Котковий гасник для придушення галопування проводів потужних ліній електропередач

Реферат: Котковий гасник для придушення галопування проводів потужних ліній електропередач (ЛЕП) складається з нижньої опорної плити, робочого тіла з робочою зубчастою поверхнею, системи кріплення нижньої опорної плити, верхня робоча поверхня нижньої опорної плити виконана горизонтальною і пласкою та на ній симетрично відносно гірлянди ізоляторів встановлено два проміжних циліндричних тіла, кожне з яких має осьову порожнину всередині, зубчастий профіль ззовні і вісь, перпендикулярну поздовжній осі нижньої опорної плити, та шарнірно закріплене відносно двох симетричних опор, виконаних у вигляді вушок на стійках, які жорстко закріплені відносно нижньої опорної плити, а в кожне вушко запресовані підшипники, причому в осьовій порожнині кожного циліндричного тіла розміщені пружний елемент та осьовий шток з різьбою на обох кінцях під затяжні гайки, а з обох торців осьова порожнина кожного циліндричного тіла закривається відповідними торцевими башмаками з наскрізними осьовими отворами під осьовий шток, причому довжина кожного штока не перевищує загальної довжини циліндричного тіла разом з торцевими башмаками, а робоче тіло виконане як верхня опорна плита змінної маси з двома опуклими робочими виїмками на нижній її поверхні із зубчастим профілем кожна, верхня опорна плита з кожного поздовжнього боку має знімні вертикальні борти у вигляді пластин з L-подібним виступом-обмежувачем в місцях контакту з торцями башмаків, причому зазначені пластини мають наскрізні ревізійні вікна. UA 80556 U (54) КОТКОВИЙ ГАСНИК ДЛЯ ПРИДУШЕННЯ ГАЛОПУВАННЯ ПРОВОДІВ ПОТУЖНИХ ЛІНІЙ ЕЛЕКТРОПЕРЕДАЧ UA 80556 U UA 80556 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Корисна модель належить до галузі електрифікації, зокрема - розподілення електричної енергії, а саме до надземного прокладання електричних кабелів або потужних ліній електропередач (НЕП) з великими прогонами. Близьким до запропонованого пристрою є демпфер коливань надземної лінії електропередач [Патент США № 3418419 від 24.12.1968 року, "Wave damper for overhead transmission conductors", МПК H02G 7/14, A.H. Kidder at al.]. Зазначений демпфер являє собою систему вертикально розміщених всередині і натягнутих ззовні на вертикальний робочий циліндр пружно-еластичних елементів з високим рівнем гістерезису та гвинтових пружин. Всі зазначені елементи закріплені відносно цього робочого циліндра за допомогою болтів та гайок в єдине ціле. По вертикальній осі в цьому циліндрі розміщений робочий елемент у вигляді штока. Один його кінець виконаний у вигляді опорної п'яти та пружно зв'язаний із системою зазначених пружно-еластичних елементів всередині робочого циліндра. Другий його кінець виходить за межі циліндра, має отвір у вигляді вуха для закріплення гірлянди ізоляторів, за яку вже нижче закріплено електричний провід або кабель. Ззовні цей демпфер захищений від впливу зовнішнього середовища циліндричним кожухом (металевим або пластиковим), який закріплюється вертикально відносно траверси електричної вежі ЛЕП болтовими з'єднаннями. Головним недоліком такого пристрою є те, що він демпфірує коливання проводу тільки у вертикальному напрямі і тільки у точці його закріплення, передаючи всі горизонтальні зусилля від натягу проводу через гірлянду ізоляторів далі у сусідні прогони ЛЕП та частково на траверсу електричної вежі ЛЕП. Проте відомо [Крижов Г.П., Удод Т.Є., Гримуд Г.І. Ожеледно-вітрові навантаження, галопування проводів повітряних ліній електропередавання та боротьба з ними. Довідково-методичний посібник. - К.: "ДП НТУКЦ Аселенерго".-2010.