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4D防振锤的历史以及发展概述 History of 4D vibration dampers and its development

FITTING 技术 2009-11-01 22:02:16 阅读110 评论0   字号：大中小 订阅

4D防振锤的历史以及发展概述

History of 4D vibration dampers and its development

容国杰 Joe Yung 李臣忠 Victor li

（扬州达亨线路金具有限公司）

摘要

导、地线（OPGW）用主要防振产品4D系列防振锤，除了理论上有独到之处外，在实际应用过程还要根据地形、张力、气候等进行合理配置，不能机械照搬。注重防振效果和方便实用成为新型防振锤设计的要领。

关键词

防振锤 Vibration damper; 来源 Origin; 微风振动 Aeolian vibration; 大跨越 River crossing

引言

目前在中国电力金具市场上，有一种被称之为“4D”系列的防振器具最为著名， 它的微风振动分析和解决方案独树一帜，开创了防振领域的新局面。从1998年12月起，DULHUNTY®4D系列防振锤被引入中国，先后为电力输配电线路和电力光缆输送了近100万套，以其独特的设计和卓越的品质赢得了市场的青睐。与传统的国标防振锤相比，它具有更好的外型、抗电晕和无线电干扰、宽阔的振动频率覆盖范围、安装使用更为灵巧。而且它的出现填补了我国OPGW用防振锤的空白，令国内OPGW生产商为之一振，也给电力输变电线路一个更好的选用机会。

（一）    防振锤的来源及“4D”的由来

最早出现的防振锤是司托克布里奇防振锤(Stockbridge), 1925年面世，设计原理是用一根钢绞线连接两个锤头，通过灵敏的钢绞线产生锤头谐振，来消耗因风而生的导线振动。这种机理，直到现在仍是世界上使用最多的一种，在此基础上，产生了各种各样的锤头形式，如狗骨头形状、两锤头之间有钮矩的扭转式防振锤、意大利的4R防振锤等。

50年代，澳大利亚的Philip Dulhunty (达亨先生)对意大利的4R防振锤进行了改进，对锤头形状进行音叉式耳朵形设计，并且首次设计大小锤头不对称式，在其他方面如锤头重量、线夹形状等方面也有许多变化。因为4R起名源自4个“R”形的锤头， 达亨先生在命名新型防振锤型号时，将自己姓名中“Dulhunty”的首个字母“D”写进去，成为今天的“4D”的来源。

下图是结构示意图。

此种防振锤一经问世，即受到普遍关注和欢迎。因为其较高的频率覆盖特性，3HZ~150HZ，持久的疲劳性能，能耐107次振动而功率特性不衰减。经澳洲昆士兰大学、美国乔治电力研究中心按国际电工委员会IEEE664标准、澳大利亚AS1154标准制定的规范进行各方面的试验，4D防振锤可以提供完全的频率保护和完美的特性性能。这此试验主要是：阻抗测量、反驻波比预测、功率特性试验、尺寸和外观检验、疲劳型式试验、锤头拉脱试验、线夹滑移试验、无线电干扰和电晕试验、防振效能评估。

（二）       4D系列防振锤的设计理论、设计基础

1）      微风振动的频率计算

早在十五世纪末期，Von Karman（德国动力学家）经过长期大量的试验和研究，得出了著名的涡流巷道公式，即流体中圆柱体的漩涡频率 ，式中：

—  流体中圆柱体的漩涡频率HZ

   —   常数

   —   流体速度，即风速，m/s

  —   圆柱体直径，m

在其后的研究中，s系数经过多次修正，取值为0.185最为合适。上式简化为 。

2）      需要加装防振锤的条件

但是，导线是不是在任何情况下都产生上述频率的振动呢？由此而推是

不是任何情况下都需要防振措施呢？显然不是。

研究表明导线张力和自阻尼影响振动水平，国际大电网会议于1953年成立了一个小组，其任务是从统计角度研究导线张力对振动的影响。经过10年的研究，结论是：导线振动的倾向取决于导线自阻尼和实际张力，主要取决于实际平均运行应力“EDS”。近年来，导线组成结构和组成材料发生了很大变化，不再局限于以前的AAAC和ACSR，铝包钢线的加盟大大丰富了导线的品种，强化了某些电气和机械性能指标。可以通过测量导线在张力和受振情况下的变形情况来研究是否需要加装防振锤，导线的变形用ΔL/L表示，我们称之为“微应变”，通常用“μ?”表示。

