Демпфер Стокбриджа

Демпфер Стокбриджа — это настроенный массовый демпфер, используемый для подавления вибраций, вызванных ветром, на тонких конструкциях, таких как воздушные линии электропередачи , ^{[ 1 ]} длинные консольные вывески ^{[ 2 ]} и вантовые мосты . Устройство в форме гантели состоит из двух масс на концах короткого отрезка троса или гибкого стержня, который посередине прижат к основному тросу. Демпфер предназначен для рассеивания энергии колебаний в основном тросе до приемлемого уровня. ^{[ 3 ]}

Колебания, вызванные ветром

Ветер может генерировать три основных режима колебаний в подвешенных кабелях: ^{[ 4 ]}

Галоп имеет амплитуду, измеряемую в метрах, и диапазон частот от 0,08 до 3 Гц.
Эолова вибрация (иногда называемая трепетанием ) имеет амплитуду от миллиметров до сантиметров и частоту от 3 до 150 Гц.
Вибрация, вызванная следом, имеет амплитуду в сантиметры и частоту от 0,15 до 10 Гц.

Демпфер Stockbridge устраняет колебания, вызванные эоловой вибрацией; вне этого диапазона амплитуд и частот он менее эффективен. Эолова вибрация возникает в вертикальной плоскости и вызвана попеременным срывом вихрей с подветренной стороны кабеля. Устойчивый, но умеренный ветер может вызвать стоячую волну , состоящую из нескольких длин волн на пролет. на линии ^{[ 4 ]} Эоловая вибрация вызывает разрушительную усталость кабеля. ^{[ 5 ]} и представляет собой основную причину выхода из строя жил проводника. ^{[ 4 ]} Наибольшему риску подвергаются концы пролета линии электропередачи, где она крепится к опорам ЛЭП . ^{[ 5 ]} Эффект становится более выраженным при увеличении натяжения троса. ^{[ 5 ]} поскольку его естественное самозатухание снижается.

Описание

Демпфер Стокбриджа был изобретен в 1920-х годах Джорджем Х. Стокбриджем, инженером компании Edison в Южной Калифорнии . 3 июля 1928 года Стокбридж получил патент США 1675391 на «гаситель вибраций». ^{[ 6 ]} В его патенте описывались три способа гашения вибраций на леске: привязанный к леске мешок с металлическими пробками; небольшой отрезок кабеля, зажатый параллельно основному тросу; и короткий (30 дюймов, 75 см) трос с бетонной массой, закрепленной на каждом конце. ^{[ 6 ]} Это последнее устройство превратилось в широко используемый демпфер Stockbridge.

Вибрации основного троса передавались через зажим на более короткий демпферный или «посыльный» трос. Это будет изгибаться и заставлять симметрично расположенные бетонные блоки на его концах колебаться. Тщательный выбор массы блоков, а также жесткости и длины троса демпфера позволит согласовать механическое сопротивление демпфера с сопротивлением линии и значительно ослабить колебания основного троса. Поскольку демпферы Стокбриджа были экономичны, эффективны и просты в установке, они стали регулярно использоваться на воздушных линиях связи. ^{[ 5 ]} Работа с линией под напряжением с использованием инструментов с горячим стержнем означала, что можно было устанавливать демпферы на линии под напряжением. ^{[ 7 ]}

Современный дизайн

В современных конструкциях используются металлические гири в форме колокола, а не бетонные блоки Стокбриджа. Раструб является полым, а трос демпфера закреплен внутри на дистальном конце, что обеспечивает относительное перемещение троса и демпфирующих грузов. ^{[ 7 ]} Чтобы обеспечить большую свободу движения, грузы могут быть частично прорезаны в вертикальной плоскости, позволяя кабелю выходить за пределы раструба. В некоторых более сложных конструкциях используются грузы с асимметричным распределением массы, что позволяет демпферу колебаться в нескольких различных частотных режимах и диапазонах. ^{[ 8 ]}^{[ 9 ]}

Еще один современный дизайн — Dogbone, изобретенный Филипом Далханти в 1976 году. ^{[ сомнительно – обсудить ]} назван так из-за своей конфигурации: большая металлическая сфера прикреплена к концу демпфера, а меньшая сфера выступает из нее вбок, напоминая собачью кость. Демпфер смещает грузы вбок, чтобы обеспечить третью степень свободы, скручивая трос демпфера в дополнение к его изгибу вверх и вниз. В тросе демпфера создавалось дополнительное внутрипрядное трение, рассеивающее значительно больше энергии. ^{[ 2 ]}^{[ 10 ]}^{[ нужна проверка ]}

Наиболее уязвимым участком кабеля является место, где он закреплен на конце изоляционной цепочки , поэтому демпферы обычно устанавливаются в ближайших пучностях (точках максимального смещения) по обе стороны от зажима. ^{[ 8 ]} Таким образом, обычно на каждый пролет приходится два демпфера, хотя при необходимости на более длинных пролетах можно установить и больше. ^{[ 5 ]}^{[ 7 ]}

Воздушные линии электропередачи образуют контактную сеть , в которой вибрация происходит преимущественно в вертикальной плоскости. Если предполагается наличие более чем одной плоскости вибрации, амортизаторы Stockbridge можно устанавливать под прямым углом друг к другу. Это обычно происходит, когда кабель прокладывается в вертикальной или негоризонтальной плоскости, например, в вантовых мостах радиомачты или оттяжках .

