一种用于输电塔的智能减振装置的制作方法

1.本发明涉及输电塔、桥梁、建筑等各类土木工程结构的减振控制技术领域，具体涉及一种用于输电塔的智能减振装置。


背景技术：

2.随着我国经济的持续发展，国家出台了西电东送等一系列方针政策，远距离电力输送成为我国维持电力供需平衡的重要手段。因此，建设坚固可靠的电网体系成为解决电力供需问题、继而保障经济稳固发展的必然要求。在长距离输电工程中，输电塔是关系到输电和配电的重点结构，是保障电能持续、稳定供给的关键。
3.然而，国内外输电塔风毁事故时常发生，严重影响正常的社会生产生活，对人民的生命财产安全构成巨大的威胁，保障大跨越输电塔的安全服役具有重大意义。输电塔通常是柔性高耸结构，具有高度大、荷载重、自振频率小等特点，风荷载是其设计过程中的控制荷载，其服役期间的振动控制是保障安全服役的关键。
4.目前，结构振动控制在输电塔中的应用大多停留在被动控制阶段，塔-线耦合体系在风振作用下主要控制其前两阶振型，即顺线方向第一阶弯曲振型以及横线方向第一阶弯曲振型。调谐质量阻尼(tmd)被广泛用于输电塔的减振控制。tmd的减振机理是：在主振动系统上附加一个小质量动力消振系统。当满足消振系统响应滞后于主振动系统响应π/2的条件时，此时消振系统的弹性力对主振系统相当于粘滞阻力，抑制主振系统的位移，从而最大限度地降低主振系统的振动，达到减振的效果。
5.传统的tmd可以有效地控制结构某一方向的振动，然而结构的振动是多维的，各种荷载激励下，输电塔不可避免地会在多个方向发生振动。此外，tmd大多采用接触式作用方式，存在着诸多问题，例如，摩擦阻力过大、耐久性能过差、容易受外界环境影响、阻尼大小调节困难等。
6.电涡流是基于电磁感应原理的一种物理现象，当非磁性导体处于磁场中做切割磁感线运动时，穿过导体的磁通量就会发生连续变化。根据法拉第电磁感应定律，导体内会产生相应的感生电动势，从而形成类似涡旋的电流，即电涡流。根据楞次定律，电涡流同时会产生一个与原磁场方向相反的新磁场，形成阻碍二者相对运动的阻尼力。如此循环的结果最终导致振动能量通过导体的电阻热效应被消耗掉，这就是电涡流阻尼。在这一过程中，导体板与磁场相对运动的动能先转变为电能，再在导体板内转化为热能消耗，于是起到耗能减振的作用。电涡流阻尼器采用非接触式耗能的方式，具有耐久性好、安装方便等优点。
7.针对以往单维减振装置以及传统tmd减振装置阻尼不可调节的不足，亟需一种能够实现阻尼可调节式多维减振的减振装置。


