一种抑制舞动耗能装置的制作方法

本发明涉及一种新型防舞动装置，具体涉及输电线路抑制舞动和耗能技术，主要控制输电线路在风荷载作用下的舞动现象。

背景技术：

输电线在周围覆冰和侧向风作用时会发生舞动，输电线的舞动是电力输送过程中必须重视并需要认真解决的一个问题，因为输电线舞动会产生多方面的危害。比如会造成导线的断裂，损坏导线连接部位的约束器具，使连接螺栓脱落，甚至导致输电塔的倾倒，发生严重的电力安全事故。

针对输电线路舞动的问题，近年来已经提出各种技术措施来解决，设计出各种控制装置来防止输电线的舞动现象发生，如比较常见的间隔棒。但是发明人发现实际工程中用于输电线上的防舞动减振控制多以被动控制为主，考虑到各种因素的影响，被动控制具有一定的局限性，缺乏自我调节功能，抑制振动的幅度有限，不能满足当下电力行业的特高压，远距离，大跨度输电的要求。

技术实现要素：

基于目前的研究现状，本发明提供了一种新型抑制舞动耗能装置。主要针对输电线在风荷载作用下的舞动现象提出的一种新型抑制舞动耗能装置。

本发明采用下述技术方案：

本发明提出的一种新型抑制舞动耗能装置，该装置由衔接部和耗能部两部分构成；

所述的耗能部包括控制部主体、第一耗能件和第二耗能件，所述的第一耗能件和第二耗能件结构相同；各自包括结构相同的第一耗能圆筒和第二耗能圆筒，两个耗能圆筒的端部密封，在其内部装有磁流变液；耗能圆筒沿圆周缠绕有励磁线圈，在耗能筒体内设有一个与其同轴设置的滚轮，两个滚轮之间通过连接轴相连，在两个耗能圆筒之间设有一个安装在所述连接轴上的齿轮，所述的齿轮和两个滚轮可以同轴转动；

所述的衔接部包括一个底部密封、顶部开口的中空箱型管，中空箱型管的上部分位于控制部主体内，可沿着控制部主体内壁滑动；在所述的箱型管的一侧设有第一齿板，相对的另外一侧设有第二齿板，第一耗能件的齿轮与第一齿板啮合，第二耗能件的齿轮与第二齿板啮合；第一耗能件、第二耗能件均固定在所述的控制部主体上；在所述的中空箱型管内设有一个质量块，所述质量块通过弹簧分别与控制部主体顶部、中空箱型管底部相连；

在所述的中空箱型管的底端设置第一压电发电单元，控制部主体顶部内侧中间位置设置第二压电发电单元，第一压电发电单元与第一电能提取与存储单元、第一控制器以及第一耗能件的励磁线圈串联形成闭合回路；

