Гаситель низкочастотных колебаний расщепленных проводов, кабелей и тросов
Владельцы патента RU 2610834:
Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт прикладной механики Российской академии наук (ИПРИМ РАН) (RU)
Изобретение относится к электроэнергетике и может быть использовано в качестве гасителя низкочастотных колебаний, например пляски расщепленных проводов и тросов воздушных линий электропередачи, а также кабелей воздушных линий связи. Гаситель состоит из демпферных элементов (2А) и (2Б), маятника (3) с грузами (4А) и (4Б) и рамы, соединяющей гаситель с проводами (кабелями, тросами) (1). Рама выполняется из U-образных дуг (8), которые подвешиваются на тягах (6) дистанционных распорок (5) и прикрепляются попарно своими концами к внешним фланцам (9А) и (9Б) демпферных элементов (2А) и (2Б) маятника (3). Внутренние фланцы (10А) и (10Б) демпферных элементов (2А) и (2Б) соединены с маятником (3) и они имеют опору с возможностью вращения на несущую ось (11). Гаситель обеспечивает высокую эффективность демпфирования вибрационных колебаний за счет большой величины логарифмического декремента колебаний, обладает эксплуатационной надежностью и технологичностью при производстве. 4 з.п. ф-лы, 3 ил.
Изобретение относится к электроэнергетике и может быть использовано в качестве гасителя низкочастотных колебаний, например пляски расщепленных проводов и тросов воздушных линий электропередачи, а также кабелей воздушных линий связи.
Известен гаситель колебаний проводов воздушных линий электропередачи и самонесущих волоконнооптических 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].
В этом техническом решении используется принцип демпфирования поперечных колебаний путем введения на пути их распространения согласованной нагрузки; однако, реализации таких условий на практике достигнуть не просто.
Наиболее близким техническим решением по отношению к предложенному является гаситель низкочастотных колебаний расщепленных проводов, кабелей и тросов, содержащий по меньшей мере пару дистанционных распорок с тягами и плашками-зажимами для крепления к расщепленным проводам, кабелям или тросам, горизонтально расположенный демпфированный маятник с грузами, раму, выполненную, из по крайней мере двух образных (в виде перевернутой буквы U) изогнутых дуг, подвешенных на упомянутых тягах дистанционных распорок и прикрепленных попарно своими концами к внешним фланцам демпферных элементов маятника, между которыми на закрепленной в указанных внешних фланцах несущей оси, параллельной расщепленным проводам, смонтированы с возможностью вращения соединенные с маятником внутренние фланцы демпферных элементов [2].
Этот известный гаситель низкочастотных колебаний расщепленных проводов, кабелей и тросов имеет следующие недостатки:
- недостаточная надежность элементов демпферного узла из-за отсутствия фиксации от их проворота;
- уровень затухания, обеспечиваемый демпферным узлом гасителя, не был нормирован, поэтому эффективность работы всего устройства не была надежно гарантирована;
- низкий логарифмический декремент колебаний маятника (менее 0,5-1,0), что снижает эффективность работы гасителя;
- жесткая связь между точками подвеса гасителя к проводам и маятником создает опасность дополнительного износа проводов в этих точках и может понизить надежность работы устройства;
- соединение тяг распорок с 
образными несущими трубами выполнялось посредством сварки, при этом прочность соединения проконтролировать было трудно, существовала опасность появления сквозных течей в трубах в зоне сварки. Кроме того, усложнялась доставка гасителей на воздушную линию из-за неразборности конструкции;
- существует опасность, что при сборке демпферного узла во внутренних объемах демпферных трубчатых элементов может сохраняться остаточная атмосферная влага. При последующем охлаждении демпфера до низких температур велика вероятность перенасыщения воздуха во внутреннем объеме и выпадение конденсата. Это может создать предпосылки к развитию коррозии металлических деталей, расположенных во внутреннем объеме;
- фиксация концов трубчатых демпферных элементов на фланцах ненадежная, трудно обеспечить герметичность, прочность соединения и ресурсную стойкость одновременно.
