一种复合式阻尼装置、隔震支架及供电系统的制作方法

1.本技术涉及一种地震防护装置，尤其涉及一种复合式阻尼装置、隔震支架及供电系统。


背景技术：

2.变电站中避雷器、互感器、支柱绝缘子等设备结构细长，多节设备元件之间通过法兰连接在一起，形成柱状结构，因此统称其为支柱类设备。这类设备多由脆性的陶瓷材料组成，耗能和变形能力差，在地震发生时，由于支柱类设备的柱状结构，容易产生共振，此类设备的固有频率分布在1至10hz之间。尤其是特高压设备，其固有频率在2hz左右分布，与地震波的卓越频率接近，在地震作用下容易因为共振而遭到破坏。因此需要在支柱类设备的某些部位增设阻尼器，为其提供一定的附加刚度或附加阻尼，并以此来耗散输入的地震能量，从而减轻结构动力反应，保护主体结构的安全。
3.钢丝绳阻尼器由于具有环境适应性强、使用寿命长、安装方式多样、良好的抗冲性能、阻尼大、安装方便等优点，广泛的应用在电气设备的减隔震领域。钢丝绳阻尼器的结构包括吊环、拉索、质量块，其中，吊环固定在要保护的支柱类设备顶部，拉索一端连接吊环，另一端连接质量块，其原理是利用质量块摆动通过重力产生的反作用力耗减运动能量，起到阻尼作用。
4.但是由于钢丝绳阻尼器本身摆动的特性，其在降低支柱类设备的地震加速度响应和应力响应的同时，也会使得支柱类设备顶部的位移反而增加。


技术实现要素：

5.本技术提供了一种复合式阻尼装置、隔震支架及供电系统，以解决支柱类设备在安装钢丝绳阻尼器后，在地震时会使得支柱类设备顶部的位移反而增加的问题。
6.第一方面，本技术提供一种复合式阻尼装置，包括吊环、拉索和环形弹簧阻尼器，其中，所述拉索一端与所述吊环连接，另一端与所述环形弹簧阻尼器连接；所述环形弹簧阻尼器包括至少两个拉索通孔、长柄端板、短柄端板、环形弹簧和外壳，其中，所述拉索穿过一个所述拉索通孔与所述长柄端板连接；所述拉索穿过另一个所述拉索通孔与所述短柄端板连接；所述短柄端板固定在所述外壳的内部；所述环形弹簧一端固定在所述外壳的内部，另一端与所述长柄端板连接。
7.使用时，将吊环固定在要保护的电气设备上部，例如支柱类设备。吊环的固定方式可选，例如焊接方式或者螺栓连接方式。短柄端板固定在所述外壳的内部不能移动，长柄端板在所述外壳的内部可以通过压缩环形弹簧进行移动。环形弹簧一端固定在所述外壳的内部不能移动，另一端与长柄端板连接，长柄端板可以在外壳内部做活塞运动。
8.当地震来临时，拉索和环形弹簧阻尼器共同作用降低电气设备的地震响应，其中拉索可以将电气设备顶部位移传递到环形弹簧阻尼器的长柄端板和短柄端板两端，通过长柄端板的活塞运动不断压缩环形弹簧，将地震的动能转换成弹簧的势能并通过摩擦产生热
能，消耗地震能量，最终减少电气设备顶部的位移，为电气设备提供良好的减震效果。
9.可选的，所述环形弹簧阻尼器包括导向滑轮，其中，所述导向滑轮固定在所述外壳的内部，所述拉索缠绕在所述导向滑轮上。
10.导向滑轮固定在拉索通孔下方，通过导向滑轮将拉索的方向，从进入拉索通孔的竖直方向，改变成向着长柄端板和短柄端板的水平方向。这样改变拉索的方向后，便于将电气设备顶部位移，由拉索的竖直方向运动，转化成长柄端板的水平运动。经过导向滑轮可以减少拉索的磨损，增加产品的使用寿命。
11.可选的，所述环形弹簧阻尼器还包括内壳，其中，所述内壳包括外壁、端面、开口，所述内壳固定在所述外壳的内部；所述内壳外壁与所述外壳的内壁连接；所述内壳的开口与所述短柄端板连接；所述内壳的端面与所述环形弹簧连接；所述环形弹簧在所述内壳的内部，一端与所述长柄端板连接，另一端固定在所述内壳的端面上；所述长柄端板在所述内壳的内部，所述长柄端板包括长柄和端板，所述长柄端板的长柄穿过所述内壳端面的通孔与所述拉索连接；所述长柄端板与所述内壳组成活塞结构。
12.所述内壳和外壳可以根据实际需要设置成不同形状，例如外壳设置为长方体、内壳设置为圆柱体。外壳设置成长方体便于携带和安装，内壳设置为圆柱体便于环形弹簧安装和固定。长柄端板的长柄穿过内壳端面的通孔，使长柄端板在内壳内部做活塞运动时结构更加稳定。内壳作为单独的部件便于以后的维修和更换。