技术实现要素：

8.针对输电塔服役过程中的振动问题，本发明提供一种用于输电塔的智能减振装置，其目的是为了解决上述现有背景技术存在的不足，利用电磁感应原理，采用非接触式作
用方式从输电线上获取电能，再通过控制电流大小，控制电磁场的磁场强度，进而调整阻尼大小，多维减振。
9.为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种用于输电塔的智能减振装置，包括感应装置、减振装置和控制中心。所述感应装置包括外壳a、绝缘层、电缆、环形铁芯和线圈a，其中线圈a环绕于环形铁芯，所述绝缘层包裹于电缆外，缠绕有线圈a的环形铁芯包裹于绝缘层外，外壳a包裹于最外侧。
10.所述减振装置包括外壳b、电磁铁、导体板以及连接弹簧a、连接弹簧b，其中电磁铁包括铁芯以及环绕于铁芯外的线圈b；所述外壳b套装在电磁铁的外部，在外壳b的内侧顶面和内侧底面上分别固定安装有一导体板；所述电磁铁的八个角外侧均固定安装有连接环b，连接弹簧b的一端固定在对应的连接环b上，另一端固定至相对的外壳b的八个角内侧；所述外壳b的八个角外部均固定安装有连接环a，连接弹簧a的一端固定在对应的连接环a上，另一端固定连接至输电塔上。
11.所述控制中心内含振动传感器和整流器，上述线圈a和线圈b均与控制中心电连接。
12.进一步地，所述线圈a的各个线圈采用并联方式。
13.进一步地，所述环形铁芯以及电磁铁中铁芯的横截面形状均为矩形。
14.进一步地，所述导体板、线圈a、线圈b均采用导电性良好的材料制成。
15.优选地，所述导体板、线圈a、线圈b均采用铜材料制成。
16.进一步地，所述连接弹簧a和连接弹簧b均采用无磁材料制成，保障其工作过程中不受附加磁力的影响。
17.优选地，所述连接弹簧a和连接弹簧b均采用无磁铝合金材料或碳纤维材料制成。
18.进一步地，所述控制中心内置神经网络算法，能够建立结构振动强度和最优电流强度的关系模型。
19.进一步地，当输电塔发生振动时，整个装置与连接弹簧a形成tmd减振系统，控制某个频率成分的振动；同时，电磁铁和连接弹簧b形成tmd减振系统，控制另外一个频率成分的振动。
20.进一步地，所述导体板表面均涂有润滑剂。
21.与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
22.1、本发明装置借用弹簧和质量块能够在特定空间内多维运动的特点，实现多维减振，极大地提升阻尼器的工作效率。
23.2、本发明装置的调谐质量阻尼器(tmd)减振系统包含两套tmd减振系统，可实现多频率成分的振动控制。
24.3、本发明通过调节内外弹簧刚度、导体板、铁芯和线圈b的质量可以控制阻尼器的工作频率，使该装置的可调性更大，适应性更强。
25.4、本发明采用板式电涡流原理，通过控制电流大小控制电磁铁的磁场强度；通过振动传感器采集输电塔的振动大小，根据振动大小自动调整电流强度，从而自适应调整减振系统的阻尼大小。
26.5、本发明减振装置采用电磁感应原理，以非接触方式从输电线中获取电能，避免导线直接连接。
27.6、本发明减振装置所有生产、装配均可在工厂里进行，可实现模块化生产，避免了现场高空作业的装配困难、精确度差，使之安装便捷、维修方便，提高现场效率、保证减振效果；便于实现减振装置的规范化设计、制造与安装，提高工作效率。
28.7、本发明装置可适用于输电塔等各类土木工程结构的减振控制，使用简单，外观优美，使用寿命长，市场前景十分广阔。
附图说明
29.图1为本发明中感应装置的正视图；
30.图2为本发明中感应装置的侧视图；
31.图3是图1中a-a方向上剖视图；
32.图4是图1中b-b方向上剖视图；
33.图5为本发明中减振装置的俯视图；
34.图6为连接弹簧a的结构示意图；
35.图7为本发明中减振装置的侧视图；
36.图8为本发明中减振装置的正视图；
37.图9是图5中c-c方向上剖视图；
38.图10为电磁铁的侧视图；
39.图11为电磁铁的俯视图；
40.图12是图10中d-d方向上剖视图；
41.图13是图11中e-e方向上剖视图；
42.图14为铁芯的正视图；
43.图15为本发明的电连接示意图；
44.图中：1、外壳a，2、绝缘层，3、电缆，4、环形铁芯，5、线圈a，6、外壳b，7、连接环a，8、连接弹簧a，9、电磁铁，10、连接环b，11、连接弹簧b，12、导体板，13、铁芯，14、线圈b，15、控制中心。
具体实施方式
45.需要注意的是，在本发明的描述中，术语如“内”、“外”、“顶面”、“底面”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，只是为了便于叙述本发明各部件结构关系而确定的关系词，并非特指本发明中任一部件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，不能理解为对本发明的限制。