См. также

Дирижер галопом
Мост через пролив Такома - разрушение, которое когда-то считалось резонансным случаем

Ссылки

^ Маркевич, М. (29 ноября 1995 г.), «Оптимальные динамические характеристики амортизаторов Стокбриджа для тупиковых пролетов», Journal of Sound and Vibration , 188 (2): 243–256, Бибкод : 1995JSV...188..243M , дои : 10.1006/jsvi.1995.0589
^ Jump up to: ^а ^б Руководство по установке, проверке, техническому обслуживанию и ремонту структурных опор дорожных знаков, светильников и светофоров , том. FHWA NHI 05-36, Министерство транспорта США, март 2005 г. , получено 12 октября 2008 г.
^ Кисслинг, Фридрих; Нефцгер, Питер; Ноласко, Жоао Ф.; Каинцык, Вольф (2003), Воздушные линии электропередачи , Springer, стр. 107–111. 311–312, ISBN 3-540-00297-9
^ Jump up to: ^а ^б ^с Справочник линий электропередачи EPRI: Движение проводника, вызванное ветром , EPRI 1012317, 2008 г.
^ Jump up to: ^а ^б ^с ^д ^и МакКомб, Джон; Хей, Франция (1966), Практика на воздушной линии (3-е изд.), Макдональд, стр. 216–219.
^ Jump up to: ^а ^б Патент США 1 675 391
^ Jump up to: ^а ^б ^с Вадхва, CL (2006), Электроэнергетические системы , New Age Publishers, стр. 169–170, ISBN 978-81-224-1773-9
^ Jump up to: ^а ^б Кисслинг, Фридрих (2001), Проектирование и испытания высокого напряжения , IET, стр. 190–191, ISBN 0-85296-775-6
^ Лоусон, Том (2001), Аэродинамика зданий , Imperial College Press, стр. 115, ISBN 1-86094-187-7
^ Данханти, Филип (2009). Никогда не скучно . Филип Далханти. стр. 280–282.

Внешние ссылки

Статья о вибрации
«Кабельные цепочки»: нового ученого вопросы и ответы

[1] Маркевич, М. (29 ноября 1995 г.), «Оптимальные динамические характеристики амортизаторов Стокбриджа для тупиковых пролетов», Journal of Sound and Vibration , 188 (2): 243–256, Бибкод : 1995JSV...188..243M , дои : 10.1006/jsvi.1995.0589

[DOT-2] Jump up to: ^а ^б Руководство по установке, проверке, техническому обслуживанию и ремонту структурных опор дорожных знаков, светильников и светофоров , том. FHWA NHI 05-36, Министерство транспорта США, март 2005 г. , получено 12 октября 2008 г.

[overhead_power_lines-3] Кисслинг, Фридрих; Нефцгер, Питер; Ноласко, Жоао Ф.; Каинцык, Вольф (2003), Воздушные линии электропередачи , Springer, стр. 107–111. 311–312, ISBN 3-540-00297-9

[orange_book-4] Jump up to: ^а ^б ^с Справочник линий электропередачи EPRI: Движение проводника, вызванное ветром , EPRI 1012317, 2008 г.

[McCombe-5] Jump up to: ^а ^б ^с ^д ^и МакКомб, Джон; Хей, Франция (1966), Практика на воздушной линии (3-е изд.), Макдональд, стр. 216–219.

[patent_1675391-6] Jump up to: ^а ^б Патент США 1 675 391

[Wadhwa-7] Jump up to: ^а ^б ^с Вадхва, CL (2006), Электроэнергетические системы , New Age Publishers, стр. 169–170, ISBN 978-81-224-1773-9

[Kiessling-8] Jump up to: ^а ^б Кисслинг, Фридрих (2001), Проектирование и испытания высокого напряжения , IET, стр. 190–191, ISBN 0-85296-775-6

[9] Лоусон, Том (2001), Аэродинамика зданий , Imperial College Press, стр. 115, ISBN 1-86094-187-7

[Dulhunty-10] Данханти, Филип (2009). Никогда не скучно . Филип Далханти. стр. 280–282.

[ 1 ]

[ 2 ]

[ 3 ]

[ 4 ]

[ 5 ]

[ 6 ]

[ 7 ]

[ 8 ]

[ 9 ]

[ 10 ]