-456 с.], що значні горизонтальні переміщення точок кріплення проводу в області гірлянди ізоляторів є головним чинником виникнення і підтримання ефекту галопування проводів. Тому потрібно гасити саме горизонтальні (вздовж електричного проводу ЛЕП) коливання, які є найнебезпечнішими і концентруються в області точок кріплення проводу до гірлянди ізоляторів. Отже, хоча даний пристрій-аналог розташований у потрібному місці (в області гірлянди ізоляторів), але сконструйований так, що зовсім не гасить горизонтальні (поздовжні) коливання проводів разом із гірляндою ізоляторів, які і призводять до їх галопування і обриву, а також до руйнації електричних веж. Найбільш близьким до запропонованого пристрою є пристрій для демпфірування вібрацій з відносно великими амплітудами в електросилових лініях передач та інших тілах, що коливаються [Патент США №3221093 від 30 листопаду 1965 року, "Method and apparatus for relatively large amplitude type vibrations in electric power transmission conductors and other oscillating bodies", МПК H02G 7/14, Albert S. Richardson, Jr.]. Цей гасник складається з орієнтованої вздовж електричного проводу нижньої опорної плити із вгнутою циліндричною виїмкою, яка на своїй верхній робочій поверхні має зубчастий профіль, робочого тіла у вигляді барабана із зубчастими обоймами для надійної взаємодії (зчеплення) із зубчастим профілем робочої поверхні вгнутої циліндричної виїмки з можливістю вільного перекочування вздовж неї та системи кріплення нижньої опорної плити відносно електричного проводу за допомогою двох вертикальних пластин, встановлених по обидві сторони від гірлянди ізоляторів. При цьому робоче тіло (барабан) має відповідні порожнини для наповнення їх сипучим вантажем (наприклад піском) для регулювання його маси. Спочатку розглянемо технічні недоліки гасника-найближчого аналога. При поздовжніх коливаннях електричного проводу робоче тіло (барабан з піском) під дією сил інерції кожен раз буде перекочуватись у протилежну сторону вектору поздовжніх сил натягу, діючих на провід у точці підвісу. Такі протифазні коливання робочого тіла дійсно можуть гасити поздовжні коливання проводу при умові і можливості правильного налаштування власної частоти цього гасника коливань на власну частоту поздовжніх коливань проводу. Проте у цього гасника такої можливості немає через те, що процес демпфірування в ньому є нерегульованим, бо здійснюється тільки завдяки переміщенню піску всередині барабана. Цей процес руху піску ніяк не можна проконтролювати, виміряти та правильно врахувати в налаштуваннях параметрів гасника-найближчого аналога через постійну зміну моменту інерції такого робочого тіла. Крім того, конструкція гасника-найближчого аналога з відкритою вгнутою нижньою опорною плитою піддається, як і провід, дії всіх зовнішніх природних чинників, а саме опадів, обледеніння, корозії тощо. В свою чергу це призводить до утворення льодового шару на зубчастому профілі вгнутої циліндричної виїмки опорної плити, в який вмерзають зубці обойм робочого тіла. Тому робоче тіло перестає рухатись відносно нижньої опорної плити, перетворюючись у непотрібне додаткове навантаження на електричні проводи ЛЕП. При цьому навіть у теплий період, коли обледеніння немає, залишки бруду, пилу, іржи тощо збираються у вгнутому "кориті" нижньої 1 UA 80556 U 5 10 опорної плити і заважають безперешкодному та плавному переміщенню барабана (робочого тіла) вздовж її зубчастої вгнутої поверхні. Ще одним недоліком гасника-найближчого аналога є те, що при поздовжніх коливаннях проводів в точках закріплення гірлянд ізоляторів робоче тіло буде мати, крім поздовжньої, також і вертикальну складову руху. Вертикальна складова руху робочого тіла примушує його підскакувати та втрачати контакт із нижньою опорною плитою через те, що зазначені тіла у вертикальному напрямку ніяк між собою не зв'язані. Це призводить до зіскакування робочого