目前试验标明，平均运行应力EDS<16%，档柜在500m 以内的开阔地区，未装防振锤，微应变在80~150μ?之间，对超过16%，在16%~30%的导线，微应变在400~700μ?，甚至达到900μ?。通常取200μ?为界限，超过200μ?则必须加装防振器具。常规的运行经验还提到，在山地和丛林、森林地区可少装，而平坦、河面则应多装。还应注意，有时档距在<150米，但常年季风与线路成50—90度，或地形平坦开阔，即便EDS <16%也要安装。

总之，对于f 在3~150HZ，EDS在>16%的情况下需考虑加装防振锤或防护条，另外特殊地形和风速，也应慎重对待。

3）防振锤头的重量

防振锤头重量是防振锤最基本的参数，其中包含两个部分：一个是活重，即防振锤的锤头；二是死重，即线夹。试验提出，防振锤的活重应为相当于1/2~3/4波长的导线重量。波长的计算按平均风速3.61m/s考虑，至于死重的允许值应不大于活重的0.3倍。

式中      ─ 防振锤活重，kg;     ─ 导线单位重量，kg/m;

 ─ 导线直径，m;       ─  导线平均运行应力，N，25% UTS。

因为死重在防振锤上不起作用，故应越小越好。

4）钢绞线的刚度

DULHUNTY®4D防振锤的钢绞线对防振锤的性能至关重要，除了具备一定的弹性变形能力和足够的抗拉强度外，还应该具备足够的刚度。其刚度直接影响防振锤的谐振频率，其迟后特性决定着防振锤吸收功率的能力。所以应该通过试验，从各种钢绞线中挑选迟后回归曲线面积最大的来优化采用，以保证防振效果在107次疲劳试验后不受影响。

下图是一种钢绞线的迟后回归曲线图。

安装位置

理想状态下，防振锤应安装在振幅值最大的波腹上。实际上很难做到。目前常用的办法是取最大频率状态下 波长做为第一个防振锤安装距离。常用的公式为：

式中 = 外径mm; ─ EDS, 取20% UTS（kN）; ─ 单位长度质量 kg/km.

至于第二个防振锤，一般取0.7L，第三个取0.6L，其余的都是取0.6L。

（三）       4D系列防振锤的技术革新和发展方向

1）      数量配置（保护档距）的变革

例如在两个山顶之间架设导线，如按山地配置，则不正确。这时仍应按平坦地形进行数量配置。覆冰情况下，缆径加覆冰的直径增加了一倍，风能会增至正常情况下的8倍，其防振锤选型和配置都应加强。不能机械地按张力和地形选配，而应具体问题具体分析，有时森林、山地情况下也应按平坦地配置数量，这取决于实际线路两边是否存在大批高于线路的树木群。

2）大跨越情况

一般指大跨越为大于1200m的档距。事实上大跨越情况较为复杂，不仅要考虑该跨距的气候、地形、风速、覆冰、张力、单位质量等参数，还应连带分析相邻跨距的参数，结合运行经验，给出设计方案。常用的方案是：花边加强护线 + 防振锤 + 防舞器具。

3） 现场测试

一般情况下，4D防振锤的设计人员针对具体情况提出特定方案，原则仍然是防微风振动，对高频和舞动则建议用防振鞭和防舞锤。通常这类方案应加设防振效果评估措施。主要有两种方法，一是在模拟试验场地加装应变片，模拟现场张力和风速情况，测量应变变化；二是现场加装测试仪，测试导线振动频率和振幅，在加装前测一次，在装防振锤后再测一次，一般要求在加装防振锤后从3~120HZ的频率内应变在200µε以内。

综上所述，4D系列防振锤还有待改进之处，但其优越性能还是显示出巨大的市场生命力，其发展之路趋于更易操作、更为完善、更为卓越的方向。我们相信，随着技术的不断完善，必然会更好地中国电力市场服务。

参考书目：

1）《电力系统通信》2004年第5期

2）《电力金具手册》董吉谔编，中国电力出版社

3）《DAMPERS FOR DUMMIES》by Dulhunty  July 1999