防振錘功率特性試驗研究

冷檔定

摘 要：功率特性是防振錘的關鍵質量特性，是指在恒定的線夾振動速度下，防振錘在不同工作頻率范圍內的耗能。試驗時，可通過設定頻率，調節至相應振速，測量激振力的峰值及力和速度（加速度）的相位夾角，通過功率消耗公式計算出防振錘功率特性。

關鍵詞：防振錘;功率特性;試驗

中圖分類號：TM752文獻標識碼：A文章編號：1003-5168（2020）05-0068-02

Abstract： The power characteristic is the key quality characteristic of the anti-vibration hammer， which refers to the energy consumption of the anti-vibration hammer in different operating frequency ranges at a constant clamp vibration speed. During the test， one can set the frequency， adjust to the corresponding vibration speed， measure the peak value of the exciting force and the phase angle between the force and the speed （acceleration）， and calculate the power characteristics of the anti-vibration hammer through the power consumption formula.

Keywords： vibration damper;damper power dissipation;test

自1925年司托克布里奇防振錘發明以來，各種類型的防振錘已廣泛應用于不同電壓等級的架空輸電線路工程中。防振錘已成為抑制架空輸電線路微風振動的重要線路保護金具之一。

防振錘的作用是抑制風振，將風施加于導線的機械能轉化為熱能等能源而消耗掉。功率特性是評價防振錘產品質量優劣的關鍵特性。但由于防振錘振動的復雜性，防振錘的功率特性試驗只是作為防振錘產品型式試驗中應進行的試驗項目，在防振錘的批量生產抽樣試驗中較少進行，大多數防振錘生產企業也未添置該功率特性試驗設備。為此，筆者在防振錘功率特性的試驗方面進行了有益探索，取得了初步結果，為防振錘產品性能改進提供了試驗條件和重要依據。

1 防振錘功率特性試驗原理

不考慮導線自阻尼及導線與防振錘交互作用的影響，實驗室中測量防振錘功率特性時，可通過在振動臺上安裝一防振錘，振動臺由一信號發生器控制。為模擬防振錘實際應用，信號發生器的輸出信號（頻率和振幅）應可調并滿足試驗頻率范圍及線夾振速的需要，輸出信號一般為正弦信號。試驗中，由振動臺給防振錘輸入能量，由于防振錘是一“耗能器”，其必然會消耗一定的能量，根據能量平衡原理，通過測量附著點的力和速度及力和速度的相位差，根據式（1）可得出防振錘的功率消耗。

式中，[P]為防振錘功率消耗;[F]為在附著點測量的力峰值;[Vs]為附著點測量的速度峰值;[θv]為力和速度信號的相位差。

由于速度信號一般由加速度傳感器采集的加速度信號轉換而成，當直接采用加速度信號時，其公式為：

式中，[f]為設定頻率;[As]為附著點測量的加速度峰值;[θa]為力和加速度信號的相位差。

根據《防振錘技術條件和試驗方法》（DL/T 1099—2009）等相關標準規定[1-3]，防振錘功率特性試驗一般采用線夾定振速法測量，從式（1）、式（2）可以看出，要得出防振錘在不同頻率下的耗能，只需要通過振動臺設定一定的頻率，調節信號發生器驅動振動臺來獲得相應的速度（加速度），這些量都是可以通過設備來控制的已知設定量[4-5]，測量的主要任務就是測出[F]、[F]與[Vs（As）]的相位差。

2 人工測量

試驗振動臺為電動振動臺，它在正弦信號發生器控制下能產生正弦垂直振動。其工作頻率遠遠大于防振錘的振動頻率范圍。防振錘所受的力是通過安裝于振動臺與防振錘支架之間的壓電式力傳感器來測量的。直接安裝于防振錘或防振錘支架上的壓電式加速度傳感器可測出防振錘的加速度，需要時可通過積分器轉換為速度。將力和加速度（速度）信號轉換的電信號經放大器放大后輸入數字示波器，通過數字示波器讀出加速度（速度）和力信號峰值以及兩信號之間的相位差。測試系統框圖如圖1所示。

在防振錘振動頻率范圍內，作為該套測量系統的力和加速度傳感器應該具有優良的相位正確度和線性度。為檢測系統的精確度，可以在防振錘支架上安裝一個小的剛性體，在所有計算的試驗頻率范圍內，通過振動臺振動給支架和剛性體以期望的恒定振速，通過以下兩點來判斷該試驗系統及傳感器是否正確地工作：[F]和[Vs]的相位角[θv]是或非常接近90°，或[F]和[As]的相位角[θa]是或非常接近0°;[F]對加速度的比率（[FAs]）將是一常量，即[FAs]≈[M]（支架質量+剛性體質量），[M]=1.1kg。試驗結果如表1所示。

實際測試可采用逐點測試的方法，通過設定振動頻率[f]，調整[Vs]到規定值后測量[F]及[θv]（[θa]），通過電子文檔進行數據處理后得出防振錘的功率特性，測試的某一型號防振錘D22功率特性曲線如圖2所示。

3 自動測量

人工測量雖然直觀，但耗時較多，容易引入人為測量誤差。后期采用動態數據采集分析系統，能較為方便快捷地實施防振錘功率特性試驗。防振錘功率特性試驗動態數據采集分析系統由計算機軟件程序生成某一頻率下標準正弦信號，通過信號采集器放大并經D/A轉換后輸入振動臺功率放大器，推動振動臺工作。為保持功率特性穩定，線性掃描速度遠低于0.2Hz/s。試驗中依然用力傳感器測出振動臺施加于防振錘的力，用加速度傳感器測出防振錘的加速度，將上述兩種信號輸入信號采集器，信號采集器和計算機之間通過IEEE1394接口進行通信聯絡。經A/D轉換后將采集的信號通過動態數據采集和分析軟件對兩路信號進行識別和比較，并及時反饋調整。

通過防振錘功率特性試驗軟件，人們可以實時觀測兩路信號的變化，直觀地看到[F]與[V]的相位差。為檢測系統的正確性，防振錘功率特性試驗軟件設置有校準程序，在防振錘功率特性試驗前可進行系統自動校準。由于軟件的便捷性，人們可以方便地將校準得到的數據代入，可選擇地對后續測量數據進行修正。

參考文獻：

[1]國家能源局.防振錘技術條件和試驗方法：DL/T 1099—2009[S].北京：中國標準出版社，2009.

[2]IEC.Overhead lines-Requirements and tests for Stockbridge type aeolian vibration dampers，MOD：IEC 61897—1998[S].Geneva：IEC，1998.

[3]IEEE.IEEE Guide for laboratory measurement of the power dissipation characteristics of Aeolian vibration dampers for single conductors：IEEE Std 664—1993[S].New York：IEEE，1993.