第二压电发电单元与第二电能提取与存储单元、第二控制器以及第二耗能件的励磁线圈串联形成闭合回路。

进一步的技术方案为：所述的防舞动装置的控制部主体和中空箱型管由纤维增强复合材料(frp)制成，其质量轻，硬度高，不导电，耐腐蚀。

进一步的技术方案为：箱型管的端部设置有限位板，防止质量体滑动脱离箱型管。

进一步的技术方案为：所述限位板内侧附着一层弹性橡胶，在发生碰撞时吸收能量，消耗能量。

进一步的技术方案为：所述弹簧由具有良好变形恢复能力的形状记忆合金材料制作而成，可带动质量体在箱型管中上下往复运动。

进一步的技术方案为：装有磁流变液的耗能圆筒与连接轴的连接处设有橡胶密封圈，防止磁流变液溢出。

进一步的技术方案为：所述的压电发电单元与电能提取与存储单元，控制器以及励磁线圈串联形成闭合回路。

进一步的技术方案为：在所述的箱型管内壁上涂一层润滑油，保证质量体上下运动时仅有较小阻力。

进一步的技术方案为：所述控制部主体的四端为中空，从压电装置处引出的导线从其中穿过，整个路径外周均为绝缘材料，导线在耗能圆筒和第二耗能圆筒处接励磁线圈。

进一步的技术方案为：所述耗能部内空腔的顶端附着一层弹性橡胶，在齿板向上运动撞击到控制部时，弹性橡胶起减振耗能作用。

将该防舞动耗能减振装置安装在间隔棒上，在环境荷载激励作用下，导线舞动带动该装置上下震荡，箱型管中的质量体上下运动通过形状记忆合金弹簧对箱型管两端部的绝缘材料产生挤压力，进而挤压压电发电单元产生电能，电能通过电能提取与存储单元进行收集，压力传感器将压力变化信号传递给控制器，控制器根据压力大小调整电流大小，电流大小不同，励磁线圈产生的磁场强度也不同。于此同时，装有磁流变液的圆柱筒中滚轮与叶片转动带动磁流变液切割磁感线，磁流变液的流动性粘度发生变化，提高叶片转动的阻尼力，进而达到消能减振的目的。

具体的，本发明的工作原理如下：

该装置发生上下振动时，形状记忆合金弹簧压缩挤压压电发电单元产生电，通过电能提取与存储单元储存电能，再通过控制器将电流导出到励磁线圈中，励磁线圈缠绕在装有磁流变液的圆柱筒外周上，其通过整个装置振动幅度的大小改变磁场强弱，即振动越剧烈，叶片转动所受的阻尼力越大。

衔接部与耗能部在振动作用下发生相对运动，故而衔接部的齿板和耗能部的齿轮发生咬合运动，齿轮转动带动两圆柱筒体内的滚轮与叶片一起运动，叶片在磁流变液内转动消耗能量。

本发明的有益效果是：

本发明是一种新型抑制舞动耗能装置，改变了被动控制的单一性和局限性，达到更好的防舞动控制效果。

本发明使用磁流变液与压电陶瓷相结合的方式实现半主动控制，压电陶瓷受压产生的电能作用于励磁线圈，励磁线圈根据所通电流大小改变磁场强弱，进而改变磁流变液的粘滞性，改变叶片转动的阻尼力，实现了能源的合理利用。

本发明采用轻质材料frp，且主体部分采用中空的形式，减小了整个装置的总重量，给输电线带来的负担较小，设计合理，安装方便，效果明显。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。

图1为一种抑制舞动耗能装置的正视图。

图2为一种抑制舞动耗能装置的耗能圆筒部分的结构图。

图3为一种抑制舞动耗能装置的控制部的部分结构图。

图4为一种抑制舞动耗能装置的衔接部外观正视图。

图5为一种抑制舞动耗能装置的衔接部外侧侧视图。

图6为一种抑制舞动耗能装置的整体外观正视图。

图7为一种抑制舞动耗能装置的整体外观侧视图。

图8为一种抑制舞动耗能装置的安装示意图。

图中:1控制器，2绝缘橡胶板，3弹性橡胶，4控制部主体，5质量体，6圆柱筒体，7叶片，8压力传感器，9齿轮，10限位板，11齿板，12形状记忆合金弹簧，13压电发电单元，14电能提取与存储单元，15箱型管，16圆孔，17励磁线圈，18磁流变液，19滚轮，20绝磁材料，21密封橡胶圈。

具体实施方式

应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组和/或它们的组合；

为了方便叙述，本发明中如果出现“上”、“下”、“左”“右”字样，仅表示与附图本身的上、下、左、右方向一致，并不对结构起限定作用,仅仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的设备或元件必须具有特定的方位，以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

