申请/专利权人：郑州大学

申请日：2018-11-16

公开（公告）日：2024-04-16

公开（公告）号：CN109236014B

主分类号：E04H12/00

分类号：E04H12/00;E04B1/98

优先权：

专利状态码：有效-授权

法律状态：2024.04.16#授权;2019.02.19#实质审查的生效;2019.01.18#公开

摘要：一种抑制钢管高耸结构涡激振动的双重自旋破涡装置，包括两个上下平行设置的环形的基座，每个基座的外壁旋转套装有环形的旋转臂；所述旋转臂的外壁上固定设置有四个连接臂，连接臂围绕旋转臂的轴线均匀设置；上下基座之间通过矩形板固定连接，矩形板一边与上下基座的连接臂固定连接，矩形板相对应的另一边设置有转动杆，转动杆设置两个且与连接臂平行设置；转动杆远离矩形板的一端转动设置有连接杆，连接杆另一端均固定设置有四个半球壳形的风杯。总之，本发明抑制了钢管高耸结构在横风向下产生的涡激振动，提高了钢管高耸结构的安全性，减少了经济损失。

主权项：1.一种抑制钢管高耸结构涡激振动的双重自旋破涡装置，其特征在于：包括两个上下平行设置的环形的基座（1），每个基座（1）的外壁旋转套装有环形的旋转臂（2），即基座（1）的外壁设置有环形的凹槽，凹槽内设置有滚珠，滚珠嵌入凹槽与旋转臂（2）的内壁之间；所述旋转臂（2）的外壁上固定设置有四个连接臂（4），连接臂（4）围绕旋转臂（2）的轴线均匀设置；两个上下基座（1）之间通过矩形板（3）固定连接，所述矩形板（3）竖直设置，矩形板（3）水平方向的宽度为基座（1）内径的50%~60%，矩形板（3）的高为水平方向的宽度的2~3倍，矩形板（3）一边与上下基座（1）的连接臂（4）固定连接，矩形板（3）相对应的另一边设置有转动杆（33），转动杆（33）设置两个且与连接臂（4）平行设置；转动杆（33）远离矩形板（3）的一端转动设置有连接杆（32），所述连接杆（32）一端与转动杆（33）垂直连接，连接杆（32）绕转动杆（33）轴线均匀设置四个，连接杆（32）另一端均固定设置有四个半球壳形的风杯（31），所述风杯（31）的开口方向一致且与旋转臂（2）的直径方向平行，所述风杯（31）的直径至少为矩形板（3）水平方向的宽度的13。

