一种平动快速阻尼弹性释放器及设计方法技术

通过由MEMS加速度计构建的MEMS惯性测量系统测量出导线平动的幅度和频率，进而根据该平动的幅度和频率设计阻尼释放器的结构及阻尼参数，主要包括压簧的弹性系数，压簧长度、节数(阶数也就是几阶阻尼器)、质量、材质和调节螺栓等；进而设计一种平动快速阻尼弹性释放器，包括外壳筒、滑杆、螺栓、密封圈、支撑轴承、压簧或拉簧、小球、套筒、调节螺栓和顶珠，其工作原理是通过把导线的动能转化为弹性势能，无振荡地释放掉，即弹性势能不会再返回到导线上，导线能量释放曲线为负斜率很大的单调曲线。该阻尼弹性释放器结构简单，更换方便，尤其能够快速释放掉导线运动能量，而不会产生振荡，平稳性好，具有较长的使用寿命和应用价值。

A new type of flexible elastic releaser with fast damping and its design method

Through the MEMS inertial measurement system to measure the amplitude and frequency of the wire by translational MEMS accelerometer was constructed, and then according to the structure and the motion amplitude and frequency damping design of damping release parameters, including the elastic coefficient of the pressure spring, pressure spring length, node number (order number is several orders, quality, damper) material and adjusting bolt etc.; and then design a translational fast release elastic damping cylinder, which comprises a shell, a sliding rod, a bolt, a seal ring and a supporting bearing, a pressure spring or a tension spring, ball, sleeve, and a regulating bolt, its working principle is through the wire of the kinetic energy into elastic potential energy release, no oscillation fall, namely elastic energy will not return to the wire, the wire energy release curve is monotone curve with negative slope greatly. The damping elastic releaser has the advantages of simple structure and convenient replacement, in particular, it can quickly release the motion energy of the wire without oscillation, good stability and long service life and application value.