- имеется опасность выдавливания трубчатого демпфера из крепежного узла при длительной эксплуатации;
- отсутствие эксцентриситета между центром масс маятника и осью вращенния создавало опасность «ухода» маятника от номинального горизонтального положения из-за, например, неравномерного осаждения гололедного осадка на грузах маятника. Из-за склонности к ползучести главного компонента, применяемого в демпфере эластомера (бутилкаучук, который обеспечивает требуемое высокое демпфирование), существовала опасность, что в процессе эксплуатации маятник потеряет свое горизонтальное положение, в результате снизится эффективность работы гасителя и может недопустимо уменьшиться изоляционное расстояние от расщепленной фазы до поверхности земли.
Перед авторами и Заявителем стояла практическая задача разработки гасителя низкочастотных колебаний расщепленных проводов, кабелей и тросов значительно лучшего с точки зрения надежности конструкции в ходе длительной эксплуатации, эффективности гашения вибрационных колебаний, упрощения и удешевления технологического процесса изготовления в сравнении с гасителем аналогичного назначения, выполненного согласно ближайшему известному аналогу, взятому за прототип по отношению к предложенному техническому решению. Указанный положительный технический результат был достигнут за счет новой совокупности существенных конструктивных признаков выполненного согласно настоящему изобретению гасителя низкочастотных колебаний расщепленных проводов, кабелей и тросов, которая представлена в следующей формуле: «гаситель низкочастотных колебаний расщепленных проводов, кабелей и тросов, содержащий по меньшей мере пару дистанционных распорок с тягами и плашками-зажимами для крепления к расщепленным проводам, кабелям или тросам, горизонтально расположенный демпфированный маятник с грузами, раму, выполненную из по крайней мере двух 
образных (в виде перевернутой буквы U) изогнутых дуг, подвешенных на упомянутых тягах дистанционных распорок и прикрепленных попарно своими концами к внешним фланцам демпферных элементов маятника, между которыми на закрепленной в указанных внешних фланцах несущей оси, параллельной расщепленным проводам, смонтированы с возможностью вращения соединенные с маятником внутренние фланцы демпферных элементов. Предлагаемый гаситель отличается тем, что упомянутые демпферные элементы выполнены в виде многослойных трубчатых цилиндров с армированием, концы которых заделаны во внешних и внутренних фланцах посредством накладных полуфланцев, при этом грузы маятника закреплены с эксцентриситетом и имеют общий центр масс, расположенный ниже несущей оси вращения на величину (0,05-0,1)L, где L - общая длина маятника, тяги каждой из дистанционных распорок снабжены замками, выполненными в виде закрепленных на 
образных дугах рамы хомутов с плоскими заплечиками и отверстиями, в которые введены тяги распорок и расположены клиновые вставки, фиксирующие указанные тяги относительно дуг посредством по меньшей мере одного болта, позволяющего обеспечить надежное соединение тяг с рамой в заданном их взаимном расположения, образные дуги в зоне установки замков снабжены эластомерным покрытием, уменьшающим передачу вибрационных колебаний с проводов, кабелей или тросов на конструкцию гасителя, причем во внешних фланцах внутренних объемов трубчатых цилиндров демпферных элементов и в стенках 
образных изогнутых дуг, при выполнении их из трубы, проделаны дренажные отверстия, позволяющие организовать обмен воздухом с окружающей атмосферой, что исключает накопление и длительное существование конденсата или капель конденсата во внутренних объемах; слои армирующей оплетки в трубчатых цилиндрах демпферов выполнены с применением высокопрочной нейлоновой или низкомодульной нити; трубчатые цилиндры демпферных элементов выполнены полностью или частично из бутилкаучуковой резины (композиции); диаметр дренирующих отверстий составляет 1,5-3 мм; плашки-зажимы дистанционных распорок снабжены эластичными прокладками, изготовленными из неопреновой резины (композиции)».
Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг. 1 представлен общий вид гасителя низкочастотных колебаний расщепленных проводов, кабелей и тросов, выполненного согласно настоящему изобретению, вид в изометрии; на фиг. 2 - то же, что на фиг. 1, разрез узла соединения внешнего фланца демпферного узла с несущей осью гасителя; на фиг. 3 - то же, что на фиг. 1, вид замка для соединения дистанционных распорок с рамой гасителя.