正如背景技术部分所指出的，实际工程中用于输电线上的防舞动减振控制多以被动控制为主，考虑到各种因素的影响，被动控制具有一定的局限性，缺乏自我调节功能，抑制振动的幅度有限，不能满足当下电力行业的特高压，远距离，大跨度输电的要求。为了解决上述的技术问题，本发明提出一种馈能式防舞动耗能减振装置，压电陶瓷是一种能够将机械能和电能相互转换的信息功能陶瓷材料，在承受压力后其两端会形成电势差，接上导线后有电流通过，磁流变液是由高磁导率，低磁滞性的微小软磁性颗粒和非导磁性液体混合而成的悬浮体。这种悬浮体在零磁场条件下呈现出低粘度的牛顿流体特性，而在强磁场条件下，呈现出高粘度，低流动性的特性。本发明将压电陶瓷与磁流变液结合在一起，压电陶瓷受压产生电，通过励磁线圈产生磁场，根据压电陶瓷受压程度的不同，电流大小也不同，从而磁场强弱也不同，实现半主动控制，根据结构振动的情况实时的调整输出阻尼力，有效提高减振效果。

以下结合技术方案和附图详细叙述本发明的实施方式。

本发明具体结构如下：

如图1，图2，图3所示，一种新型抑制舞动耗能装置，该装置由衔接部和耗能部4两部分构成；耗能部包括控制部主体、第一耗能件和第二耗能件；

所述的控制部主体整体为一个长方体结构，其顶部密封，底部敞口；第一耗能件、第二耗能件的结构相同，相对于控制部主体的中心线对称的设置在控制部主体的敞口端；

第一耗能件、第二耗能件的结构如图1、图2所示，各自包括第一耗能圆筒、第二耗能圆筒；所述的第一耗能圆筒、第二耗能圆筒为圆柱筒体，圆柱筒体的两端密封；在圆柱筒体的内部装有磁流变液，圆柱筒体沿圆周缠绕有励磁线圈17，励磁线圈17外设有一层绝磁材料20；在第一耗能圆筒、第二耗能圆筒内安装有与其同轴的滚轮19，两个滚轮19通过连接轴连接在一起，滚轮上各固定叶片7，两筒体间设置一个齿轮9，齿轮9也安装在该连接轴上，两个滚轮和齿轮能同轴转动；齿轮转动带动两圆柱筒体内的滚轮19与叶片7一起运动，叶片在磁流变液18内转动消耗能量；

上述滚轮上安装的叶片个数在本实施例中是6片，不难理解的，在其他实施例中叶片的个数还可以是5片、4片、7片等，具体个数需要根据实际情况进行设定。

在本实施例中，上述控制部主体顶部内侧壁上设有一层弹性橡胶3，在衔接部与耗能部4发生碰撞时吸收能量，消耗能量。进一步的，在弹性橡胶3的中心位置设有一个孔，在该孔内安装有压电发电单元13，压电发电单元13的内侧设有绝缘橡胶板，压电发电单元13两端设有压力传感器8；压电发电单元13与电能提取与存储单元14，控制器1以及第一耗能件上的励磁线圈17串联形成闭合回路。进一步的，在第一耗能圆筒和第二耗能圆筒上均设有励磁线圈，第一耗能件上的两个励磁线圈并联后与压电发电单元13与电能提取与存储单元14、控制器1形成闭合回路。

衔接部由中间的中空箱型管15和左右两侧的齿板11组成，二者为一体，可以选择一体成型；

中空箱型管15整体为一个长方体结构，内部设有矩形孔，其底部密封，顶部敞口；在其左右两侧设有齿板，齿板可以作为一个零部件，固定在中空箱型管15的侧面，或者与中空箱型管15采用一体成型的方式加工；中空箱型管15的上部分位于控制部主体14内；且可以沿着控制部主体的内壁上下滑动；

在中空箱型管15的矩形孔内设置有质量块5，中空箱型管15的矩形孔底部安装有压电发电单元13，压电发电单元13两端设有压力传感器8；压电发电单元13与电能提取与存储单元14，控制器1以及第二耗能件励磁线圈17串联形成闭合回路。

进一步的，第二耗能件的第一耗能圆筒和第二耗能圆筒上均设有励磁线圈，第二耗能件上的两个励磁线圈并联后与压电发电单元与电能提取与存储单元、控制器1形成闭合回路。在本发明的具体实施例中形成了两个闭合回路。

