ГАСИТЕЛЬ НИЗКОЧАСТОТНЫХ КОЛЕБАНИЙ ПРОВОДОВ, КАБЕЛЕЙ И ТРОСОВ
DAMPENER OF LOW-FREQUENCY OSCILLATIONS IN WIRES, CABLES AND WIRE ROPES

Изобретение относится к областям электроэнергетики, связи, аэродромного обеспечения, а именно к гасителям низкочастотных колебаний (пляски) проводов воздушных линий электропередачи, кабелей воздушных линий связи, проводов и тросов антенно-фидерных устройств аэродромного обеспечения.
Низкочастотные колебания (пляска) представляют собой периодические движения, например, проводов воздушных линий электропередачи в вертикальной плоскости с низкой частотой (от 0,1 до 2 Гц) и амплитудой от нескольких сантиметров до нескольких метров. Последствия действия пляски бывают очень тяжелые (от повреждений проводов и линейной арматуры до разрушения опор линии), поэтому задача защиты линий от воздействия пляски чрезвычайно актуальна и лежит в плоскости быстрейшего практического применения.
Известен гаситель колебаний проводов воздушных линий электропередачи и самонесущих волоконно-оптических кабелей связи, содержащий полый корпус, жестко соединенный с зажимом для закрепления на проводе или кабеле, и демпферный узел; при этом корпус выполнен из легкого по весу материала, герметичным с возможностью не расходуемого заполнения его полости газообразной незамерзающей средой, демпферный узел выполнен в виде расположенного и имеющего возможность вертикального перемещения внутри полости корпуса инерционного элемента, выполненного в форме металлического груза, закрепленного соосно вертикальной оси корпуса на изготовленной из упругого материала диафрагме, герметично закрепленной по периметру между верхним и нижним фланцами корпуса и разделяющей его внутренний объем на верхнюю и нижнюю половины, причем корпус снабжен компенсирующими силу тяжести груза пружинами, обеспечивающими не напряженное состояние диафрагмы в статическом положении, а в грузе или диафрагме выполнено, по меньшей мере, одно сквозное дросселирующее отверстие, создающее противодействие, возрастающее с увеличением скорости перемещения через упомянутое дросселирующее отверстие газообразной среды при колебаниях провода или кабеля [1].
Данный гаситель работает по принципу гашения колебаний вязким трением или апериодических демпферов, когда для поглощения поперечных колебаний провода (кабеля) они должны встречать на пути своего распространения согласованную нагрузку, создаваемую гасителем с импедансом, равным импедансу среды распространения механической волны колебаний (перемещений газообразной среды в полостях корпуса). Такие условия оптимального гашения колебаний на практике реализовать очень трудно, что приводит к снижению интереса у заказчиков к промышленному использованию гасителей данной конструкции.
Известен также гаситель пляски проводов воздушной линии электропередачи, содержащий груз и узел крепления, посредством которого груз прикреплен к проводу; при этом груз выполнен в виде, по меньшей мере, одного металлического стержня с загнутыми в сторону провода концевыми отрезками и центральной прямолинейной частью, расположенной параллельно продольной оси провода, а узел крепления, посредством которого груз прикреплен к проводу, выполнен в виде упругой пряди проволочных спиралей, средней частью навитой на металлический стержень, а концевыми отрезками на провод навстречу друг другу, причем диаметр металлического стержня выбирается соответствующим диаметру отрезков упругой пряди проволочных спиралей [2].
Конструкция этого гасителя пляски построена с использованием так называемой спиральной арматуры, характеристики и свойства которой в применении ее в качестве гасителя пляски еще недостаточно тщательно изучены и опробованы, поэтому гасители такого типа не находят пока широкого применения. Кроме того, они в основном могут применяться только на воздушных линиях связи с волоконно-оптическими кабелями или на воздушных линиях электропередачи низких классов напряжения, из-за технологических трудностей изготовления проволочных спиралей на большие диаметры проводов и на высокие рабочие напряжения.
Наиболее близким техническим решением от отношению к предложенному является гаситель низкочастотных колебаний проводов, кабелей и тросов, содержащий корпус с закрепленными на нем демпферным узлом, маятником и средствами для соединения с проводами или кабелями или тросами [3].
Полевые испытания указанного ближайшего аналога предложенному гасителю низкочастотных колебаний проводов, кабелей и тросов показали, что он оказался излишне чувствительным к низким температурам и это существенно ограничило его практическое применение на электроэнергетических объектах в странах с суровыми климатическими условиями. Увлажнение шарикоподшипникового узла маятника с последующим промерзанием затрудняло его свободное вращение и, следовательно, значительно уменьшало «противоплясочное» действие гасителя, то-есть его эффективность как средства борьбы с пляской.