13.可选的，所述内壳与所述短柄端板通过螺纹方式连接。
14.内壳与短柄端板通过螺纹方式连接可以方便产品的安装和维修。
15.可选的，所述环形弹簧包括环形弹簧外环和环形弹簧内环，其中，所述环形弹簧内环外壁与所述环形弹簧外环内壁接触。
16.环形弹簧在压缩过程中，由于摩擦力的存在，将机械能转化为热能，从而起到消耗能量的效果，故此环形弹簧具有缓冲和耗能的作用。环形弹簧内环和环形弹簧外环的个数可以根据不用类型的电气设备进行调整。环形弹簧构造简单，不但具有良好的耗能能力和稳定的工作性能，而且适用于室外环境的使用与维护。
17.可选的，所述长柄端板的长柄上设有与所述拉索连接的通孔；所述短柄端板的短柄上设有与所述拉索连接的通孔。
18.长柄端板和短柄端板上设有通孔，方便产品的安装和维修。
19.可选的，包括花篮螺栓，其中，所述花篮螺栓一端与所述吊环连接，另一端与所述拉索连接。
20.通过花篮螺栓可以将拉索张紧，并附加一定的预应力。通过设定预应力，可以使环形弹簧更加灵敏，一旦电气设备顶部产生比较小的位移时，拉索就能够将其传递到环形弹簧阻尼器上，使其能够工作。
21.第二方面，本技术提供一种隔震支架，包括上述的复合式阻尼装置、固定平台、支架体，其中，所述固定平台设置在所述支架体上；所述环形弹簧阻尼器固定在所述固定平台上。
22.钢丝绳阻尼器是质量块摆动时，通过重力来增加阻尼力，即质量块的重量越大，阻尼力越大。通过将环形弹簧阻尼器固定在所述固定平台上，可以减少复合式阻尼装置对质量块重量的需求。复合式阻尼装置增加阻尼力的方式由环形弹簧的压缩力取代了质量块摆
动的重力，从而减少对材料的需求，降低产品的成本。
23.第三方面，本技术提供一种供电系统，包括上述的隔震支架、电气设备，其中，所述电气设备设置在所述支架体上。
24.当地震作用在供电系统时，可以满足电气设备在地震输入下的减隔震要求，降低电气设备顶部的位移响应，进而满足电气设备的正常使用间距要求。拉索和环形弹簧阻尼器共同作用降低地震响应，其中拉索可以将电气设备顶部位移传递到环形弹簧阻尼器，环形弹簧阻尼器通过长柄端板做活塞运动，压缩环形弹簧产生热能，消耗地震能量，最终减少电气设备顶部的位移，为电气设备提供良好的减震效果，保护供电系统的安全。
附图说明
25.为了更清楚地说明本技术的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
26.图1为本技术所述复合式阻尼装置及隔震支架的结构示意图；
27.图2为本技术所述环形弹簧阻尼器的结构示意图；
28.图3为本技术所述环形弹簧未受力时的结构示意图；
29.图4为本技术所述环形弹簧受力时的结构示意图；
30.图示说明：
31.其中，1-吊环，2-花篮螺栓，3-拉索，4-环形弹簧阻尼器，5-固定平台，6-支架体，7-电气设备,41-拉索通孔，42-导向滑轮，43-长柄端板，44-短柄端板，45-内壳，46-外壳，47-环形弹簧，471-环形弹簧外环，472-环形弹簧内环。
具体实施方式
32.下面将详细地对实施例进行说明，其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下实施例中描述的实施方式并不代表与本技术相一致的所有实施方式。仅是与权利要求书中所详述的、本技术的一些方面相一致的系统和方法的示例。
33.变电站中避雷器、互感器、支柱绝缘子等设备结构细长，多节设备元件之间通过法兰连接在一起，形成柱状结构，因此统称其为支柱类设备。这类设备多由脆性的陶瓷材料组成，耗能和变形能力差。地震作用下支柱类设备多为套管根部法兰连接处折断或套管从法兰胶装部位拔出。支柱类设备由于其特殊的结构形式，在地震高烈度区，单纯依靠提高结构强度硬抗往往不能满足抗震设防要求，这就需要采取相应的减震技术，来降低设备的地震响应。减震技术通过给支柱类设备安装钢丝绳阻尼器，通过质量块摆动产生的反作用力，消耗地震能量来达到保护设备的目的。
