Многочастотный гаситель вибрации

 

Изобретение относится к области электроэнергетики и может быть использовано на линиях связи с самонесущими волоконно-оптическими кабелями. Гаситель состоит из четырех грузов в виде тел вращения разной длины, двух упругих демпферных элементов и зажима. Грузы закрепляются по концам элемента параллельно друг другу и выбираются не равными по массе, а элементы располагаются в одной горизонтальной плоскости и набираются из 19 спиральных стальных проволок. Каждый груз в смонтированном состоянии устанавливается на определенном расчетном расстоянии от точки подвески гасителя. Техническим результатом являются высокие амплитудно-частотные характеристики гасителя вибраций, а также хорошая эффективность гашения вибраций в реальном диапазоне резонансных частот. 3 з.п.ф-лы, 3 ил.

Изобретение относится к области электроэнергетики, а более конкретно к гасителям вибрации, монтируемым на самонесущих волоконно-оптичеких кабелях линий связи или проводах воздушных линий электропередачи.

Известен гаситель вибрации для проводов воздушной линии электропередачи, содержащий упругий элемент, выполненный в виде стального каната, по концам которого закреплены грузы, в виде изогнутой трубки, и зажим, одним концом закрепленный посередине упругого элемента, а другим - на проводе линии [1].

Этот гаситель вибрации имеет ряд недостатков. Амплитудно-частотные характеристики такого гасителя вибрации нельзя считать оптимальными и, чтобы обеспечить их практическую приемлемость трубки заполняются материалом, обладающим требуемыми свойствами (сыпучие материалы, жидкие и т. п.). Для обеспечения хороших гасящих свойств гасителя вибрации сыпучий материал следует располагать в трубках грузов ближе к местам заделки упругого элемента; однако в процессе эксплуатации гасителя вибрации материал перемещается по трубкам, в результате изменяются центр масс грузов и их моменты инерции, что изменяет амплитудно-частотную характеристику и демпфирующие свойства гасителя вибрации.

Наиболее близким техническим решением по отношению к предложенному является многочастотный гаситель вибрации для самонесущих волоконно-оптических кабелей линий связи, содержащий выполненный в виде проволочного стального каната упругий демпферный элемент, жестко закрепленные на неравном расстоянии от точки подвески на концах упругого демпферного элемента грузы, и выполненный в виде цилиндрической втулки с крюком зажим, причем зажим закреплен с помощью цилиндрической втулки на средней части упругого демпферного элемента, а крюк зажима крепится на кабеле [2].

Данный гаситель вибрации обладает достаточно хорошими гасящими характеристиками при использовании его на проводах линий электропередачи. Однако он имеет недостаточно широкий диапазон частот и не может гасить весь спектр колебаний, возникающих в волоконно-оптических кабелях линий связи, колебания которых могут развиваться гораздо быстрее и в более широком диапазоне, чем колебания проводов воздушных линий электропередачи. К тому же, различие в технологии закрепления зажима и грузов на стальном канате (соответственно, запрессовка и заливка расплавленным металлом) требует использования различного дорогостоящего технологического оборудования, что приводит к удорожанию изделия.