Заявитель и авторы ставили перед собой задачу проектирования новой конструкции гасителя низкочастотных колебаний проводов, кабелей и тросов, лишенной вышеуказанных недостатков известного технического решения. Практический положительный технический результат, а именно повышение эффективности работы гасителя в условиях низких температур, исключение повреждений проводов (кабелей, тросов) от усталостных явлений из-за вибрации, вызванных жестким закреплением гасителя на проводах (кабелях, тросах), удешевление его цены и упрощение конструкции, был достигнут за счет новой совокупности существенных конструктивных признаков предложенного гасителя низкочастотных колебаний проводов, кабелей и тросов изложенной в нижеследующей формуле изобретения: «гаситель низкочастотных колебаний проводов, кабелей и тросов, содержащий корпус с закрепленными на нем демпферным узлом, маятником и средствами для соединения с проводами или кабелями или тросами; демпферный узел состоит из, по крайней мере, двух цилиндрических трубок, размещенных вдоль общей оси, внутри которых с зазором расположен стержень, при этом внешние концы цилиндрических трубок неподвижно закреплены во фланцах, а их внутренние концы закреплены в опирающейся на стержень втулке, установленной с возможностью осевого вращения, маятник состоит из, по меньшей мере, двух параллельных стержней и двух грузов, закрепленных соответственно на одних концах параллельных стержней, другие концы которых закреплены диаметрально противоположно на боковой поверхности втулки, корпус гасителя выполнен в виде, по крайней мере, двух U-образно изогнутых дуг, концы каждой из которых жестко закреплены в упомянутых фланцах демпферного узла и жестко соединены с концами вышеуказанного стержня, причем средства для соединения с проводами или кабелями или тросами выполнены в виде дистанционных распорок, жестко закрепленных на дугообразных частях U-образно изогнутых дуг; цилиндрические трубки изготовлены из атмосферостойкого эластомерного компаунда на основе смеси синтетических каучуков; внутренние объемы цилиндрических трубок герметизированы и снабжены влагопоглотителем; U-образно изогнутые дуги выполнены сплошными или в виде трубки; дистанционные распорки жестко закреплены на дугообразных частях U-образно изогнутых дуг посредством клиновых замков или сваркой; грузы маятника выполнены в виде сплошных цилиндрических тел, имеющих по торцам полусферическую или близкую к полусферической форму; втулка установлена с возможностью осевого вращения посредством подшипника скольжения, распложенного внутри втулки с опорой на стержень демпферного узла; подшипник скольжения выполнен из металлофторопласта».
Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг.1 представлен общий вид гасителя низкочастотных колебаний проводов, кабелей и тросов, выполненного согласно настоящему изобретению, аксонометрический вид в смонтированном положении гасителя на проводах расщепленной фазы воздушной линии электропередачи, на фиг.2 - то же, что на фиг.1, вид (разрез) перпендикулярно проводам расщепленной фазы линии.
Заявляемый гаситель низкочастотных колебаний проводов, кабелей и тросов состоит из демпферного узла, маятника и средств для соединения гасителя с проводами 1, например, расщепленной фазы (на фиг.1 показана фаза линии, расщепленная на две составляющие (два провода в фазе).
Демпферный узел представляет собой комплект из двух цилиндрических трубок 2, 3, расположенных на общей оси 4. Внутри цилиндрических трубок 2, 3 с зазором проходит стержень 5. Внешние концы 6, 7 цилиндрических трубок 2, 3 неподвижно закрепляются во фланцах 8, а их внутренние концы 9, 10 закрепляются во втулке 11, которая опирается на стержень 5. Втулка 11 устанавливается с возможностью осевого вращения посредством подшипника скольжения 12 из металлофторопласта, распложенного внутри втулки 11 с опорой на стержень 5 демпферного узла.
Цилиндрические трубки 2, 3 изготавливаются из атмосферостойкого эластомерного компаунда на основе смеси синтетических каучуков, их внутренние объемы герметизированы и снабжены влагопоглотителем.
Маятник выполнен в виде двух параллельных стержней 13, 14 и двух грузов 15, 16, закрепляемых на концах 17, 18 параллельных стержней 13, 14. Вторые концы 19, 20 параллельных стержней 13, 14 закрепляются диаметрально противоположно на боковой поверхности втулки 11. Грузы 15, 16 маятника представляют собой сплошные цилиндрические тела, по торцам полусферической или близкой к полусферической формы.