Заявляемый гаситель низкочастотных колебаний пучка проводов, кабелей и тросов предназначен для защиты воздушной линии электропередачи с расщепленной фазой, состоящей из двух проводов 1. Основными частями гасителя являются два демпферных элемента 2А и 2Б, горизонтально расположенный маятник 3 с грузами 4А и 4Б, а также детали рамы, соединяющие гаситель с проводами (кабелями, тросами), а именно две дистанционные распорки 5А и 5Б с тягами 6 и плашками-зажимами 7 для крепления к расщепленным проводам (кабелям, тросам) 1, рама, выполняемая, например, из двух 
образных (в виде перевернутой буквы U) дуг 8, которые подвешиваются на тягах 6 дистанционных распорок 5 и прикрепляются попарно своими концами к внешним фланцам 9А и 9Б демпферных элементов 2А и 2Б маятника 3. Внутренние фланцы 10А и 10Б демпферных элементов 2А и 2Б соединены с маятником 3 и они имеют опору с возможностью вращения на несущую ось 11, параллельную расщепленным проводам (кабелям, тросам).
Демпферные элементы 2А и 2Б выполняются в виде многослойных трубчатых цилиндров с армированием и уширениями 12 на концах, которые заделываются во внешних и внутренних фланцах 9, 10 посредством накладных полуфланцев 13 и крышек. Крышки 14 внешних фланцев 9 снабжены дренажными отверстиями 15 диаметром 1,5-3 мм, позволяющие организовать вентиляцию внутренних объемов демпферов, что исключает накопление и длительное существование конденсата или капель конденсата в них. Грузы 4А и 4Б маятника 3 закреплены так, что они имеют общий центр масс, расположенный ниже несущей оси вращения 11 на величину (0,05-0,1)L, где L - общая длина маятника 3.
Тяга 6 каждой из дистанционных распорок 5А и 5Б снабжена парой замков, выполняемых в виде охватывающих сечение дуги 8 хомутов 16 с плоскими заплечиками 17. В отверстие 18 заплечиков 17 каждого из хомутов 16 вводится тяга 6 дистанционной распорки 5 и клиновая вставка 19, фиксирующая тягу 6 относительно дуги 8 посредством болта 20, что позволяет обеспечить надежное соединение дистанционных распорок с рамой гасителя в заданном их взаимном расположении.
Армирование трубчатых цилиндров демпферов выполняется в виде слоев армирующей оплетки из высокопрочной нейлоновой или иной низкомодульной нити.
В нижних концах образных изогнутых дуг 8, при изготовлении их из трубы, также выполняются дренажные отверстия 21 диаметром 1,5-3 мм, позволяющие организовать вентиляцию внутренних объемов, что исключает накопление и длительное существование конденсата в них.
Трубчатые цилиндры 12 демпферных элементов 2А и 2Б выполняются полностью или частично из бутилкаучуковой резины (композиции), а плашки-зажимы 7 дистанционных распорок 5А и 5Б снабжаются эластичными прокладками, изготовленными из неопреновой резины (композиции).
Изобретение работает следующим образом.
Принцип действия маятникового гасителя сводится к обеспечению поглощения энергии крутильных колебаний расщепленных проводов, кабелей или тросов. При этом маятник, перемещаясь с запаздыванием под внешним воздействием, обеспечивает рассогласование фаз поперечных и крутильных колебаний пучка проводов и в конечном счете гашение вибрационных колебаний в данной области низкочастотного диапазона. Предлагаемый гаситель низкочастотных колебаний расщепленных проводов, кабелей и тросов имеет существенные преимущества в части обеспечения высокой эффективности демпфирования вибрационных колебаний за счет большой величины логарифмического декремента колебаний, составляющего не менее 1,5÷2,0; надежной фиксации демпферных элементов, исключающей их проворот в процессе работы; вентилируемости всех внутренних полостей конструкции за счет выполнения дренажных сквозных отверстий, предотвращающих накопление атмосферной влаги во внутренних объемах гасителя; надежного соединения рамы гасителя с тягами дистанционных распорок, что резко повышает его эксплуатационную надежность и технологичность при производстве и при транспортировке; снижения вибрационного воздействия проводов (кабелей, тросов) на конструкцию гасителя, тем самым также увеличивая надежность его работы.
