Демпфер Стокбриджа — это настроенный массовый демпфер, используемый для подавления ветровых колебаний на тонких конструкциях, таких как воздушные линии электропередач , [1] длинные консольные знаки [2] и вантовые мосты . Устройство в форме гантели состоит из двух масс на концах короткого отрезка кабеля или гибкого стержня, который закреплен посередине на основном кабеле. Демпфер предназначен для рассеивания энергии колебаний в основном кабеле до приемлемого уровня. [3]
Ветер может создавать три основных режима колебаний в подвесных кабелях: [4]
Демпфер Стокбриджа нацелен на колебания, вызванные ветровыми колебаниями; он менее эффективен за пределами этого амплитудного и частотного диапазона. Ветровые колебания возникают в вертикальной плоскости и вызываются попеременным сбросом вихрей с подветренной стороны кабеля. Постоянный, но умеренный ветер может вызвать стоячую волну на линии, состоящую из нескольких длин волн на пролет. [4] Ветровые колебания вызывают усталость кабеля от разрушающего напряжения [5] и являются основной причиной выхода из строя жил проводника. [4] Концы пролета линии электропередачи, где он закреплен на опорах передачи , подвергаются наибольшему риску. [5] Эффект становится более выраженным с увеличением натяжения кабеля, [5] поскольку его естественное самозатухание уменьшается.
Гаситель Стокбриджа был изобретен в 1920-х годах Джорджем Х. Стокбриджем, инженером компании Southern California Edison . Стокбридж получил патент США 1675391 3 июля 1928 года на «гаситель вибрации». [6] В его патенте описывались три способа гашения колебаний на линиях: мешок с металлическими штамповками, привязанный к линии; короткий отрезок кабеля, зажатый параллельно основному кабелю; и короткий (30 дюймов, 75 см) кабель с бетонной массой, закрепленной на каждом конце. [6] Это последнее устройство превратилось в широко используемый демпфер Стокбриджа.
Вибрации в основном кабеле передавались вниз через зажим и в более короткий демпферный, или «посыльный», кабель. Он изгибался и заставлял симметрично расположенные бетонные блоки на его концах колебаться. Тщательный выбор массы блоков, а также жесткости и длины демпферного кабеля соответствовал механическому сопротивлению демпфера и линии и значительно ослаблял колебания основного кабеля. Поскольку демпферы Стокбриджа были экономичны, эффективны и просты в установке, их стали регулярно использовать на воздушных линиях. [5] Работа на линии под напряжением с использованием инструментов с горячими стержнями означала, что можно было модернизировать демпферы на линиях, когда они находятся под напряжением. [7]
Современные конструкции используют металлические колоколообразные грузы, а не бетонные блоки Стокбриджа. Колокол полый, а демпферный кабель закреплен внутри на дистальном конце, что обеспечивает относительное движение между кабелем и демпфирующими грузами. [7] Для обеспечения большей свободы движения грузы могут быть частично прорезаны в вертикальной плоскости, что позволяет кабелю перемещаться за пределами колокола. Некоторые более сложные конструкции используют грузы с асимметричным распределением массы, что позволяет демпферу колебаться в нескольких различных частотных режимах и диапазонах. [8] [9]
Другая современная конструкция — Dogbone , изобретенная Филиппом Далханти в 1976 году [ сомнительно – обсудить ] так называется из-за своей конфигурации: большая металлическая сфера прикреплена к концу демпфера, а меньшая сфера выступает сбоку от него, напоминая собачью кость. Демпфер смещает грузы вбок, чтобы ввести 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] [ требуется проверка ]
Наиболее уязвимым участком кабеля является место, где он закреплен на конце гирлянды изоляторов , поэтому демпферы обычно устанавливаются в ближайших пучностях (точках максимального смещения) по обе стороны от зажима. [8] Таким образом, обычно на пролет приходится два демпфера, хотя при необходимости на более длинных пролетах можно установить больше. [5] [7]
Воздушные линии электропередачи образуют контактную сеть , в которой вибрация преимущественно происходит в вертикальной плоскости. Когда ожидается более одной плоскости вибрации, демпферы Стокбриджа могут быть установлены под прямым углом друг к другу. Это обычное явление, когда кабель проходит в вертикальной или не горизонтальной плоскости, например, в вантовых мостах или растяжках радиомачт .