【技术实现步骤摘要】
一种平动快速阻尼弹性释放器及设计方法
本专利技术属于电网线路运动技术安全领域，具体涉及一种输电导线平动快速阻尼弹性释放器及其设计方法。
技术介绍
输电线路在不同气候条件的影响下，特别是特高压输电线路，会出现不同的运动幅度和频率，主要为高频微幅的微风振动、中频中幅的次档距振荡和低频大振幅的舞动，总的来说输电导线运动包括水平、垂直和扭动等三自由度运动，水平和垂直运动可统称为平动，但当幅值和频率达到一定程度时，使导线弧垂度增大、轴向应力增加，疲劳极限降低，极易造成导线断股；同时会使绝缘子串、横担及杆塔荷载变大，造成绝缘子摆动、横担变形、杆塔倾斜等严重灾害，对电网安全稳定运行构成极大威胁，也会直接对国民经济造成损失。现有的导线运动阻尼器各有优缺点：双摆阻尼释放器适用于分裂导线，安装方便，防振效果较好；相间间隔棒可应用于220kV及以下电压等级的输电线路，或更髙电压等级的紧凑型线路，存在老化、放电、弯曲等问题，大振幅防振效果较好；扰流阻尼释放器主要用于覆冰较薄的地区，单导线上应用多于分裂导线，这种防振装置质轻、易于安装，存在老化、劣化的问题；偏心重锤适用于分裂导线，注意对微风振动的影响，防振效果较好；失谐摆在单导线上应用有效，在分裂导线上的应用有待研究；压重阻尼释放器取材方便，能抑制微风振动，自由度大，容易产生扰动；线夹回转式间隔棒防振效果良好，对线路不会产生负面影响，线夹回转式间隔棒比普通间隔棒造价髙。由于导线运动问题的复杂性，所以现有常用的运动阻尼装置都有其设计上的针对性和使用上的局限性，但现有的阻尼释放器都有一个共性的缺点，导线的运动能量并不能完全快速释放掉，有一部分会重新回到导线身上，产生相互的干扰运动，甚至加速了对输电线路的损坏。尽管电网运动包括各种复杂的运动(幅度和频率都会发生变化)，对电网有损害的主要就是电网运动的幅度和频率，就某个具体的地区来说，导线运动存在主要的幅值和频率，所以需要阻尼掉这些运动能量，本专利技术着重设计一种平动快速阻尼弹性释放器，不会产生振荡，平稳性好。
技术实现思路
本专利技术的目的在于通过由MEMS加速度计构建的MEMS惯性测量系统测量出导线平动的幅度和频率，进而根据该平动的幅度和频率设计阻尼释放器的结构及阻尼参数，主要包括压簧或拉簧的弹性系数，压簧长度、节数(阶数也就是几阶阻尼器)、质量、材质和调节螺栓等。输电导线运动测量系统主要包括：输电导线运动MEMS惯性测量系统、无线传输、监控中心和供电四部分。由于本专利技术的目的是为了测量某地区电网的运动数据，可以利用真实的输电线路测量运动数据，也可以构建一个真实的模拟输电杆塔线路，安装到需要的地区，来获得该地区的线路运动数据，进而分析其幅频特性，为该地区的导线运动阻尼器的设计提供参数。由于导线的运动，MEMS惯性测量系统采集的加速度数据具有高维、复杂、动态以及高噪声等特性，首先对采集的加速度采用五点三次平滑滤波，然后进行温度补偿处理，最后去除加速度的常值偏差。对导线运动幅度的测量不是通过计算运动轨迹或定位的方法进行测量，因为轨迹或定位测量需要导航级惯性导航系统，而体积和成本都会很大，另外惯性测量的缺点在于需要初始值，并且还会随着时间的积累误差越来越大，最后导致无法测量。由于输电导线的平动幅度由导线的速度及其运动周期决定，导线的速度又由加速度及其运动周期决定，因此可直接利用加速度信号进行幅度等价分析。不管是导线的垂直还是水平运动的幅度或频率达到一定程度时，电网都会出现不同程度的损毁或损坏，由于幅度代表的是能量的大小，而幅度与加速度计输出加速度(ax,ay,az)又相关，所以采用加速度的平方和表示导线的平动运动能量，即表示幅度的程度。由于加速度是测量点处输电导线的各轴运动及受力情况，可从A式中进行运动幅度和频率的分解与识别：通过对每采集L个(ax,ay,az)数据为一组，采集的数据长度根据本地区的导线运动周期大概确定，如果不知运动周期可适当大一些；为消除偶然误差，每滑动l个数取一次平均；建立ARMA滑动自回归模型的一维时间序列A(y1,y2,...yN)，其中N＝L/l，y1,y2,...yN为一维时间序列的项；对第i段序列Ai(y1,y2,...yN)进行FFT变换，获得第i段序列的输电线运动的幅频分布。从所有段序列的幅频分布中找出本地区的主要幅度A{Am1,Am2,…Amλ}和主要频率f{fm1,fm2,…fmλ}。阻尼弹性释放器的工作原理：把导线的动能转化为弹性势能，进而无振荡地释放掉，即弹性势能不会再返回到导线上，所以导线能量释放曲线为负斜率很大的单调曲线，而不是振荡形式的释放曲线。设阻尼弹性释放能量的部分由p个压簧或拉簧组成，压簧或拉簧的弹性系数为k，则阻尼弹性周期为其中ms为弹簧质量，要避免与导线主要的运动周期一致，那样会产生干扰运动。阻尼弹性释放器中的单个弹性势能表示为其中Es为弹性势能，Δx为弹性形变量。由于阻尼弹性释放器中有p个压簧或拉簧，安装数量为q，总弹性势能约为导线平动能量表示为其中ml为档距间导线质量，El为导线动能，kl为比例系数，f为导线的主要运动频率。由于弹性释放器需要安装在两根导线上，总的导线动能为2El＝klf2mlA。如果导线动能完全转化为弹性势能，即pqEs＝2El，但由于实际条件的限制，弹簧形变也不可能直接是导线的运动幅度，弹性系数k和阻尼弹性释放器安装数量q也是有限的，因此不可能一次就直接阻尼释放掉导线上的所有动能，因此采用多次释放掉弹性势能方法进行设计最大的形变量Δx，进而计算出k。由于k已计算出，k与材质的关系为其中，单位为N/mm，G为线材的刚性模数，单位N/mm2，d为线径，Nc为有效圈数，Dm为中径，根据一个地区的导线运动特征来确定合适的压簧和拉簧参数。由于压簧和拉簧经常处于经常工作状态，材质需要耐疲劳且轻。一种平动快速阻尼弹性释放器，包括外壳筒、滑杆、螺栓、密封圈、支撑轴承、压簧、拉簧、滑球、套筒、调节螺栓和顶珠。螺栓中心开孔，与密封圈和支撑轴承固定在外壳筒两端，支撑轴承和螺栓用于稳定滑杆并使保持轴向运动，密封圈安装在轴承和螺栓之间，防止进水。外壳筒用于保护弹性运动部分和支撑套筒。在实际输电线路安装阻尼释放器时，滑杆一端固定在导线上，而在外壳筒内的一端连接由压簧和拉簧组成弹性部分，该弹性部分的另一端和滑球连接，还有一段由压簧两端连接着滑球的可滑动弹性部分，都是用于导线动能转化为弹性势能的。滑球直径略小于外壳筒内径，外壳筒内壁要光滑，能够使滑球顺利滑动。外壳筒内要有一定长度的滑动空隙，用于释放积聚在压簧或拉簧上的弹性势能。压簧或拉簧连接的滑球采用轻质材料。套筒壁上有四个螺纹孔，两两对称，螺纹孔内装有顶珠和压簧，顶珠和压簧连接，螺纹处有调节螺栓。外壳筒壁有四个孔，当套筒套在外壳筒时与螺纹孔相通，四个孔呈向外的喇叭形，保证顶珠不会被推挤到外壳筒内，通过调节螺栓来压紧或放松压簧，进行控制顶珠的压力。由于现实的导线运动不可能完全同步运动，这时阻尼弹性释放器就会起作用，导线的运动就会通过滑杆在外壳筒内推动压簧或拉簧运动，当滑球碰到顶珠时，由于顶珠的压力，滑球不会立刻滑动过去，如果导线的动能继续转化为弹性势能，推动滑球的力增大，滑球就会滑过顶珠，滑过顶珠的瞬间弹性势能就会完全释放掉。当导线反方向运本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种平动快速阻尼弹性释放器，其特征在于包括：外壳筒、滑杆、螺栓、密封圈、支撑轴承、压簧和拉簧、滑球、套筒、调节螺栓和顶珠；螺栓中心开孔，与密封圈和支撑轴承固定在外壳筒两端，支撑轴承和螺栓用于稳定滑杆并使保持轴向运动，密封圈安装在轴承和螺栓之间，防止进水；滑杆一端固定在导线上，另一端连接由压簧和拉簧组成的弹性部分，该弹性部分的另一端连接滑球，外壳筒内还有一段由压簧两端连接着滑球的可滑动弹性部分，都是导线动能转化为弹性势能用的。