Источники информации
[1]. Описание к патенту РФ №2412511 «Гаситель колебаний», H02G 7/14, заявлено 26.03.2010, опубл. 20.02.2011.
[2]. Описание к патенту РФ №2501138 «Гаситель низкочастотных колебаний проводов, кабелей и тросов», H02G 7/14, заявлено 06.02.2012, опубл. 20.08.2013.
[3]. Описание к патенту РФ №2365009 «Гаситель пляски проводов воздушной линии электропередачи», H02G 7/14, заявлено 08.07.2008, опубл. 20.08.2009.
[4]. Описание к патенту РФ №2316865 «Усовершенствованный гаситель пляски проводов воздушной линии электропередачи», H02G 7/14, заявлено 25.05.2005, опубл. 10.02.2008.
[5]. Международная заявка РСТ WO 00/77902 A1 «Damper for an overhead cable», заявлена 30.05.2000, опубл. 21.12.2000.
[6]. «A New Damper to Solve Galloping on Bundled Lines. Theoretical Background». Keugten R.J. and L. Lilien. IEEE Transactions on Power Delivery. January. Vol. 13. N 1, pp 260-266.
1. Гаситель низкочастотных колебаний расщепленных проводов, кабелей и тросов, содержащий по меньшей мере пару дистанционных распорок с тягами и плашками-зажимами для крепления к расщепленным проводам, кабелям или тросам, горизонтально расположенный демпфированный маятник с грузами, раму, выполненную из по крайней мере двух U-образных изогнутых дуг, подвешенных на упомянутых тягах дистанционных распорок и прикрепленных попарно своими концами к внешним фланцам демпферных элементов маятника, между которыми на закрепленной в указанных внешних фланцах несущей оси, параллельной расщепленным проводам, смонтированы с возможностью вращения соединенные с маятником внутренние фланцы демпферных элементов, отличающийся тем, что упомянутые демпферные элементы выполнены в виде многослойных трубчатых цилиндров с армированием, концы которых заделаны во внешних и внутренних фланцах посредством накладных полуфланцев, при этом грузы маятника закреплены с эксцентриситетом ниже их несущей оси вращения, тяги каждой из дистанционных распорок снабжены замками, выполненными в виде закрепленных на U-образных изогнутых дугах рамы хомутов с плоскими заплечиками и отверстиями, в которые введены тяги распорок и расположены клиновые вставки, фиксирующие указанные тяги относительно дуг посредством по меньшей мере одного болта, позволяющего обеспечить надежное соединение тяг с рамой в заданном их взаимном расположения, U-образные изогнутые дуги в зоне установки замков снабжены эластомерным покрытием, уменьшающим передачу вибрационных колебаний с проводов, кабелей или тросов на конструкцию гасителя, причем во внешних фланцах внутренних объемов трубчатых цилиндров демпферных элементов и в стенках U-образных изогнутых дуг, при выполнении их из трубы, проделаны дренажные отверстия, позволяющие организовать обмен воздухом с окружающей атмосферой, что исключает накопление и длительное существование конденсата или капель конденсата во внутренних объемах.
2. Гаситель по п. 1, отличающийся тем, что слои армирующей оплетки в трубчатых цилиндрах демпферов выполнены с применением высокопрочной нейлоновой или низкомодульной нити.
3. Гаситель по п. 1, отличающийся тем, что трубчатые цилиндры демпферных элементов выполнены полностью или частично из бутилкаучуковой резины.
4. Гаситель по п. 1, отличающийся тем, что диаметр дренирующих отверстий составляет 1,5-3 мм.
5. Гаситель по п. 1, отличающийся тем, что плашки-зажимы дистанционных распорок снабжены эластичными прокладками, изготовленными из неопреновой резины.
