ШИРОКОПОЛОСНЫЙ ГАСИТЕЛЬ ВИБРАЦИИ СПИРАЛЬНОГО ТИПА, УЧАСТОК ВОЗДУШНОЙ ЛИНИИ И СПОСОБ МОНТАЖА ГАСИТЕЛЯ ВИБРАЦИИ СПИРАЛЬНОГО ТИПА (ВАРИАНТЫ)

Изобретение относится к электроэнергетике и может быть использовано в качестве устройства для гашения Эоловой вибрации проводов (кабелей, тросов) воздушных линий.

Исследование уровня техники показало, что в настоящее время существует значительное количество конструкций гасителей вибрации. Среди них наиболее распространенными являются гасители Стокбриджа и их модификации. Основу конструкции таких гасителей составляют сосредоточенные массы (грузы), установленные на концах упругого демпферного элемента (троса), жестко защемленного в средней части в корпусе зажима, который, в свою очередь, закрепляется на защищаемом объекте. Гасители вибрации Стокбриджа могут использоваться для эффективного гашения вибрации проводов ВЛ с частотами от 5 до 150 Гц.

При возникновении в пролете вибраций грузы начинают колебаться на демпферном тросе относительно корпуса. В результате изгиба троса, сопровождающегося относительным смещением проволок в повивах, заметная часть энергии рассеивается в виде тепла на трущихся между собой проволочках троса. Традиционный гаситель Стокбриджа имеет две резонансные частоты, обусловленные его конструктивными параметрами и соответствующие двум первым формам собственных изгибных колебаний системы груз - трос гасителя. Более современные гасители имеют большее количество резонансных частот 4-6. К гасителям вибрации, основанным на данном принципе, относятся следующие технические решения: авторское свидетельство SU 1621108 А1, патент РФ на изобретение RU 2107373 С1, RU 2180765 С1, RU 2365009 С1, RU 2412510 С1, патент РФ на полезную модель RU 16572 U1, заявки DE 2211507 А1, DE 3535778 А1, полезная модель DE 29916513 U1, патенты US 3711624 A, US 4527009 А, международная заявка WO 0122549 А1, европейский патент ЕР 1315263 В1.

Известны также конструкции гасителей вибрации спирального типа (DE 632509 С; DE 2033921 А1, DE 4400617 А1, FR 2313789). По своим ценовым характеристикам, технологичности, отсутствию каких бы то ни было элементов крепления к проводу, привлекают конструкции гасителя спирального типа, разработанные компаниями PLP (Performed Line Products) и Dulhunty power. Кроме этого, такой гаситель в силу своей протяженной длины не требователен к расчету места его установки на проводе.

Гаситель вибрации спирального типа SVD (Spiral Vibration Demper) компании PLP (Performed Line Products), принятый в качестве ближайшего аналога, представляет собой единичную спираль, изготовленную из пластика (см. фиг. 1 и 2). Спираль состоит из двух принципиальных участков: участка с малым шагом спирали, с помощью которого гаситель навивается и крепится на проводе, и активного участка, на котором происходит демпфирование вибрации.

Гаситель спирального типа SVD компании PLP применяется для снижения уровня вибрации на проводах с относительно малым диаметром: 4,4-19,5 мм. Гаситель такого типа не рассеивает энергию. Он контролирует вибрацию - разрушает привнесенную ветровую энергию за счет соударения с проводом и предназначен для выполнения единственной конкретной функции - уменьшение амплитуды вибрации. С этой целью внутренний диаметр спирального гасителя делается большим по отношению к диаметру защищаемого провода (см. фиг. 2). Монтажная секция зажима гасителя SVD компании PLP монтируется вручную непосредственно на провод, либо на протектор, либо на какое-либо дополнительное техническое устройство.

Сферы применения гасителей SVD компании PLP - сталеалюминиевые провода (АС), изолированные провода, грозозащитные тросы, кабели оптические самонесущие (ОКСН), кабели оптические, встроенные в грозотрос (ОКГТ). Особенностью спиральных гасителей вибраций, в том числе гасителей SVD, является их некритичность к выбору места установки на проводе.

Наряду с положительными качествами гасителей SVD данная конструкция обладает следующим недостатком - поскольку работа гасителя SVD относится к расстраиванию колебаний на основе соударения спирали с проводом, то наличие одного постоянного зазора между гасителем и проводом приводит к невозможности такого соударения или слабой эффективности работы гасителя в отдельных диапазонах частот вибрации провода.

