可以根据实际情况进行确定，本实施例对其不做任何限定。

优选地，第二弹性连接件4与第二方向垂直，也就是说，第二弹性连接件4与第二导轨21相垂直。具体地，第二弹性连接件4的两端可以沿X轴方向连接在电气设备和第二框体2之间，第二方向可以为Y轴方向。

可以看出，在安装时，第二弹性连接件4可以保持电气设备5在第一方向上的受力平衡；地震发生时，电气设备5相对于第二框体2沿第二方向滑动的过程中，第二弹性连接件4一直处于拉伸状态，可以更好地耗散部分来自第二方向的地震能量，同时，还可以防止电气设备在第二方向上的位移过大，降低了电气设备受损的概率。

上述各实施例中，第二弹性连接件4为至少并列设置的两个。具体地，第二弹性连接件4为多个，可以成对设置，每对第二弹性连接件4可以沿第一方向一一对应地设置在电气设备5的两侧。每个第二弹性连接件4均与第二方向呈预设角度，角度的具体取值可以根据实际情况进行确定，本实施例对其不做任何限定。

可以看出，根据第二框体2的载荷要求，设置多个第二弹性连接件4，一方面能更好的保持电气设备在第二方向上的受力平衡，另一方面可以更多的耗散来自第二方向的地震能量，更进一步增强了隔震效果。

上述各实施例中，第一弹性连接件3或第二弹性连接件4处于初始状态的长度分别为各自原长。初始状态是指第一弹性连接件3或第二弹性连接件4在安装时的状态，此时，该系统分别具有X方向和Y方向的准零刚度特性。参见图1至图3，本实施例中，隔震装置沿Y轴方向的隔震原理可以简化为两个第二弹性连接件4、电气设备5、固定支座和第二导轨21组成的装置结构来推导如下：第二框体2、第二弹性连接件4、第二导轨21和电气设备5可以等效为一几何非线性模型。其中，电气设备5可等效为一振子m，振子的振动被限制在Y方向上，第二弹性连接件4等效为两根垂直于Y轴的线性弹簧，线性弹簧两端分别与振子和固定支座铰接。其中振子位移为y，弹簧刚度为K₂，原长为L₂，固定支座与振子直线距离为l₂，振子可视为质点。

通过静力学分析得出系统恢复力函数：

将F(y)对y进行泰勒级数展开得：

则系统刚度函数为：

令K(0)＝0，得：

L₂＝l₂

可以发现，此时系统的线性刚度为零，因此，结构的等效固有频率接近于零，而非线性阻尼能够有效地抑制Y轴的共振峰值，具有优良的低频隔振性能，对高频范围内的响应也几乎没有影响。即：第二弹性连接件4初始状态为其原长，则为该系统具有Y轴方向准零刚度的初始条件。

类比可知，隔震装置沿X轴方向的隔震原理可以简化为将两个第一弹性连接件3，电气设备5、固定支座和第一导轨11，同样引入上述模型，可以得知，第一框体1、第一弹性连接件3、第一导轨11与电气设备5又可构成一几何非线性模型，当第一弹性连接件3初始状态为其原长时，该系统具有X轴方向准零刚度特性。

综上，本实施例中，第二框体与第一框体沿第一方向可滑动地连接，电气设备与第二框体沿第二方向可滑动地连接，当地震发生时，隔震装置在第一方向和第二方向上具备准零刚度特性，降低了共振频率，提高了隔震效果，并通过第一弹性连接件约束第二框体沿第一方向的位移，通过第二弹性连接件约束电气设备沿第二方向的位移，使得电气设备的位移不至过大，降低了电气设备受损的概率。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。