【技术特征摘要】
1.一种平动快速阻尼弹性释放器，其特征在于包括：外壳筒、滑杆、螺栓、密封圈、支撑轴承、压簧和拉簧、滑球、套筒、调节螺栓和顶珠；螺栓中心开孔，与密封圈和支撑轴承固定在外壳筒两端，支撑轴承和螺栓用于稳定滑杆并使保持轴向运动，密封圈安装在轴承和螺栓之间，防止进水；滑杆一端固定在导线上，另一端连接由压簧和拉簧组成的弹性部分，该弹性部分的另一端连接滑球，外壳筒内还有一段由压簧两端连接着滑球的可滑动弹性部分，都是导线动能转化为弹性势能用的。2.权利要求1所述的一种平动快速阻尼弹性释放器，其特征在于：套筒的套筒壁上有四个螺纹孔，两两对称，螺纹孔内装有顶珠和压簧，顶珠和压簧连接，螺纹处有调节螺栓。3.权利要求1所述的一种平动快速阻尼弹性释放器，其特征在于：通过调节螺栓来压紧或放松压簧，进行控制顶珠的压力。4.权利要求1所述的一种平动快速阻尼弹性释放器，其特征在于：外壳筒内要有一定长度的滑动空隙，筒内径略大于滑球直径，使滑球在筒内能够顺利滑动，用于快速释放积聚在压簧或拉簧上的弹性势能；外壳筒壁上有四个孔，呈向外的喇叭形，与套装在外壳筒上的套筒的四个螺纹孔相通，孔的喇叭形使顶珠不会被推挤到外壳筒内。5.权利要求1所述的一种平动快速阻尼弹性释放器，特征在于其工作过程包括：由于现实的导线运动不可能完全同步运动，这时阻尼弹性释放器就会起作用，导线的运动就会通过滑杆在外壳筒内推动压簧或拉簧运动，当滑球碰到顶珠时，由于顶珠的压力，滑球不会立刻滑动过去，如果导线的动能继续转化为弹性势能，推动滑球的力增大，滑球就会滑过顶珠，滑过顶珠的瞬间弹性势能就会完全释放掉；当导线反方向运动时，就会拉动滑球，这时滑球会被顶珠挡住，如果导线继续运动的话，滑球同样会滑过顶珠，这时弹性势能瞬间再次完全释放掉。6.权利要求1所述的一种平动快速阻尼弹性释放器，其特征在于：为了阻尼不同幅度的运动，需要多装几个套筒，并从外向里逐渐增大控制顶珠的压力，也即是压簧或拉簧形变多少才能滑过顶珠，为了有一定弹性能量释放空间，套筒之间间距从外向里也逐渐增大，这样不同幅度的导线运动都可以快速阻尼掉。7.权利...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨金显，王蒙蒙，陶慧，荆鹏辉，杨明，张国澎，冯高明，
申请(专利权)人：河南理工大学，
类型：发明
国别省市：河南,41