Задачей, решаемой заявленной группой изобретений - гасителем вибрации спирального типа, участком воздушной линии с установленным на нем гасителем вибрации спирального типа, является разработка конструкции гасителя спирального типа более широкого спектра применения, чем ближайший аналог, а именно гасителя, эффективно работающего как на неизолированных, так и изолированных проводах, стальных молниезащитных тросах, ОКСН и ОКГТ в большем диапазоне частот вибрации, лежащем в пределах 15-130 Гц и обеспечивающем возможность применения на проводах (кабелях) с диапазоном диаметров от 8,0 мм до 20,0 мм и грозозащитных стальных тросов с диапазоном диаметров от 8,0 мм до 18,0 мм. Для способа монтажа гасителя вибрации спирального типа на провод, или трос, или кабель воздушной линии задачей является достижение высоких эксплуатационных показателей, о которых сказано выше, при надежности фиксации гасителя на проводе (тросе, кабеле) при обеспечении простоты монтажа гасителя.

Поставленная задача для гасителя вибрации спирального типа решается за счет того, что гаситель вибрации спирального типа содержит две или более спиралей, при этом спирали выполнены с направлением навивки в одну сторону, с одинаковой величиной шага и разными внутренними диаметрами. При этом величина шага спирали может меняться от 50 до 300 мм. Диаметр проволоки, из которой изготовлены спирали, как правило, составляет от 2 мм до 15 мм. Материалом для спиралей является ударопрочный пластик или металл (сталь с покрытием из цинка или алюминия, алюминиевые сплавы) и др. материалы. При этом проволока для спиралей, входящих в комплект гасителя, может быть взята как одного диаметра, так и разных диаметров, из одного материала, так и из разных материалов. Диапазон длин спиралей составляет, преимущественно, от 0,5 до 4,0 м.

Гаситель может быть снабжен дополнительными спиралями с одинаковой величиной шага и одинаковыми внутренними диаметрами.

Для фиксации гасителя вибраций в отдельных случаях его снабжают ограничителями перемещения спиралей, установленными по концам спиралей. В других случаях может использоваться только один ограничитель, установленный на проводе у конца спиралей со стороны, уходящей в пролет воздушной линии. Возможен вариант, когда ограничитель отсутствует. В этом случае спирали могут «расползаться» по пролету, при этом эффективность работы гасителя практически не уменьшается. Конкретный вариант исполнения изобретения выбирается в зависимости от условий эксплуатации гасителя.

Поставленная задача для участка воздушной линии с гасителем вибрации спирального типа решается за счет того, что на проводе, или тросе, или кабеле участка воздушной линии смонтирован гаситель вибрации спирального типа, содержащий две, три, четыре или большее количество спиралей, выполненных с направлением навивки в одну сторону, с одинаковой величиной шага и разными внутренними диаметрами. Частные существенные признаки гасителя вибрации спирального типа описаны выше и присущи также участку воздушной линии, на котором установлен гаситель, охарактеризованный приведенными выше частными существенными признаками. Кроме того, провод или кабель участка воздушной линии, где устанавливается гаситель спирального типа, могут быть снабжены защитным протектором из спиралей, предварительно навитых на провод или кабель. Поверх протектора устанавливаются спирали гасителя.

Поставленная задача для способа монтажа гасителя вибрации спирального типа на провод, или трос, или кабель воздушной линии решается за счет того, что на провод, или трос, или на кабель устанавливают гаситель вибрации спирального типа. При этом гаситель вибрации спирального типа состоит из двух или более спиралей, имеющих одно и то же направление навивки, одинаковую величину шага и разные внутренние диаметры. Существенным является наличие у гасителя более одной спирали (двух, трех и более) разного внутреннего диаметра и одинакового шага, при этом спирали можно устанавливать на проводе, или тросе, или кабеле как в виде пучка, так и последовательно.

Монтаж гасителя можно начинать с любой спирали, входящей в комплект. Навивку спирали начинают от конца, уходящего в пролет. Шаг за шагом спираль навинчивается на провод и проталкивается в пролет. Когда до конца спирали остается три-четыре-пять шагов, делается пропуск волны спирали на длине одного шага и спираль запирается на проводе. Оставшиеся до конца спирали два-три шага монтируются на проводе (навинчиваются на провод). Аналогичным образом монтируется последующая спираль или последующие спирали, если из более двух.

