ГАСИТЕЛЬ ВИБРАЦИИ
VIBRATION DAMPER

Изобретение относится к области электроэнергетики, а именно к гасителям вибрации для защиты проводов, молниезащитных тросов, самонесущих оптических кабелей воздушных линий электропередачи и линий связи.
Известен демпфер колебаний Стокбриджа, содержащий пару демпфирующих грузов, соединенных многожильным стальным кабелем, зажим, прикрепленный к кабелю в местоположении, расположенном между грузами, для прикрепления к воздушной линии электропередачи, причем указанный многожильный стальной кабель содержит один или более слоев проволоки, в котором в точке соединения демпфирующих грузов с многожильным стальным кабелем один слой проволоки прикреплен к грузу и оставшийся, по меньшей мере, один слой проволоки является свободным для перемещения [1].
Практика применения таких демпферов колебаний Стокбриджа с грузами, симметрично расположенными относительно вертикальной оси закрепления упругого демпфирующего троса на проводе линии и формой грузов типа гантели или собачьей кости («dogbone») показала, что они имеют существенные недостатки, как с точки зрения их многорезонансных вибрационных характеристик, так и с позиций отрицательного влияния на качество упругого демпфирующего троса (имели место многочисленные случаи разрушения проволок троса и, как следствие этого, падение гасителей на землю).
Наиболее близким техническим решением по отношению к предложенному является гаситель вибрации для защиты проводов, молниезащитных тросов воздушных линий электропередачи и самонесущих волоконно-оптических кабелей связи, содержащий металлический, или из пластического материала, или из композитного материала корпус округлой или иной геометрической формы, выполненный в виде полого тела, заполненный обладающей способностью перетекать в пространстве средой и жестко или с ограниченной прочностью соединенный с зажимом для закрепления на проводе, молниезащитном тросе или кабеле связи, демпферный узел, выполненный в виде, по меньшей мере, одной мембраны, имеющей, по крайней мере, одно дросселирующее отверстие, с закрепленным на ней, по крайней мере, одним грузом, мембрана представляет собой, по меньшей мере, одну пластину, изготовленную из металлического сплава, или из резины, или из композитного материала, армированного металлическими или полимерными элементами, внутренний объем корпуса разделен, по меньшей мере, на две или более камеры одинакового или разного объема и формы, причем отношение габаритного размера мембраны к ее толщине составляет (1÷1000), отношение размера отверстий в мембране к габаритному размеру мембраны составляет (0,001÷0,5) [2].
Эксперименты, проведенные на вибростенде, показали, что демпфирующие и динамические характеристики такого гасителя вибрации оказались недостаточно высокими, а его жесткостные и диссипативные свойства не соответствовали эффективному уровню защиты проводов, молниезащитных тросов воздушных линий электропередачи и самонесущих волоконно-оптических кабелей связи.
Заявитель ставил перед собой задачу разработать гаситель вибрации для защиты проводов, молниезащитных тросов, самонесущих оптических кабелей воздушных линий электропередачи и линий связи, характеризующийся высокими амплитудно-частотными характеристиками (многочастотными вибрационными характеристиками, имеющими больше, чем два резонансных частотных пика), а также создать вариант гасителя вибрации с большими функциональными возможностями (диагностика работоспособности его элементов и гасителя в целом, а также выработка электроэнергии для обеспечения освещения гасителя, провода, молниезащитного троса, кабеля связи, что существенно повысит видимость линий и, следовательно, обеспечит безопасность летательных аппаратов и птиц в районах расположения электроэнергетических объектов). Выше отмеченные положительные технические результаты были достигнуты за счет новой существенной совокупности конструктивных признаков гасителя вибрации (варианты), выполненного согласно настоящему изобретению, представленной в нижеследующей формуле: «гаситель вибрации для защиты проводов, молниезащитных тросов воздушных линий электропередачи и самонесущих волоконно-оптических кабелей связи, содержащий металлический, или из пластического материала, или из композитного материала корпус округлой или иной геометрической формы, выполненный в виде полого тела, заполненный обладающей способностью перетекать в пространстве средой и жестко или с ограниченной прочностью соединенный с зажимом для закрепления на проводе, молниезащитном тросе или кабеле связи, демпферный узел, выполненный в виде, по меньшей мере, одной мембраны, имеющей, по крайней мере, одно дросселирующее отверстие, с закрепленным на ней, по крайней мере, одним грузом, мембрана представляет собой, по меньшей мере, одну пластину, изготовленную из металлического сплава, или из резины, или из композитного материала, армированного металлическими или полимерными элементами, внутренний объем корпуса разделен, по меньшей мере, на две или более камеры одинакового или разного объема и формы, причем отношение габаритного размера мембраны к ее толщине составляет (1÷1000), отношение размера