瓷柱型高耸电气设备多重环式调谐质量阻尼减振技术研究

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瓷柱式电气设备在各类电力设备系统中应用普遍,其在电力系统中发挥着重要的作用,是确保电力系统安全运行的关键设备。国内外震害表明,这类设备因其材料以及功能特点,在地震中破坏严重。发展既能够显著降低该类设备结构地震反应内力、又可有效控制其反应位移的阻尼减振技术,是解决其抗震问题的重要途径和迫切需求,对保证电力系统地震安全具有重要意义。本文以如何采用多重环式调谐质量阻尼减振技术显著提高瓷柱型高耸电气设备抗震性能为研究目标,通过具有典型代表性的直立式和组合式两类瓷柱型高耸电气设备的数值模拟分析,研究了环式调谐质量阻尼器对瓷柱式高耸电气设备抗震性能的影响,给出了初步的设计建议。论文主要完成了以下工作:(1)介绍了目前国内外瓷柱式电器设备的抗震方法,分析了各方法的优缺点,梳理了本文将要研究的调谐质量阻尼器的发展历程。(2)分三种不同情况列出了单自由度系统的调谐质量阻尼器工作原理的理论推导及相应情况下的各参数最优取值,并给出了各参数随质量比变化的最优取值曲线。从理论上证明了调谐质量阻尼器减振的可行性,为本文后面章节的研究提供了具有参考价值的理论基础。(3)针对“I型”电器设备,分析了环式调谐质量阻尼器(RTMD)的最优安装位置,RTMD的最优阻尼比,RTMD频率失调效应,多重环式调谐质量阻尼器(MRTMD)的减振控制以及MRTMD对结构设备的高阶振型控制。研究结果表明:RTMD安装在结构越靠上的部位减振效果越明显,RTMD阻尼比为6%-10%时可以实现比良好的减振效果,频率失调会显著影响RTMD的减振效果,MRTMD的减振效果和稳定性明显优于单重环式调谐质量阻尼器SRTMD,MRTMD可以实现对高阶振型的控制。(4)针对“T型”第二类电气设备,参照第一类电器设备中RTMD系统的最优取值,对比了结构设备在三种情况下(无TMD、SRTMD以MRTMD控制高阶振型)遭受地震作用时的加速度、位移以及应力响应。研究结果表明:MRTMD减振效果明显,减振幅度和稳定性均优于SRTMD,MRTMD作用下的结构峰值加速度、峰值位移以及危险部位的峰值应力平均可降低40%左右。同时指出了相比于只控制单阶振型,MRTMD对多阶振型的控制在稳定性方面有着绝对的优越性。
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