Общий технический результат, достигаемый при использовании заявленной группы изобретений, заключается в расширении эксплуатационных и функциональных возможностей гасителя вибраций спирального типа, используемого на участке воздушной линии, а именно в обеспечении надежной работы по гашению вибраций в значительном диапазоне частот вибрации - 15-130 Гц, а также в возможности применения гасителя заявленной конструкции на воздушных линиях с проводами (кабелями) диаметром от 8,0 мм до 20,0 мм и с грозозащитными стальными тросами диаметром от 8,0 мм до 18,0 мм. Способы монтажа гасителя вибрации спирального типа на провод, или трос, или кабель воздушной линии обеспечивают надежность фиксации гасителя на проводе (тросе, кабеле), при обеспечении простоты монтажа гасителя без отрицательного влияния на основные характеристики гасителя и участка воздушной линии с таким гасителем (возможность эффективной работы в указанном выше диапазоне частот и для указанных выше диаметров провода, кабеля, троса).

Достижение технического результата подтверждено теоретическими расчетами и стендовыми испытаниями, при этом установлено, что наиболее эффективным гаситель вибрации спирального типа будет, если за время периода колебания провода (кабеля, троса) на соответствующих частотах происходит два соударения спирали с проводом (кабелем, тросом). Для реализации периодического двухударного режима необходимо, чтобы соударение провода с гасителем в некоторый момент X₁ и X₂ произошло не позже, чем через полпериода. Кроме того, для повышения потерь кинетической энергии за счет ее перехода в тепло (неупругий удар) желательно, чтобы скорость соударения была наибольшей.

Реализовать двухударный режим работы во всем диапазоне частот вибрации провода с одной спиралью, как, например, в ближайшем аналоге, не представляется возможным. В отдельном диапазоне частот будет реализовываться режим одностороннего соударения. Очевидно, что данный режим может реализовываться на низких частотах вибрации. Более того, в некоторых диапазонах частот вибрации такой гаситель может вообще не работать, т.е. соударений не будет.

В общем случае для достижения технического результата - обеспечения эффективной работы гасителя в диапазоне частот от 15 до 130 Гц требуется не одна, а, как минимум, две спирали разного внутреннего диаметра или несколько спиралей разного внутреннего диаметра, но обязательно не менее двух. Кроме того, при наличии двух или более спиралей будет также иметь место и перемещение отдельных спиралей между собой, в результате чего в системе возникнет дополнительное внутреннее трение, обеспечивающее рассеивание энергии.

Как указано выше, помимо двух (или более) спиралей одинакового шага и разного внутреннего диаметра, гаситель может содержать дополнительные спирали, у которых величина шага такая же, как у остальных спиралей, а внутренний диаметр такой же, как у одной или нескольких спиралей гасителя.

Например, в комплект спиралей гасителя могут входить три спирали. В соответствии с заявленным техническим решением шаг у всех спиралей один и тот же. Спирали могут быть сделаны из проволоки одинакового диаметра, при этом внутренние диаметры D₁; D₂; D₃ спиралей различны. Диаметральный зазор между внутренним диаметром спирали и диаметром провода D_П составляет: Δ₁=D₁-D_П; Δ₂=D₂-D_П; Δ₃=D₃-D_П.

В силу этого каждая из спиралей будет наиболее эффективно работать в своей относительно узкой области частот. В совокупности три спирали закрывают весь частотный диапазон колебаний провода. Для увеличения энергии расстраивания вибрирующего провода и повышения эффективности конструкции можно взять не по одной спирали одного и того же внутреннего диаметра, а, например, по две, три и более спиралей. В общем случае в комплект гасителя может входить разное количество спиралей одного диаметра (две и более). Данные частные существенные признаки усиливают указанный выше технический результат, а именно повышают надежность работы гасителя в диапазоне частот вибрации от 15 до 130 Гц и позволяют применять гаситель на воздушных линиях с проводами (кабелями) диаметром от 8,0 мм до 20,0 мм и с грозозащитными стальными тросами диаметром от 8,0 мм до 18,0 мм.