отверстий в мембране к габаритному размеру мембраны составляет (0,001÷0,5); мембрана, своими торцами, расположенная в пазах, корпуса, разделяет его внутренний объем на две камеры и не подпружинена по вертикальной оси снизу своего основания; толщина и масса груза выбираются такими, чтобы статический прогиб мембраны не превышал 100 мм; зажим с корпусом объединен конструктивно, мембрана конструктивно объединена с грузами, а детали корпуса полностью или частично изготовлены из полимерного материала; он снабжен дополнительным элементом, предназначенным для соединения корпуса с проводом, молниезащитным тросом, кабелем связи посредством, по меньшей мере, одной спиральной пряди; мембрана изготовлена из пластмассы; в корпусе выполнено, по меньшей мере, одно дренажное отверстие; он снабжен индикатором, фиксирующим работоспособность мембраны и самого гасителя; корпус выполнен герметичным и заполнен газом или жидкостью; на поверхность корпуса нанесены защитное антикоррозионное металлическое и/или полимерное покрытие или краска, позволяющая гасителю дополнительно выполнять функцию маркера; гаситель вибрации для защиты проводов, молниезащитных тросов воздушных линий электропередачи и самонесущих волоконно-оптических кабелей связи, содержащий металлический, или из пластического материала, или из композитного материала корпус округлой или иной геометрической формы, выполненный в виде полого тела, заполненный обладающей способностью перетекать в пространстве средой и жестко или с ограниченной прочностью соединенный с зажимом для закрепления на проводе, молниезащитном тросе или кабеле связи, демпферный узел, выполненный в виде, по меньшей мере, одной мембраны, имеющей, по крайней мере, одно дросселирующее отверстие, с закрепленным на ней, по крайней мере, одним грузом, мембрана представляет собой, по меньшей мере, одну пластину, изготовленную из металлического сплава, или из резины, или из композитного материала, армированного металлическими или полимерными элементами, внутренний объем корпуса разделен, по меньшей мере, на две или более камеры одинакового или разного объема и формы; корпус полностью или частично изготовлен из прозрачных материалов, позволяющих диагностировать его работоспособность, при этом к мембране подключен генератор, способный вырабатывать электрическую энергию, преобразуемую в световую энергию для освещения гасителя и провода, молниезащитного троса, кабеля связи и/или питания соответствующих датчиков, расположенных внутри или снаружи гасителя или в непосредственной близости от него; на корпус нанесена краска, позволяющая ему дополнительно выполнять функцию маркера, и гаситель снабжен индикатором, фиксирующим работоспособность мембраны и самого гасителя».
Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг. 1 представлен гаситель вибрации (варианты), выполненный согласно настоящему изобретению, вид сбоку вдоль провода воздушной линии электропередачи.
Заявляемый гаситель вибрации (варианты), предназначенный для защиты проводов, молниезащитных тросов воздушных линий электропередачи и самонесущих волоконно-оптических кабелей связи, содержит корпус 1, соединяемый жестко или с ограниченной прочностью с зажимом 2 для закрепления на проводе (молниезащитном тросе, кабеле связи) 3, демпферный узел.
Корпус 1 округлой или иной геометрической формы в виде полого тела изготавливается металлическим, из пластического материала или из композитного материала. Он заполняется обладающей способностью перетекать в пространстве средой (инертный газ или незамерзающая жидкость). Демпферный узел выполняется в виде мембраны 4 (может быть несколько мембран), имеющей дросселирующее отверстие 5, с закрепленным на ней, по крайней мере, одним грузом (на фиг. 1 грузы конструктивно объединены с мембраной). Мембрана 4 имеет форму пластины, изготавливаемую из металлического сплава, резины, пластмассы или из композитного материала, армированного металлическими или полимерными элементами, и она в заданном исходном положении фиксируется свободно между камерами (две или более камеры), разделяющими внутренний объем корпуса 1. Камеры, разделяющие внутренний объем корпуса 1, выполняются одинакового или разного объема и формы и заполняются газом или жидкостью. Мембрана 4 по своим торцам 6 располагается (свободно закрепляется) в пазах 7, разделяет внутренний объем корпуса 1 на две камеры и выполняется не подпружиненной по вертикальной оси 8 снизу своего основания 9.
Детали корпуса 1 полностью или частично изготавливаются из полимерного материала. На наружную и/или внутреннюю поверхности корпуса 1 могут быть нанесены защитное антикоррозионное металлическое и/или полимерное покрытие или краска, позволяющая ему дополнительно выполнять функцию маркера. Зажим 2 с корпусом может быть объединен конструктивно, а мембрана 4 конструктивно может быть объединена с грузами. Корпус 1 с проводом (молниезащитным тросом, кабелем связи) 3 может соединяться посредством спиральной пряди, в нижней части корпуса 1 выполняются дренажные отверстия и в корпусе 1 может быть расположен индикатор, фиксирующий работоспособность мембраны 4 и самого гасителя (не показаны).