тіла з вгнутої поверхні нижньої опорної плити, виходу з ладу гасника та виникнення аварійних ситуацій на ЛЕП. Перелічені недоліки суттєво зменшують експлуатаційну надійність і безаварійність функціонування найближчого аналога. Тепер розглянемо недоліки теоретичних викладок, наведених в описі до найближчого аналога. В ньому зазначено, що покритий льодом електричний провід має власну кругову частоту поздовжніх коливань близько 1 рад/с (один цикл коливань за шість секунд, тобто 1  0,17 гц ) та з урахуванням цього наведено формулу для обчислення власної частоти 6 15 коливань робочого тіла гасника-найближчого аналога в герцах f 20 де R - радіус кривини вгнутої зубчастої опорної виїмки (вважається, що кривина виїмки є сталою). Через те, що кругова частота ω (в рад/с) і частота f (в герцах) зв'язані між собою відомим співвідношенням   2f , то згідно із найближчим аналогом формула, яка зв'язує кругову частоту ω і параметр гасника R, буде мати такий вигляд:  25 35 40 45 50 32,2 (рад/с). (2) R Проте в цю формулу обов'язково повинен входити радіус r барабана (робочого тіла), який конструктивно повинен бути змінним і впливати на налаштування такого коткового гасника на власну частоту горизонтальних коливань електричного проводу. Як відомо (Тимошенко С.П., Янг Д.Х., Уивер У. Колебания в инженерном деле. - М.: Машиностроение, 1985. - Стр. 35-36), важкий циліндр з радіусом r, що вільно перекочується без ковзання у циліндричній виїмці з радіусом R, має власну кругову частоту, що обчислюється за такою формулою:  30 1 32,2 , (Гц), (1) 2 R g . 15(R  r ) , Тому теоретична формула (1), а з нею і формула (2), для налаштування належних параметрів коткових гасників є помилковою. В основу корисної моделі було поставлено задачу - створення коткового гасника для придушення галопування проводів потужних ліній електропередач: за рахунок введення у гасник регульованого демпфірування і конструктивного обмеження вертикальних переміщень робочого тіла (верхньої опорної плити) відносно нижньої опорної плити забезпечити оптимальне його настроювання, надійність та безаварійність функціонування за будь-яких погодних умов. Поставлена задача вирішується тим, що в котковому гаснику для придушення галопування проводів потужних ліній електропередач (ЛЕП), який складається з орієнтованої вздовж ЛЕП нижньої опорної плити, робочого тіла з робочою зубчастою поверхнею, яке має можливість вільного переміщення вздовж нижньої опорної плити, та системи кріплення нижньої опорної плити відносно проводу (проводів) симетрично по обидві сторони від гірлянди ізоляторів, згідно з корисною моделлю, верхня робоча поверхня нижньої опорної плити виконана горизонтальною і пласкою та на ній симетрично відносно гірлянди ізоляторів встановлено два проміжних циліндричних тіла, кожне з яких має осьову порожнину всередині, зубчастий профіль ззовні і вісь, перпендикулярну поздовжній осі нижньої опорної плити, та шарнірно закріплене відносно двох симетричних опор, виконаних у вигляді вушок на стійках, які жорстко закріплені відносно нижньої опорної плити, а в кожне вушко для вільного обертання в них проміжних циліндричних тіл запресовані підшипники, причому в осьовій порожнині кожного циліндричного тіла розміщені пружний елемент та осьовий шток з різьбою на обох кінцях під затяжні гайки для регулювання натягу цього пружного елемента, а з обох торців осьова порожнина кожного циліндричного тіла закривається відповідними торцевими башмаками з наскрізними осьовими отворами під осьовий шток, причому довжина кожного штока не перевищує загальної довжини циліндричного тіла разом з торцевими башмаками, а робоче тіло виконане як верхня опорна плита змінної 2 UA 80556 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 маси з двома опуклими робочими