34.但是由于钢丝绳阻尼器本身摆动的特性，其在降低支柱类设备的地震加速度响应和应力响应的同时，也会使得支柱类设备顶部的位移反而增加。
35.为了解决上述问题，本技术提供一种复合式阻尼装置，包括：吊环1、拉索3和环形弹簧阻尼器4，其中，拉索3一端与吊环1连接，另一端与环形弹簧阻尼器4连接。
36.在装配过程中，将一对吊环1固定在要保护的电气设备7顶部，可以选择焊接或者
螺栓连接的方式。拉索3可以设置为钢丝绳。环形弹簧阻尼器4根据实际需要增加配重。
37.环形弹簧阻尼器4的结构示意图，如图2所示，环形弹簧阻尼器4包括：拉索通孔41、长柄端板43、短柄端板44、内壳45、外壳46、环形弹簧47。外壳46根据实际需要设置为长方体，内壳45根据实际需要设置为圆柱体。外壳46底部有带内螺纹的通孔，内壳45上有带通孔的固定片，通过螺钉将内壳45固定在外壳46的内部，也可以通过焊接方式将内壳45固定在外壳46的内部。
38.内壳45包括圆柱形外壁、端面和开口，端面和外壁为焊接在一起或一体成型，开口处有内螺纹，短柄端板44外周有外螺纹，内壳45和短柄端板44通过螺纹方式连接。也可以在内壳45的开口处的外壁设有带内螺纹的通孔，短柄端板44外周设有带内螺纹的凹槽，使用螺栓的方式将短柄端板44连接到内壳45的开口处。
39.环形弹簧47一端焊接在内壳45的端面上，另一端与长柄端板43焊接在一起。也可以在内壳45的端面上设有带内螺纹的通孔，长柄端板43的端板上也设有带内螺纹的通孔，环形弹簧47一端通过螺栓连接在内壳45的端面上，另一端也通过螺栓连接方式与长柄端板43连接在一起。
40.长柄端板43包括长柄和端板，长柄端板43放置在内壳45内部，长柄穿过内壳45端面的通孔，长柄端板43与内壳45组成活塞结构。长柄端板43在内壳中做活塞运动时会不断的压缩环形弹簧47，从而把动能转化为弹簧势能，并通过摩擦产生热能，将地震能量消耗掉。
41.环形弹簧47包括环形弹簧外环471和环形弹簧内环472，所述环形弹簧内环472的外壁与所述环形弹簧外环471的内壁接触。当环形弹簧47轴向有作用力加载时，如图4所示，环形弹簧内环472下压，使得环形弹簧外环471产生外扩。随着整个环形弹簧47的逐步轴向压缩，环形弹簧外环471约束环形弹簧内环472的张力逐渐增加，环形弹簧外环471与环形弹簧内环472接触面之间的接触压力相应增大，伴随着挤压力的是环形弹簧外环471、环形弹簧内环472接触面之间的滑动摩擦力，其在加载过程中也呈增大的趋势。
42.环形弹簧47达到设计行程之后，环形弹簧47开始卸载，在此瞬间，环形弹簧外环471与环形弹簧内环472之间的滑动摩擦力方向发生突变，使得环形弹簧47在卸载初始阶段的恢复力曲线出现刚塑性特征，此后，随着环形弹簧47逐步恢复到原始状态，如图3所示，环形弹簧外环471和环形弹簧内环472的变形逐渐消退，相应的挤压力和滑动摩擦力趋于零。
43.在上述加载和卸载过程中，环形弹簧47的恢复力-位移曲线形成了明显的滞回环，且具有自复位特性。由环形弹簧47的滞回特性可见，环形弹簧47在加载和卸载过程中，由于摩擦力的存在，将机械能转化为热能，从而起到消耗能量的效果，故此环形弹簧47具有缓冲和耗能的作用。环形弹簧构47造简单，不但具有良好的耗能能力和稳定的工作性能，而且适用于室外环境的使用与维护。环形弹簧外环471和环形弹簧内环472的个数可以根据需求设计。
44.安装完成后，检查吊环1固定是否牢固，如果有不牢固的地方，需要对不牢固的地方进行调整。检查拉索3连接是否牢固，如果有不牢固的地方，需要对不牢固的地方进行调整。
45.在一种示意性实施方式中，在长柄端板43和短柄端板44两侧还各设有一个导向滑轮42，导向滑轮42通过螺钉固定在外壳46内壁上，也可以通过焊接方式将导向滑轮42固定