Отношение габаритного размера мембраны 4 к ее толщине составляет 1÷1000, отношение размера отверстий в мембране 4 к габаритному размеру мембраны 4 составляет 0,001÷0,5, причем толщина и масса груза выбираются такими, чтобы статический прогиб мембраны 4 не превышал 100 мм. Указанные пределы соотношений габаритных размеров мембраны к ее толщине, размеров отверстий в мембране к габаритному размеру мембраны, толщины и массы груза, были рассчитаны с помощью специально разработанной для данного варианта гасителя вибрации компьютерной программы и их оптимальность с точки зрения обеспечения высоких амплитудно-частотных характеристик гасителя в рамках полученных значений подтверждена положительными результатами испытаний заявляемого гасителя на вибростенде заявителя, а также практикой эксплуатации на воздушных линиях электропередачи.
По второму варианту корпус 1 полностью или частично изготавливается из прозрачных материалов, позволяющих диагностировать его работоспособность, а к мембране 4 подключается генератор 10, способный вырабатывать электрическую энергию, преобразуемую в световую энергию для освещения гасителя и провода, молниезащитного троса, кабеля связи или питания соответствующих датчиков, расположенных внутри или снаружи гасителя или в непосредственной близости от него.
Изобретение работает следующим образом.
Гаситель вибрации является основным средством гашения эоловой вибрации в воздушных линиях электропередачи и волоконно-оптических линиях связи. Гасители вибрации предложенного типа действуют по принципу рассеяния энергии провода, молниезащитного троса или волоконно-оптического кабеля связи в результате трения, возникающего за счет способности перетекать в пространстве среды (жидкость, инертный газ) из одной камеры в другую камеру корпуса гасителя через дросселирующие отверстия при периодическом движении мембраны, вызванном вибрацией провода, молниезащитного троса или волоконно-оптического кабеля связи, а также внутреннего трения в этой среде, возникающего за счет процессов сжатия и разряжения в камерах корпуса гасителя.
Эффективность гасителя вибрации определяется его амплитудно-частотными характеристиками (АЧХ), которые снимаются и исследуются с целью изучения свойств гасителей на специальных автоматизированных испытательных комплексах (вибростендах), позволяющих снимать и исследовать динамические характеристики гасителей, а также измерять их жесткостные и диссипативные свойства. В предложенном гасителе удалось достичь более высоких демпфирующих характеристик при достаточной простоте его конструкции.
Предлагаемый гаситель вибрации (варианты), предназначенный для защиты проводов, молниезащитных тросов, самонесущих оптических кабелей воздушных линий электропередачи и линий связи характеризуется существенной простотой своего конструктивного исполнения, низкой себестоимостью технологии изготовления и многорезонансным характером гашения вибрационных колебаний (более двух-трех резонансных частотных пиков амлитудно-частотной характеристики), а также обладает более широкими функциональными возможностями (диагностика и мониторинг работоспособности отдельных элементов и гасителя в целом, выработка электроэнергии для освещения гасителя и окружающих его объектов).
Источники информации
[1]. Описание изобретения к патенту №2262173 «Демпфер колебаний для воздушных линий электропередачи», H02G 7/00, H02G 7/14, заявлено 13.07.2001, опубликовано 10.10.2005.
[2]. Описание изобретения к патенту №2533657 «Гаситель вибрации проводов», H02G 7/14, заявлено 26.03.2013, опубликовано 20.11.2014.
[3]. Описание изобретения к патенту №2484568 «Гаситель вибрации проводов», H02G 7/14, заявлено 08.11.2011, опубликовано 10.06.2013.
[4]. Описание изобретения к авторскому свидетельству №625282 «Гаситель вибрации», H02G 7/14, заявлено 09.03.1977, опубликовано 25.09.1978.
[5]. Описание изобретения к патенту №2262173 «Демпфер колебаний для воздушных линий электропередачи», H02G 7/00, 7/14, заявлено 13.07.2001, опубликовано 10.10.2005.
[6]. Патент США №3052747 «Aeolian Vibration Dampers», класс 174-42, опубликован 04.09.1962.
[7]. Патент США №3400209, «Гаситель вибрации», H02G 7/14 (174-42), опубликован 03.09.1968.
[8]. Патент Германии №2991651301, «Гаситель вибрации», H02G 7/14, опубликован 16.12.1999.
[9]. Описание изобретения к патенту №2312439 «Многорезонансный гаситель вибрации», класс H02G 7/14, заявлено 21.06.2006, опубликовано 10.12.2007.
[10]. Описание изобретения к патенту №2412510 «Гаситель вибрации», H02G 7/14, заявлено 04.03.2010, опубликовано 20.02.2011.