Для исключения свободного перемещения спиралей относительно провода гаситель может быть снабжен ограничителями перемещения спиралей, установленными с двух сторон ограничителя вблизи концов спиралей. В ряде случаев достаточно только одного ограничителя, который устанавливается на проводе у конца спиралей со стороны, уходящей в пролет воздушной линии, что препятствует перемещению спиралей в этом направлении.

В других случаях ограничитель может вообще отсутствовать. В этом случае спирали могут «расползаться» по пролету, при этом эффективность работы гасителя практически не уменьшается.

В случае необходимости гашения колебаний, к примеру, оптического кабеля или какого-либо иного провода, выполненного из мягкого материала или с оболочкой из мягкого материала (например, алюминия) необходимо исключить непосредственный контакт спиралей гасителя с оболочкой оптического кабеля (или с проводом) при их соударении. В результате соударений оболочка кабеля со временем может разрушаться или деградировать. Чтобы не допустить возможного повреждения оболочки, между поверхностью кабеля (провода) и спиралями выполняют защитный протектор из спиралей, плотно навитых на оболочку кабеля (провода), чем обеспечивается взаимодействие спиралей гасителя не с оболочкой кабеля (провода), а с защитным протектором.

При анализе уровня техники был выявлен гаситель вибраций спирального типа, содержащий две спирали одинакового диаметра и одинакового шага, закрепленные по концам на зажимных элементах (DE 4400617 А1). В случае возникновения механических колебаний провода происходит относительное перемещение двух зажимных элементов, в результате чего две демпфирующие спирали могут быть сжаты и растянуты. В результате изменения кривизны демпфирующих спиралей возникают силы трения в каждой из демпфирующих спиралей, что вызывает ослабление механических колебаний защищаемого провода. Как видно из описания работы известного гасителя вибраций, принцип его действия и свойства, которые проявляют демпфирующие спирали, отличаются от конструкции заявленного гасителя и эффектов, которые проявляются при работе заявленного гасителя. В устройстве по DE 4400617 А1 две спирали одинакового диаметра работают по принципу пружины, а в заявленном устройстве две спирали (или более двух) гасят вибрации за счет соударение провода с гасителем, в частности за счет обеспечения двухударного режима, что позволяет осуществлять эффективную работу гасителя в диапазоне частот колебаний от 15 до 130 Гц и для широкого диапазона диаметров провода, троса, кабеля.

Заявленный способ монтажа гасителя позволяет без использования дополнительных конструктивных элементов зафиксировать спирали на проводе, тросе, кабеле без увеличения трудоемкости монтажа, при этом спирали можно устанавливать как в виде пучка, так и располагать их последовательно..

Изобретение поясняется чертежами, на которых изображено следующее.

На фиг. 1 показан гаситель SVD компании PLP (ближайший аналог).

На фиг. 2 - гаситель SVD компании PLP, смонтированный на проводе (ближайший аналог).

На фиг. 3 - общая схема конструкции широкополосного гасителя вибраций спирального типа.

На фиг. 4 - схема широкополосного гасителя вибраций спирального типа из трех спиралей

На фиг. 5 - то же, в поперечном сечении.

На фиг. 6 - фиксация спиралей гасителя на проводе путем установки с одним пропущенным шагом.

На фиг. 7 - спирали гасителя, зафиксированные на проводе.

На фиг. 8 - гаситель из трех спиралей, смонтированный на грозозащитном тросе испытательного пролета.

Общий вид конструкции широкополосного гасителя вибраций спирального типа представлен на фиг. 3. Спирали 1, 2, 3 (и более) установлены на защищаемом проводе 4 и по концам соединены с ограничителями перемещений 5.

В качестве конкретного примера реализации изобретения рассмотрен вариант конструкции спирального гасителя, состоящего из трех спиралей (фиг. 4 и 5).

Три спирали 1, 2 и 3 с одинаковой величиной шага отличаются только внутренними диаметрами. Направление навивки у спиралей - в одну сторону.

Величина шага в зависимости от диаметра провода (троса, кабеля) 4 выбирается в диапазоне от 50 до 300 мм, диапазон диаметров проволоки может составлять, преимущественно, от 2 мм до 15 мм. Спирали могут быть изготовлены из пластика, высокопрочного к ударным воздействиям или из металлической проволоки как одного диаметра, так и разного диаметров, как из одного материала, так и из разных материалов. Длина спиралей обычно составляет 0,5-4,0 м.