Авторы ставили перед собой задачу создания такого гасителя вибрации, который мог бы охватить практически весь частотный диапазон вибраций (от 5 до 100 Гц), встречающихся, прежде всего на самонесущих волоконно-оптических кабелях линий связи. Иными словами, необходимо было разработать многочастотный гаситель вибрации легко монтируемый и эффективно работающий в широком диапазоне частот колебаний, характерных для самонесущих волоконно-оптических кабелей линий связи. Последнее достигается за счет совокупности существенных признаков, а именно: многочастотный гаситель вибрации для самонесущих волоконно-оптических кабелей линий связи содержит выполненный в виде проволочного стального каната упругий демпферный элемент, жестко закрепленные на неравном расстоянии от точки подвески на концах упругого демпферного элемента грузы, и выполненный в виде цилиндрической втулки с крюком зажим, причем зажим закреплен с помощью цилиндрической втулки на средней части упругого демпферного элемента, а крюк зажима крепится на кабеле; при этом упругий демпферный элемент выполнен в виде 19-проволочного стального каната и гаситель вибрации снабжен, по крайней мере, одним дополнительным упругим демпферным элементом с, по меньшей мере, двумя дополнительными грузами, закрепленными по его концам, причем каждый из грузов выполнен в виде двух параллельных соединенных перемычкой тел вращения неравной длины, одно из которых, более короткое, предназначено для закрепления на упругом демпферном элементе, при этом упругие демпферные элементы расположены в одной горизонтальной плоскости, грузы развернуты таким образом, что плоскость, проходящая через их оси симметрии повернута вокруг продольной оси более короткого тела на угол от 0^o до 45^o относительно горизонтальной плоскости, каждый из дополнительных грузов отстоит от точки подвески гасителя вибрации на расстояние, выбираемое из соотношения: L₁:L₂=1,0-1,8, где L₁ - расстояние первого дополнительного груза от точки его закрепления на дополнительном упругом демпферном элементе до точки подвески гасителя вибрации, L₂ - расстояние второго дополнительного груза от точки закрепления на дополнительном упругом демпферном элементе до точки подвески гасителя вибрации, причем крюк зажима крепится на кабеле посредством, по меньшей мере, двух отрезков проволочной спирали, упруго навитой на крюк и на кабель; шаг навивки участков отрезков проволочной спирали, расположенных поверх крюка зажима, меньше шага навивки участков отрезков проволочной спирали, расположенных на кабеле симметрично по обе стороны от крюка зажима; каждый из упомянутых грузов может быть выполнен в виде параллельных цилиндров; одно, не закрепленное на упругом демпферном элементе тело вращения каждого груза, выполнено в виде конусного стержня с шаром на одном конце и выступом в средней части, являющимся продолжением перемычки и делящим стержень на два плеча, представляющие собой обращенные друг к другу основаниями усеченные конусы.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг.1 приведен в аксонометрической проекции общий вид гасителя вибрации, выполненного согласно настоящему изобретению; на фиг.2 - тот же гаситель вибрации, смонтированный на волоконно-оптическом кабеле с помощью проволочных спиралей; на фиг.3 показаны два варианта конструктивного выполнения грузов гасителя вибрации и отдельно конструкция зажима гасителя вибрации, изображенного на фиг.1, 2.

Гаситель вибрации для самонесущих волоконно-оптических кабелей 1 линий связи состоит из четырех грузов 2, двух упругих демпферных элементов 3 и зажима 4. Каждый из грузов 2, изготавливаемых методом литья, выполняется в виде двух тел вращения 5, 6 разной длины, которые соединяются перемычкой 7. Тела вращения могут быть выполнены в виде параллельных цилиндров. Более короткими телами вращения 5 грузы 2 закрепляются на концах упругих демпферных элементов 3. Причем тела вращения 5, 6, неравные по массе, в смонтированном положении параллельны друг другу. Одно из образующих груз 2 тел вращения, а именно, не закрепленное на упругом демпферном элементе 3, может также выполняться в виде конусного стержня 8 с шаром 9 на одном конце и выступом 10 в средней части, при этом выступ 10 является продолжением перемычки 7 и делит стержень 8 на два плеча 11, 12, одно из которых более длинное 11, а другое более короткое 12; плечи 11,12 имеют вид обращенных друг к другу основаниями усеченных конусов.

Упругие демпферные элементы 3 представляют из себя стальные канаты, набранные из спиральных проволок из высокопрочной стали, которые закрепляются своими концами в каждом из четырех грузов 2. Оптимальное количество спиральных проволок, входящих в комплект элемента 3, составляет 19 штук. Спиральные проволоки находятся в напряженном деформированном состоянии, которое обеспечивается скруткой спиральных отрезков с последующим их обжатием соответствующим инструментом. При такой технологии изготовления упругие демпферные элементы 3 обеспечивают высокое энергопоглощение при их деформации.