全文数据：一种抑制钢管高耸结构涡激振动的双重自旋破涡装置技术领域本发明涉及一种钢管高耸结构涡激振动抑制装置，具体涉及一种抑制钢管高耸结构涡激振动的双重自旋破涡装置。背景技术科学技术不断发展，各种变电站规模不断增大，电压等级也在不断提高，这也使得变电构架的高度也在不断提高，为了避免雷击，工程应用中往往在变电站内建立高耸的独立避雷针，或者是在变电构架上安装避雷针，以保护设备的安全。由于变电构架大多采用钢结构特别是圆形钢管这种轻质高强材料，属于钢管高耸结构，因此在横风向力作用下，钢管圆截面两侧交替地产生脱离结构物表面的旋涡，当构件的自振频率与旋涡的脱离频率相接近时，结构会发生共振破坏，这种现象称为涡激振动，而涡激振动的长期作用不仅会导致高耸结构的强度降低，严重的话甚至会破坏整个钢管高耸结构，造成巨大的经济损失。发明内容本发明提供一种抑制钢管高耸结构涡激振动的双重自旋破涡装置，所要解决的技术问题为：抑制钢管高耸结构在横风向下产生的涡激振动，提高钢管高耸结构的安全性，减少经济损失。为了解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：一种抑制钢管高耸结构涡激振动的双重自旋破涡装置，包括两个上下平行设置的环形的基座，每个基座的外壁旋转套装有环形的旋转臂，即基座外壁设置有环形的凹槽，凹槽内设置有滚珠，滚珠嵌入凹槽与旋转臂的内壁之间；所述旋转臂的外壁上固定设置有四个连接臂，连接臂围绕旋转臂的轴线均匀设置；两个上下基座之间通过矩形板固定连接，所述矩形板竖直设置，矩形板水平方向的宽度约为基座内径的50%~60%，矩形板的高为水平方向的宽度的2~3倍，矩形板一边与上下基座的连接臂固定连接，矩形板相对应的另一边设置有转动杆，转动杆设置两个且与连接臂平行设置；转动杆远离矩形板的一端转动设置有连接杆，所述连接杆一端与转动杆垂直连接，连接杆绕转动杆轴线均匀设置四个，连接杆另一端均固定设置有四个半球壳形的风杯，所述风杯的开口方向一致且与旋转臂的直径方向平行，所述风杯的直径至少为矩形板水平方向的宽度的13。优选地，所述矩形板上均匀分布设置有若干通孔。优选地，所述通孔的总面积为矩形板面积的20%~25%。优选地，所述相邻的连接臂之间设置有圆弧形肋条。优选地，所述连接杆与风杯的最大圆截面边缘处固定连接。一种使用权利要求1或2所述的抑制钢管高耸结构涡激振动的双重自旋破涡装置抑制钢管高耸结构涡激振动的方法，矩形板水平方向的宽度为基座内径的，矩形板的高为水平方向的宽度的2~3倍，所述风杯的直径为矩形板宽度的13。相对于现有技术，本发明的有益效果为：本发明半球壳形风杯带动旋转臂围绕圆环形基座自由转动，改变结构物表面空气旋涡脱离的规律性，从而拟制高耸结构的涡激振动，避免其因为强度降低而破坏；增加了扰动源的数量，更加有效地改变了空气旋涡脱离的规律性；由于装置可以在风力作用下自由旋转，在拟制钢管高耸结构涡激振动的同时，不会增加额外的受风面积以及相应带来的风荷载，从而防止结构物的稳定性降低；在矩形板上设置有若干通孔，防止风力过大使得双重自旋破涡装置强度降低而损坏；旋转臂的连接臂之间有圈形肋条连接，确保四个连接臂的相对位置不变；结构简单，拆装方便，经济实用。总之，本发明抑制了钢管高耸结构在横风向下产生的涡激振动，提高了钢管高耸结构的安全性，减少了经济损失。附图说明图1为本发明的整体结构示意图；图2为本发明的俯视图。图中：1、基座，2、旋转臂，3、矩形板，31、风杯，32、连接杆，33、转动杆，4、连接臂，5、圈形肋条，6、加强肋，7、高耸钢管。具体实施方式下面结合附图，对本发明做进一步的说明。如图1所示，本发明提供一种抑制钢管高耸结构涡激振动的双重自旋破涡装置，包括两个上下平行设置的环形的基座1，基座1的外壁旋转套装有环形的旋转臂2，即基座外壁设置有环形的凹槽，凹槽内设置有滚珠，滚珠嵌入凹槽与旋转臂2的内壁之间，旋转臂2可以绕基座1在水平面内自由转动；所述旋转臂2的外壁上固定设置有四个连接臂4，相邻的连接臂4之间设置有圆弧形的肋条5，确保四个连接臂的相对位置不变，四个连接臂4围绕旋转臂2的轴线均匀设置；上下基座之间通过矩形板固定连接，所述矩形板3竖直设置，矩形板3水平方向的宽度为基座内径的50%~60%，矩形板3的高为水平方向的宽度的2~3倍，所述矩形板3上均匀分布设置有若干通孔，通孔的总面积为矩形板面积的20%~25%，防止风力过大使得双重自旋破涡装置强度降低而损坏。矩形板3一边与上下基座1的连接臂4固定连接，矩形板3相对应的另一边设置有转动杆33，转动杆33设置两个且与连接臂4平行设置；转动杆32远离矩形板3的一端转动设置有连接杆32，所述连接杆32与转动杆32垂直设置，连接杆32绕转动杆32轴线均匀设置四个，连接杆32另一端均固定设置有四个半球壳形的风杯31，所述风杯31的开口方向一致且与旋转臂2的直径方向平行，所述风杯31的直径至少为矩形板3水平方向的宽度的13。如图2所示，本发明提供的一种抑制钢管高耸结构涡激振动的双重自旋破涡装置，在实际使用过程中，使高耸钢管7穿过基座1的中心，并将基座焊接固定在高耸钢管7外壁上，由于独柱避雷针都是若干圆钢管分段组成，分段连接的部位采用刚性法兰连接，本装置要求在距离连接处较近的高耸钢管7内部区域即节点附近设置加强肋6，并在节点附近区域安装该装置，既能增加节点区域的刚度，又能避免本装置的安装影响钢管结构物的稳定性；安装完成后风杯3在风力作用下带动旋转臂2围绕基座1自由转动，改变结构物表面空气旋涡脱离的规律性，从而拟制高耸结构的涡激振动，避免其因为强度降低而破坏，由于装置可以在风力作用下自由旋转，在拟制钢管高耸结构涡激振动的同时，不会增加额外的受风面积以及相应带来的风荷载，从而防止结构物的稳定性降低。总之，本发明抑制了钢管高耸结构在横风向下产生的涡激振动，提高了钢管高耸结构的安全性，减少了经济损失。