виїмками на нижній її поверхні із зубчастим профілем кожна для взаємодії із зубчастим профілем відповідних проміжних циліндричних тіл, а для фрикційної взаємодії з торцями башмаків циліндричного тіла верхня опорна плита з кожного поздовжнього боку має знімні вертикальні борти у вигляді пластин з L-подібними виступами-обмежувачами в місцях контакту з торцями башмаків, причому зазначені пластини мають наскрізні ревізійні вікна для регулювання відповідних пружних елементів циліндричних тіл у місцях розташування їх осьових штоків на торцях кожного башмака. Причинно-наслідковий зв'язок між запропонованими ознаками корисної моделі та очікуваним результатом полягає в наступному. Перша основна ознака корисної моделі полягає у конструктивному виборі робочого тіла гасника у вигляді верхньої опорної плити з двома опуклими робочими виїмками саме на нижній її поверхні. У запропонованій конструкції гасника верхня опорна плита виступає як своєрідний захисний кожух. Тому у зазначених робочих виїмках не накопичується волога, пил, іржа та лід, що знімає питання про ненадійність функціонування зазначеного гасника за будь-яких погодних умов. Друга основна ознака в конструкції гасника - встановлення з кожного поздовжнього боку верхньої опорної плити (робочого тіла гасника) знімних вертикальних бортів у вигляді пластин з L-подібними виступами для фрикційної взаємодії з торцями башмаків у процесі поздовжніх коливань робочого тіла гасника. Якщо виникають значні вертикальні (або горизонтальні) навантаження або поштовхи зі сторони електричного проводу, то знімні вертикальні борти обмежують відносні переміщення верхньої опорної плити за рахунок їхніх L-подібних виступів. При цьому L-подібні виступи-обмежувачі входять у контакт із башмаками циліндричних тіл і утримуються ними у вертикальному напрямку. Тому аварійні ситуації, пов'язані із втратою контакту робочого та циліндричних тіл, також виключені. Третя основна ознака в конструкції гасника пов'язана із введенням регульованого демпфірування поздовжніх коливань електричних дротів. Регульований фрикційнодемпфірувальний ефект виникає при переміщеннях робочого тіла гасника відносно проміжних циліндричних тіл за рахунок пружного розпору башмаків, реалізованого тиском на них кінців своїх пружних елементів. Це регулювання здійснюється ослабленням або підсиленням розпору башмаків пружними елементами шляхом підтягування або ослаблення затяжних гайок на обох кінцях кожного штока через відповідні ревізійні вікна на знімних вертикальних бортах. За рахунок оптимального регулювання фрикційного демпфірування, вибору належних параметрів криволінійних робочих поверхонь (їх напрямної кривої) на верхній опорній плиті та її маси завжди можна добитися необхідного зменшення рівня вимушених коливань проводів (галопування) до нормативного. Більш детально конструктивні особливості запропонованого коткового гасника, місця його встановлення та функціонування можна пояснити, використовуючи відповідні креслення. На фіг. 1 показано фрагмент ЛЕП із розміщеними на ній котковими гасниками; на фіг. 2 показано вузол А на фіг. 1; на фіг. 3 зображено розріз по Б-Б на фіг. 2. Розглянемо корисну модель у статиці. Запропонований гасник встановлюється на електричних проводах 1 в місцях розташування траверс електричних веж 2 під гірляндою ізоляторів 3. Нижня опорна плита 4 гасника закріплюється горизонтально за допомогою пластин 5 та спеціальних ізольованих затискачів 6 (або інших елементів закріплення) до електричного проводу (проводів) 1 симетрично відносно гірлянди ізоляторів 3. На верхній пласкій поверхні нижньої опорної плити 4 розміщують два проміжних циліндричних тіла 7 з зубчастим профілем 8 ззовні середньої їх частини та порожниною 9 всередині. Осі тіл 7 перпендикулярні поздовжній