46.另外，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
47.下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明：
48.一种用于输电塔的智能减振装置，包括感应装置、减振装置和控制中心15。结合图1至图4所示，所述感应装置包括外壳a1、绝缘层2、电缆3、环形铁芯4和线圈a 5，其中环形铁芯4的横截面形状为矩形，线圈a 5环绕于环形铁芯4，与外壳a1、绝缘层2组成取电装置；所
述绝缘层2包裹于电缆3外，多个缠绕有线圈a 5的环形铁芯4并排包裹于绝缘层2外，线圈a 5的各个线圈采用并联方式，外壳a1包裹于最外侧，利用电磁感应原理从电缆3上提取电能。
49.如图5至图9所示，所述减振装置包括外壳b 6、电磁铁9、导体板12以及连接弹簧a 8、连接弹簧b11。参照图10至图14，所述电磁铁9包括铁芯13以及环绕于铁芯13外的线圈b 14，其中铁芯13的横截面形状同样呈矩形。所述外壳b 6套装在电磁铁9的外部，在外壳b 6的内侧顶面和内侧底面上分别固定安装有一导体板12，导体板12的表面均涂有润滑剂，以减小导体板12与电磁铁9中铁芯13接触时的摩擦力，进而减少装置的磨损损耗。上述电磁铁9的八个角外侧均固定安装有连接环b10，所述连接弹簧b11的其中一端固定连接在对应位置的连接环b10上，另一端则固定至相对的外壳b 6的八个角内侧；所述外壳b 6的八个角外部均固定安装有连接环a 7，所述连接弹簧a 8的其中一端固定连接在对应的连接环a 7上，另一端固定连接至输电塔上。
50.参照图15，所述控制中心15内含振动传感器和整流器，且控制中心15内置神经网络算法，能够建立结构振动强度和最优电流强度的关系模型；所述整流器将交流电变为直流电。上述线圈a 5和线圈b14均与控制中心15电连接。
51.上述导体板12、线圈a 5、线圈b14均采用导电性良好的材料制成，例如，铜。
52.上述连接弹簧a 8和连接弹簧b11均采用无磁材料制成，保障其工作过程中不受附加磁力的影响。所述无磁材料采用无磁铝合金材料或碳纤维材料。
53.应用原理如下：所述智能减振装置安装在输电塔振动最大位置处，控制中心15中振动传感器实时采集输电塔振动相应，控制中心15根据振动强度调整电流强度，进而调整tmd减振系统的阻尼。所述电缆3中传输的为交流电，在电缆3周围的空间将产生圆形磁场，随着电缆3中的电流发生变化，磁场强度也会发生变化，由于铁的磁导率很大，多数磁力线在环形铁芯4里面闭合，根据法拉第电磁感应定律，线圈a 5中的磁通量发生改变时，线圈a 5中会产生电流，通过电连接至控制中心15，其内部整流器将产生的交流电变为直流电；线圈b14中通过电流时，同样会产生磁场，通过调整电流的大小，可以调整磁场强度。当输电塔发生振动时，上述整个装置与连接弹簧a 8形成一个tmd减振系统，控制某个频率成分的振动；同时，电磁铁9和连接弹簧b11形成另一个tmd减振系统，控制另外一个频率成分的振动。当产生振动时，由于惯性，电磁铁9与输电塔结构运动方向相反，与结构本身的运动存在相位差，对结构的运动有阻碍作用，可以有效减小结构体的振动幅度。输电塔结构振动的机械能通过电磁铁9与导体板12的相对运动，产生电磁感应，在导体板12内产生电涡流，电涡流又产生与电磁铁9本身磁场极性相反的电磁场，这两个极性相反的电磁场互相阻碍运动，产生电涡流阻尼效应。动能转化为热能，热能通过空气等介质传导消耗。电磁铁9在电涡流阻尼效应作用下，运动速度越来越慢，直到停止。以上过程中，结构振动的能量最终转化为电涡流发热的热能，实现耗能作用，达到减振目的。
54.其中，调谐质量阻尼器(tmd)被广泛用于土木工程结构的减振控制，电涡流阻尼器是一种利用电涡流的阻尼效应制成的耗能减振装置，具有构造简单、耐久性好等优点，可用作调谐质量阻尼器的阻尼元件。交流电产生磁场强度时变的磁场，根据法拉第电磁感应定律，可利用简易装置从输电线中获取电能。此外，电磁铁可调节磁场强度，进而调整调谐质量阻尼器的阻尼大小。因此，利用电磁感应原理和调谐质量阻尼器，实现多维、多频率、可调节阻尼的减振目的。
55.另外，在实施过程中需要注意以下几个方面：
56.一、tmd减振系统和控制中心应安装在被控结构振动较大位置处，以保证装置能够充分发挥减振作用；
57.二、连接弹簧的长度和刚度，以及附加质量块的质量应根据被控结构的主频率进行选择；
58.三、减振装置安装时，应当将导线固定在被控结构上，避免导线随风舞动；
59.四、减振装置工作环境复杂恶劣，安装完成之后，应对各部分进行紧密密封，保障各部分工作过程中不受雨水的影响。
60.当然，上述说明并非是对本发明的限制，本发明也并不仅限于上述举例，本技术领域的技术人员在本发明的实质范围内所做出的变化、改型、添加或替换，也应属于本发明的保护范围。