Упругие демпферные элементы 3 располагаются в одной горизонтальной плоскости; грузы 2 в рабочем положении устанавливаются таким образом, чтобы плоскость, проходящая через их оси симметрии, была повернута вокруг продольной оси короткого тела на угол от 0^o до 45^o относительно горизонтальной плоскости. Каждый груз 2 из одной пары тел вращения отстоит от точки подвески гасителя вибрации на расстояние, выбираемое из соотношения: L₁:L₂= 1,0-1,8, где L₁ - расстояние первого груза от точки его закрепления на упругом демпферном элементе до точки подвески гасителя вибрации, L₂ - расстояние второго груза от точки его закрепления на упругом демпферном элементе до точки подвески гасителя вибрации. За точку подвески принимается сечение упругого демпферного элемента 3, через которое проходит плоскость симметрии крюка 15 зажима 4 гасителя вибрации.

Зажим 4 состоит из цилиндрических втулок 13, 14, например двух по числу элементов 3, и крюка 15. Во втулках 13 и 14 закрепляются средние части 16 каждого упругого демпферного элемента 3 соответственно. Диаметр цилиндров 5, 6 грузов 2 может быть равен диаметру цилиндрических втулок 13, 14 зажима 4. Крюком 15 гаситель навешивается на кабель 1 и прочно скрепляется с ним с помощью отрезков (минимум двух) проволочной спирали 17, которые навиваются поверх крюка 15 на кабель 1. Шаги навивки участков проволочной спирали 17, расположенных на крюке 15 и кабеле 1, отличаются по величине друг от друга; в частности, шаг проволочной спирали 17, навиваемой на крюк 15, меньше шага проволочной спирали 17, навиваемой на кабель 1 симметрично по обе стороны от крюка 15 зажима.

Гаситель вибрации собирается следующим образом: На упругие демпферные элементы 3 цилиндрическими втулками 13, 14 надевается зажим 4 и шестигранными (или круглыми) матрицами эти втулки спрессовываются на упругих демпферных элементах 3. Затем на упругие демпферные элементы 3 надеваются грузы 2 короткими цилиндрами 5 и также последовательно спрессовываются матрицами с расчетным усилием обжатия до достижения прочного соединения груза 2 с элементом 3. После чего упругие демпферные элементы 3 вместе с насаженными на него грузами 2 закрепляются с помощью крюка 15 зажима 4 на кабеле 1 линии с помощью проволочной спирали 17, которая навивается на крюк 15 и на кабель 1 симметрично с двух сторон от крюка 15 зажима 4. Места расстановки гасителей вибрации на кабелях 1 линий определяются расчетным или экспериментальным путем.

Многочастотный гаситель вибрации работает следующим образом.

При возникновении в пролете линии вибраций, близких по частоте к резонансным частотам одного из плеч гасителя вибрации, образованного отрезком упругого демпферного троса с закрепленным на его конце грузом, данное плечо (либо вместе с другим плечом, имеющим близкую резонансную частоту) начинает колебаться с достаточно большой амплитудой, превышающей амплитуду колебаний кабеля. При этом заметная часть энергии рассеивается в виде тепла на трущихся между собой проволочках упругого демпферного элемента.

Гашение колебаний каждым плечом гасителя вибрации происходит в основном в достаточно узких областях частот, соответствующих двум первым резонансным формам изгибных и крутильных колебаний системы груз - упругий демпферный элемент гасителя вибрации. Более высокие формы, как правило, не возбуждаются, да и лежат за пределами интересующего нас диапазона частот 6-150 Гц. Учитывая описанное выше, а именно наличие дополнительных грузов и различие в длинах плеч упругого демпферного элемента, предложенный гаситель вибрации позволяет увеличить количество резонансных пиков его амплитудно-частотной характеристики и, следовательно, повысить степень вибрационной защиты волоконно-оптических кабелей линий связи.