осі нижньої опорної плити 4. При цьому для шарнірного закріплення кожного з проміжних тіл 7 на нижній опорній плиті 4 використовують по дві опори 10, симетрично встановлені поперек неї. Місця встановлення опор 10 розташовані під кінцями відповідних проміжних тіл 7. Кожна опора 10 складається з двох частин: зі стійки 11, жорстко закріпленої відносно нижньої опорної плити 4, та вушка 12, вісь якого співпадає з віссю відповідного проміжного тіла 7. У кожне вушко 12 для вільного обертання в ньому проміжного циліндричного тіла 7 запресований підшипник 13. Кінці проміжних тіл 7 встановлюють і фіксують у підшипниках 13 відповідним чином. Далі в порожнині 9, розташованій вздовж кожного тіла 7, встановлюють пружний елемент 14 та шток 15 з різьбою 16 на його кінцях. З обох торців тіла 7 його порожнину 9 закривають башмаками 17, які мають осьові отвори із заглибленнями під кінці штока 15. Далі пружний елемент 14 затягується за допомогою гайок, які накручуються на різьбу 16, виконану на кінцях штока 15, та ховаються у зазначені заглиблення на башмаках 17. Після цього циліндричні тіла 7 готові до роботи. 3 UA 80556 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 Далі на тіла 7 зверху встановлюють робоче тіло у вигляді верхньої опорної плити 18, яка на нижній своїй поверхні має дві опуклі робочі виїмки 19 із зубчастим профілем 20 для взаємодії із зубчастим профілем 8 відповідних тіл 7. З обох поздовжніх боків на верхню опорну плиту 18 на болтах закріплюють знімні вертикальні борти 21 у вигляді пластин з L-подібними виступамиобмежувачами 22 вертикального руху в місцях контакту з торцями башмаків 17. При цьому зазначені борти 21 мають наскрізні ревізійні вікна 23 для регулювання відповідних пружних елементів 14 тіл 7 у місцях розташування їх осьових штоків 15 на торцях кожного башмака 17. У верхній частині верхньої опорної плити 18 передбачений контейнер 24 для сипучого вантажу для регулювання її маси. Після цього гасник в цілому готовий до функціонування. Розглянемо роботу гасника при поздовжніх збуреннях (у динаміці). Нехай поздовжнє збурення N від електричного проводу 2 діє у напрямку вектора, показаного на фіг. 2. Це зусилля вносить в систему "електричний провід - гасник" деяку вхідну кінетичну енергію, яку за рахунок гасника потрібно демпфірувати (розсіяти). Під дією зусилля N нижня опорна плита 4 разом з проводом 2 також починає рухатись в цьому ж напрямку, бо жорстко з ним з'єднана елементами кріплення 5 і 6. Проте верхня опорна плита 18 через свої інерційні властивості в горизонтальному напрямку відносно землі залишається на місці, бо не зв'язана жорстко із нижньою опорною плитою 4. В процесі руху нижньої опорної плити 4 тіла 7 своїми зубцями 8 починають взаємодіяти (зачеплятись) із зубцями 20 верхньої опорної плити 18, розташованими на її опуклих робочих виїмках 19. В результаті верхня опорна плита 18 за рахунок своїх опуклих робочих виїмок 19 починає підійматись по обох тілах 7 на відповідну поздовжньому збуренню  N висоту. Крім того, в процесі зазначеного відносного руху двох опорних плит 4 і 18 починається фрикційна (демпфірувальна) взаємодія башмаків 17 тіл 7 та вертикальних бортів 21 верхньої опорної плити 18. Отже, вся кінетична енергія, яка передається в динамічну систему "електричний провід - гасник" від галопування проводу в окремому прогоні, витрачається на дві складові: на потенційну енергію підйому верхньої опорної плити 18 вгору на деяку висоту Н відносно попереднього її положення та незворотні (неконсервативні) втрати енергії, які дорівнюють роботі сил сухого тертя у всіх фрикційних парах "башмак 17 вертикальний борт 21". Перша складова використовується для повернення верхньої опорної плити 18 у вихідне до збурення положення, а друга складова безповоротно