权利要求：1.一种抑制钢管高耸结构涡激振动的双重自旋破涡装置，其特征在于：包括两个上下平行设置的环形的基座（1），每个基座（1）的外壁旋转套装有环形的旋转臂（2），即基座（1）的外壁设置有环形的凹槽，凹槽内设置有滚珠，滚珠嵌入凹槽与旋转臂（2）的内壁之间；所述旋转臂（2）的外壁上固定设置有四个连接臂（4），连接臂（4）围绕旋转臂（2）的轴线均匀设置；两个上下基座（1）之间通过矩形板（3）固定连接，所述矩形板（3）竖直设置，矩形板（3）水平方向的宽度为基座（1）内径的50%~60%，矩形板（3）的高为水平方向的宽度的2~3倍，矩形板（3）一边与上下基座（1）的连接臂（4）固定连接，矩形板（3）相对应的另一边设置有转动杆（33），转动杆（33）设置两个且与连接臂（4）平行设置；转动杆（32）远离矩形板（3）的一端转动设置有连接杆（32），所述连接杆（32）一端与转动杆（32）垂直连接，连接杆（32）绕转动杆（32）轴线均匀设置四个，连接杆（32）另一端均固定设置有四个半球壳形的风杯（31），所述风杯（31）的开口方向一致且与旋转臂（2）的直径方向平行，所述风杯（31）的直径至少为矩形板（3）水平方向的宽度的13。2.根据权利要求1所述的抑制钢管高耸结构涡激振动的双重自旋破涡装置，其特征在于：所述矩形板（3）上均匀分布设置有若干通孔。3.根据权利要求2所述的抑制钢管高耸结构涡激振动的双重自旋破涡装置，其特征在于：所述通孔的总面积为矩形板（3）面积的20%~25%。4.根据权利要求1-3任意一项权利要求所述的抑制钢管高耸结构涡激振动的双重自旋破涡装置，其特征在于：所述相邻的连接臂（4）之间设置有圆弧形肋条（5）。5.根据权利要求1-3任意一项权利要求所述的抑制钢管高耸结构涡激振动的双重自旋破涡装置，其特征在于：所述连接杆（32）与风杯（31）的最大圆截面边缘处固定连接。6.一种使用权利要求1或2所述的抑制钢管高耸结构涡激振动的双重自旋破涡装置抑制钢管高耸结构涡激振动的方法，其特征在于：矩形板（3）水平方向的宽度为基座（1）内径的50%~60%，矩形板（3）的高为水平方向的宽度的2~3倍，所述风杯（31）的直径为矩形板（3）水平方向的宽度的13。

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