При выборе диаметра спиралей исходят из того, что спирали с большим внутренним диаметром эффективнее работают на малых частотах - с большими амплитудами перемещений. В то же время спирали с меньшим диаметром будут эффективней работать на верхнем диапазоне частот.

Величина диаметральных зазоров между первой спиралью с внутренним диаметром D₁, второй спиралью с внутренним диаметром D₂, третьей спиралью с внутренним диаметром D₃, …, i-той с внутренним диаметром D_i и проводом с диаметром D_п соответственно равна Δ₁, Δ₂, Δ₃ …. Δ_i: Δ₁=D₁-D_П; Δ₂=D₂-D_П; Δ₃=D₃-D_П …Δ_i=D_i-D_П.

Величина зазора выбирается в зависимости от диаметра провода, скорости ветрового потока и других параметров. В общем случае величины зазоров, как правило, варьируются в пределах от 1,0 мм до 40 мм.

В отдельных случаях, например, для более тяжелых проводов с целью повышения эффективности работы гасителя в комплект вводятся дополнительные спирали с одинаковыми зазорами.

Монтаж гасителя на провод может производиться, например, следующим образом.

В состав гасителя вибрации входит комплект из двух и более спиралей. Спирали выполнены с одинаковыми шагами и одинаковой длины, но имеют разный диаметр. Спирали могут быть выполнены, в частности, из стальной проволоки с защитным покрытием из цинка или алюминия, или из проволоки алюминиевого сплава марки ABE, или из ударопрочного пластика, или из другого или других подходящих материалов.

Спирали монтируются на участке, на котором должен быть установлен гаситель, непосредственно на верхний повив провода (троса) или на кабель. Удобнее осуществлять монтаж, если первой монтируется спираль, имеющая наименьший диаметр, спираль навивается на трос (провод, кабель) от конца, уходящего в пролет. Спираль свободно, с зазором, навивается на провод (кабель) до точки касания, от которой до конца спирали остается не менее трех шагов, предпочтительно 4 шага спирали, после чего пропускают один шаг и навивают оставшиеся спирали.

Аналогичным образом монтируются остальные спирали. Из остающихся в наборе спиралей каждый раз монтируется, например, спираль, имеющая наименьший диаметр.

Спирали аккуратно сдвигаются в расчетное положение; торцы спиралей выравниваются, спирали распределяются так, чтобы между витками было приблизительно равное расстояние. Это предпочтительный вариант выполнения, не являющийся обязательным во всех случаях.

Дальнейшая навивка спиралей производится в том же порядке (например, первой навивается спираль с наименьшим диаметром и т.д.). При этом навивка производится каждый раз с пропуском одного шага спирали. Первый шаг спирали на провод (трос, кабель) не навивается.

Монтаж гасителя на провод может производиться также следующим образом. На верхний повив провода или троса или на кабель последовательно монтируют (навивают) спирали, начиная от конца, уходящего в пролет воздушной линии, до точки касания провода монтируемой спиралью, от которой до конца спирали остается три-пять шагов спирали. Продвигают первую спираль в пролет воздушной линии и переходят к монтажу следующей спирали, которую монтируют аналогичным образом. Таким же образом монтируют остальные спирали, если они имеются. На расстоянии три-пять шагов до конца спирали навивку каждой спирали производят с пропуском волны спирали на длине одного шага, после чего оставшиеся до конца спирали участки навивают на провод кабель или трос обычным образом.

На фото на фиг. 6 и 7 показан участок провода с навитым на него широкополосным гасителем вибраций спирального типа из трех спиралей. Позицией 6 показан участок спирали с пропущенным шагом для фиксации гасителя на защищаемом проводе 4. Позицией 7 показан рабочий участок спирали.

Возможны и другие способы фиксации спиралей на проводе.

Так, например, ниже на фото фиг. 8 представлен образец гасителя, смонтированный на грозозащитном тросе, имеющем диаметр 11,0 мм. Справа и слева гасителя смонтированы ограничители 5 перемещения спиралей. Ограничитель закреплен на проводе и имеет внешний диаметр больше, чем внутренний диаметр спирали, имеющей наибольший зазор.

Ограничитель 5 перемещений может быть один и монтируется с одной стороны, если, например, провод сходит с опоры под уклон. В этом случае ограничитель 5 ставится ближе к концу гасителя со стороны нижней его точки, уходящей в пролет.