відбирає частину вхідної кінетичної енергії, поступово зменшуючи її залишок та рівень галопування проводу в системі. Цей рівень можна регулювати та мінімізувати в залежності від вимог нормативних документів енергетичної галузі за допомогою таких важливих параметрів гасника: вигляду та змінної кривини напрямних кривих, які утворюють виїмки 19 верхньої опорної плити 18, її маси та сил сухого тертя, які можуть регулюватись натягом або розпором пружних елементів 14 через відповідні ревізійні вікна 23 вертикальних бортів 21 верхньої опорної плити 18. Отже, безаварійність функціонування запропонованого гасника полягає в тому, що верхня опорна плита 18 відносно нижньої опорної плити 4 при їх відносних вертикальних рухах надійно утримується виступами-обмежувачами 22 на бортах 21. Крім того, верхня опорна плита 18 разом з бортами 21 одночасно являє собою захисний кожух гасника, який закриває всі його взаємодіючі елементи від попадання між ними води, льоду, бруду тощо. Тому зубчасті з'єднання (при належному змащенні мастилом) будуть функціонувати плавно і надійно та незалежно від погодних умов. Таким чином, поєднання запропонованих ознак дозволяє отримати очікуваний технічний результат: шляхом введення у гасник регульованого демпфірування і конструктивного обмеження вертикальних переміщень робочого тіла (верхньої опорної плити) відносно нижньої опорної плити забезпечити його оптимальне настроювання, надійність та безаварійність функціонування за будь-яких погодних умов. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 50 55 60 Котковий гасник для придушення галопування проводів потужних ліній електропередач (ЛЕП), який складається з орієнтованої вздовж ЛЕП нижньої опорної плити, робочого тіла з робочою зубчастою поверхнею, яке має можливість вільного переміщення вздовж нижньої опорної плити, та системи кріплення нижньої опорної плити відносно проводу (проводів) симетрично по обидві сторони від гірлянди ізоляторів, який відрізняється тим, що верхня робоча поверхня нижньої опорної плити виконана горизонтальною і пласкою та на ній симетрично відносно гірлянди ізоляторів встановлено два проміжних циліндричних тіла, кожне з яких має осьову порожнину всередині, зубчастий профіль ззовні і вісь, перпендикулярну поздовжній осі нижньої опорної плити, та шарнірно закріплене відносно двох симетричних опор, виконаних у вигляді вушок на стійках, які жорстко закріплені відносно нижньої опорної плити, а в кожне вушко, для 4 UA 80556 U 5 10 вільного обертання в них проміжних циліндричних тіл, запресовані підшипники, причому в осьовій порожнині кожного циліндричного тіла розміщені пружний елемент та осьовий шток з різьбою на обох кінцях під затяжні гайки для регулювання натягу цього пружного елемента, а з обох торців осьова порожнина кожного циліндричного тіла закривається відповідними торцевими башмаками з наскрізними осьовими отворами під осьовий шток, причому довжина кожного штока не перевищує загальної довжини циліндричного тіла разом з торцевими башмаками, а робоче тіло виконане як верхня опорна плита змінної маси з двома опуклими робочими виїмками на нижній її поверхні, із зубчастим профілем кожна для взаємодії із зубчастим профілем відповідних проміжних циліндричних тіл, а для фрикційної взаємодії з торцями башмаків циліндричного тіла верхня опорна плита з кожного поздовжнього боку має знімні вертикальні борти у вигляді пластин з L-подібним виступом-обмежувачем в місцях контакту з торцями башмаків, причому зазначені пластини мають наскрізні ревізійні вікна для регулювання відповідних пружних елементів циліндричних тіл у місцях розташування їх осьових штоків на торцях кожного башмака. 5 UA 80556 U Комп’ютерна верстка Г. Паяльніков Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 6