质量块5的顶部通过弹簧12与位于控制部主体内的压电发电单元13相连，质量块5的底部通过弹簧与位于中空箱型管15内的压电发电单元相连。优选的，所述的弹簧由具有良好变形恢复能力的形状记忆合金材料制作而成，可带动质量体5在箱型管15中上下往复运动。

箱型管15的顶部设置有限位板，防止质量体滑动脱离箱型管。

耗能部主体外壳的四端为中空，从压电装置处引出的导线从其中穿过，整个路径外周均为绝缘材料，导线在环筒处接励磁线圈，缠绕在环筒上，外附有一层绝磁橡胶。

齿板11和耗能部的齿轮9相咬合，整个耗能部可以在衔接部上上下移动。

进一步的，在耗能部的控制部主体内壁设置有限位板10，限位板10主要是用于对第一耗能件、第二耗能件的移动距离进行限制。

进一步的，装有磁流变液18的圆柱筒与中心轴连接处设有橡胶密封圈21，防止磁流变液溢出。

进一步的，箱型管15内壁上涂一层润滑油，保证质量体5上下运动时仅有较小阻力。

进一步的，在控制部主体4的顶部设有与间隔棒相连的连接孔，在箱型管15的底部也设有与间隔棒相连的连接孔16。

进一步的，所述的防舞动装置由纤维增强复合材料(frp)制成，其质量轻，硬度高，不导电，耐腐蚀。

上述的压电发电单元可以采用现有的压电陶瓷。

具体的工作方式如下：

将该新型抑制舞动耗能装置安装在间隔棒上，在环境荷载激励作用下，导线舞动带动该装置上下震荡，箱型管15中的质量体5上下运动通过形状记忆合金弹簧12对箱型管两端部的绝缘材料2产生挤压力，进而挤压压电发电单元13产生电能，电能通过电能提取与存储单元14进行收集，压力传感器将压力变化信号传递给控制器1，控制器根据压力大小调整电流大小，电流大小不同，励磁线圈17产生的磁场强度也不同。于此同时，装有磁流变液18的圆柱筒中滚轮19与叶片7转动带动磁流变液切割磁感线，磁流变液的流动性粘度发生变化，提高叶片转动的阻尼力，进而达到消能减振的目的。

该装置发生上下振动时，形状记忆合金弹簧12压缩挤压压电发电单元13产生电，通过电能提取与存储单元14储存电能，再通过控制器1将电流导出到励磁线圈中，励磁线圈17缠绕在装有磁流变液18的圆柱筒6外周上，其通过整个装置振动幅度的大小改变磁场强弱，即振动越剧烈，叶片转动所受的阻尼力越大。衔接部与控制部在振动作用下发生相对运动，故而衔接部的齿板11和控制部的齿轮9发生咬合运动，齿轮转动带动两圆柱筒体内的滚轮19与叶片7一起运动，叶片在磁流变液18内转动消耗能量。

该减振控制装置是一种新型抑制舞动耗能装置，改变了被动控制的单一性和局限性，达到更好的防舞动控制效果。

该减振控制装置使用磁流变液与压电陶瓷相结合的方式实现半主动控制，压电陶瓷受压产生的电能作用于励磁线圈，励磁线圈根据所通电流大小改变磁场强弱，进而改变磁流变液的粘滞性，改变叶片转动的阻尼力，实现了能源的合理利用。

该减振控制装置采用轻质材料frp，且主体部分采用中空的形式，减小了整个装置的总重量，给输电线带来的负担较小，设计合理，安装方便，效果明显。

本专利的上述实施方案并不是对本发明保护范围的限定，本专利的实施方式不限于此，凡此种种根据本专利的上述内容，按照本领域的普通技术知识和惯用手段，在不脱离本专利上述基本技术思想前提下，对本专利上述结构做出的其它多种形式的修改、替换或变更，均应落在本专利的保护范围之内。