在外壳46内壁上。导向滑轮42设置在拉索通孔41的下方。
46.在装配时，将两条拉索3一端分别连接到吊环1上，其中一条拉索3的另一端穿过拉索通孔41后，绕经导向滑轮42与长柄端板43连接；另一条拉索3的另一端穿过拉索通孔41后，绕经导向滑轮42与短柄端板44连接。通过导向滑轮42将拉索3从穿过拉索通孔41时的竖直方向，改变成向着长柄端板43和短柄端板44的水平方向，从而有利于将拉索3的竖直方向运动，转化成长柄端板43的水平运动，减少拉索3的磨损。
47.长柄端板43和短柄端板44的端板柄留有用于与拉索3相连的通孔，方便连接安装。
48.当地震来临时，拉索3和环形弹簧阻尼器4共同作用降低电气设备的地震响应，其中拉索3可以将电气设备7顶部位移传递到环形弹簧阻尼器4的长柄端板43和短柄端板44两端，通过长柄端板43的活塞运动不断压缩环形弹簧47，将地震的动能转换成弹簧的势能并通过摩擦产生热能，消耗地震能量，最终减少电气设备7顶部的位移，为电气设备7提供良好的减震效果。
49.基于上述实施例提供的复合式阻尼装置，本技术的部分实施例还提供一种隔震支架，其结构示意图如图1所示，包括上述的复合式阻尼装置、花篮螺栓2、固定平台5和支架体6。其中，支架体6要使用强度很大的材料，例如不锈钢材料。支架体6上可以放置多个电气设备7，例如支架体6上放置三个电气设备7。
50.在装配过程中，先将支架体6放置到变电站中要安装设备的位置，并将其与地面进行锚固。在支架体6的上部安装三个电气设备7，其中一个电气设备7安装在支架体6中间部位，剩余两个电气设备7安装在支架体6的两端，三个电气设备7形成一排，三个电气设备7之间留有合适的空隙。
51.在装配时，需要在中间的电气设备7的顶部适当位置焊接或者螺栓连接一对吊环1。由于三个电气设备7和支架体6构成了一个整体，所以只要在中间的电气设备7上安装所述复合式阻尼装置就可以保护整体结构的安全。
52.在支架体6的下部焊接固定平台5，根据实际需要，固定平台5选用槽钢平台。
53.将环形弹簧阻尼器4焊接或者螺栓连接在固定平台5上，环形弹簧47轴向可选为电气设备7结构刚度较小的方向。环形弹簧阻尼器4不需要增加配重。
54.将两条拉索3一端分别通过花篮螺栓2连接到吊环1上，另一端按照上述方案连接到环形弹簧阻尼器4上。
55.调整花篮螺栓2，将两条拉索3张紧，并给两条拉索3施加相等的预应力，施加的预应力可以根据实际需求设计。
56.当地震来临时，拉索3和环形弹簧阻尼器4共同作用降低隔震支架整体的地震响应，其中拉索3通过导向滑轮42可以将电气设备7顶部位移传递到环形弹簧阻尼器4的长柄端板43和短柄端板44两端，通过长柄端板43的活塞运动不断压缩环形弹簧47，将地震的动能转换成弹簧的势能并通过摩擦产生热能，消耗地震能量，最终减少电气设备7顶部的位移，为隔震支架提供良好的减震效果。
57.基于上述实施例提供的隔震支架，本技术的部分实施例还提供一种供电系统，包括上述的隔震支架和电气设备7，其中，电气设备7设置在支架体6上。
58.变电站可以根据实际需要，按照上述方案安装多个隔震支架，组成供电系统。
59.当地震作用在供电系统时，可以满足电气设备7在地震输入下的减隔震要求，降低
电气设备7顶部的位移响应，进而满足电气设备7的正常使用间距要求。拉索3和环形弹簧阻尼器4共同作用降低地震响应，其中拉索3可以将电气设备7顶部位移传递到环形弹簧阻尼器4，环形弹簧阻尼器4通过长柄端板43做活塞运动，压缩环形弹簧47通过摩擦产生热能，消耗地震能量，最终减少电气设备7顶部的位移，为电气设备7提供良好的减震效果，保护供电系统的安全。
60.本技术提供的实施例之间的相似部分相互参见即可，以上提供的具体实施方式只是本技术总的构思下的几个示例，并不构成本技术保护范围的限定。对于本领域的技术人员而言，在不付出创造性劳动的前提下依据本技术方案所扩展出的任何其他实施方式都属于本技术的保护范围。