Проведенные частотные испытания предложенного гасителя вибрации подтвердили, что за счет возбуждения дополнительных изгибных и крутильных колебаний упругих демпферных элементов, характеристика энергопоглощения оказывается более равномерной и охватывает более широкий диапазон частот. Характеристики нового гасителя по сравнению с известными гасителями были лучшими и, следовательно, при установке гасителей данного типа линии окажутся более защищенными, чем в случае применения традиционных гасителей вибрации.

Предлагаемый гаситель вибрации имеет ряд значительных преимуществ по сравнению с гасителями вибрации аналогичного назначения, в частности: он органично подходит для гашения колебаний самонесущих волоконно-оптических кабелей линий связи; обеспечивает хорошие амплитудно-частотные характеристики; работает во всем частотном диапазоне колебаний (от 5 до 100 Гц); прост по конструкции и технологичен в изготовлении.

Источники информации 1. Патент США N 3400209, кл. 174-42, 03.09.1968.

2. Патент США N 4159393, кл. 174-42 (Н 02 G 7/14), 26.06.1979.

Формула изобретения

1. Многочастотный гаситель вибрации для самонесущих волоконно-оптических кабелей линий связи, содержащий выполненный в виде проволочного стального каната упругий демпферный элемент, жестко закрепленные на неравном расстоянии от точки подвески на концах упругого демпферного элемента грузы, и выполненный в виде цилиндрической втулки с крюком зажим, причем зажим закреплен с помощью цилиндрической втулки на средней части упругого демпферного элемента, а крюк зажима крепится на кабеле, отличающийся тем, что упругий демпферный элемент выполнен в виде 19-проволочного стального каната и гаситель вибрации снабжен, по крайней мере, одним дополнительным упругим демпферным элементом с, по меньшей мере, двумя дополнительными грузами, закрепленными по его концам, причем каждый из грузов выполнен в виде двух параллельных соединенных перемычкой тел вращения неравной длины, одно из которых, более короткое, предназначено для закрепления на упругом демпферном элементе, при этом упругие демпферные элементы расположены в одной горизонтальной плоскости, грузы развернуты таким образом, что плоскость, проходящая через их оси симметрии повернута вокруг продольной оси более короткого тела на угол от 0 до 45^o относительно горизонтальной плоскости, каждый из дополнительных грузов отстоит от точки подвески гасителя на расстояние, выбираемое из соотношения: L₁: L₂= 1,0-1,8, где L₁ - расстояние первого дополнительного груза от точки его закрепления на дополнительном упругом демпферном элементе до точки подвески гасителя вибрации, L₂ - расстояние второго дополнительного груза от точки его закрепления на дополнительном упругом демпферном элементе до точки подвески гасителя вибрации, причем крюк зажима крепится на кабеле посредством, по меньшей мере, двух отрезков проволочной спирали, упругонавитой на крюк и на кабель.

2. Гаситель вибрации по п. 1, отличающийся тем, что шаг навивки участков проволочной спирали, расположенных поверх крюка зажима, меньше шага навивки участков отрезков проволочной спирали, расположенных на кабеле симметрично по обе стороны от крюка зажима.

3. Гаситель вибрации по п. 1, отличающийся тем, что каждый из упомянутых грузов выполнен в виде параллельных цилиндров.

4. Гаситель вибрации по п. 1, отличающийся тем, что одно не закрепленное на упругом демпферном элементе тело вращения каждого груза выполнено в виде конусного стержня с шаром на одном конце и выступом в средней части, являющимся продолжением перемычки и делящим стержень на два плеча, представляющие собой обращенные друг к другу основаниями усеченные конуса.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3