Корпус гасителя выполнен в виде двух U-образно изогнутых дуг 21, 22, жестко закрепленных во фланцах 8 демпферного узла и жестко соединенных с концами стержня 5. U-образно изогнутые дуги 21, 22 могут быть выполнены сплошными или в виде трубки. Средства для соединения с проводами (кабелями, тросами) 1 выполнены в виде дистанционных распорок 23, 24 жестко закрепленных на дугообразных частях 25, 26 U-образно изогнутых дуг 21, 22 клиновыми замками или сваркой.
Изобретение работает следующим образом.
Действие гасителя низкочастотных колебаний (пляски) маятникового типа основано на управлении частотой и энергопоглощением при крутильных колебаниях, расщепленной фазы воздушной линии электропередачи, кабелей воздушных линий связи, проводов и тросов аэродромных комплексов аэродромного обеспечения, что приводит к резкому уменьшению амплитуды пляски. Пляска возникает при определенных атмосферных условиях, и действие гасителя направлено на ослабление ее влияния на провода (кабели, тросы) и элементы линии. При возникновении пляски маятник раскачивается и передает свое вращение на демпферный узел, демпферы которого за счет внутреннего трения обеспечивают эффект демпфирования и расстройки частот вертикальных и крутильных колебаний. Таким образом, предложенный гаситель является фактически гасителем-расстраивателем низкочастотных колебаний (пляски), в котором объединены свойства крутильного демпфирования и расстройки.
Применение предложенной конструкции позволит добиться значительного (в 3-5 раз) удешевления гасителя; исключить возможность увлажнения узла крепления маятника на центральной оси и обеспечить его свободное вращение при оледенении самого гасителя; развести подвижные детали (грузы) и неподвижные части (корпус, демпферный узел) гасителя, достигая при этом хорошей подвижности маятника, то есть повышая эффективность гасителя; предотвратить повреждения проводов (кабелей, тросов) от усталостных явлений из-за вибраций за счет обеспечения амортизированной подвески маятника к корпусу гасителя; горизонтальное положение маятника позволило устранить проблемы, связанные с изменением стрелы провеса проводов (кабелей, тросов) при изменении атмосферных условий (наличие или отсутствие гололеда, колебания температуры) при вертикальном положении маятника в прототипе, причем избежать проблем с уменьшением горизонтальных изоляционных расстояний на линии можно, используя некоторую разницу в точках монтажа гасителей по длине пролета.
Предлагаемый гаситель низкочастотных колебаний проводов воздушной линии электропередачи, кабелей воздушных линий связи, проводов и тросов аэродромных комплексов аэродромного обеспечения, то есть «Торсионный демпфер и детюнер» («расстраиватель и гаситель крутильных колебаний» был построен совместно ЗАО ТАИЗ (Россия) и ULG (Льежский университет, Бельгия).
После проведения всесторонних испытаний опытных образцов (определение передаточной функции, определение энергии диссипации, демпфирующей способности, крутильной жесткости, ресурсные испытания, испытания на вибрацию) новый гаситель предполагается поставлять на электроэнергетические и другие объекты в России и в странах СНГ.
Источники информации
1. Описание к патенту РФ №2412511 «Гаситель колебаний». ЗАО МЗВА, Антимонов В.А и др. H02G 7/14. Заявлено: 26.03.2010. Опубликовано: 20.02.2011.
2. Описание к патенту РФ №2365009 «Гаситель пляски проводов воздушной линии электропередачи». ЗАО ЭССП, Жигулин С.В. и др. H02G 7/14. Заявлено: 08.07.2008. Опубликовано: 20.08.2009.
3. Описание к патенту РФ №2316865 «Усовершенствованный гаситель пляски проводов воздушной линии электропередачи». ЗАО ЭССП и Льежский Университет (Бельгия), Виноградов А.А., Лилиен Жан-Луи. H02G 7/14. Заявлено: 25.05.2005. Опубликовано: 10.02.2008.
4. Международная заявка по РСТ № WO 00/77902 A1 «Damper for an overhead cable», Van Dyke, Pierre et al. H02G 7/14, заявлена 30.05.2000, опубликована 21.12.2000.
5. «A New Damper to Solve Galloping on Bundled Lines. Theoretical Background». Keutgen R. and J.L. Lilien. IEEE Transactions On Power Delivery. January. Vol.13. N 1, pp.260-266.