Введение к работе
Актуальность работы. Современные требования безаварийной эксплуата-(ии воздушных линий электропередачи (ЛЭП), а также интенсивно внедряемых амонесущих волоконно-оптических кабелей связи (СВОК), выдвигают на первый шан проблему обеспечения их длительной устойчивой работы в любых механиче-:ких и атмосферно-климатическях режимах. С точки зрения обеспечения механн-іеской прочности и надёжной работы линий и кабелей связи как на стадии проек--ирования, так и при эксплуатации необходимо иметь исчерпывающую информа-1ию обо всех статических и динамических видах воздействий на провода и кабели :вязи. Одной из основных причин, приводящих к выходу из строя таких линий, яв-иаотся вибрационные колебания, возбуждаемые срывом вихрей Кармана при дей-гтвии ветровой нагрузки (эоловые колебания). Вызываемая ветром вибрация прн-юдит к усталостным повреждениям проводов и кабелей, которые происходят как ta счет многократных перегибов самих проволок в повивах, так н за счет трения, сноса и коррозии проволок в точках касания соседних повивов (фреттинг-соррозия). В проектируемых и эксплуатируемых современных ЛЭП и СВОК для уменьшения вибраций и снижения амплитуды знакопеременных напряжений широко применяются средства зашиты от вибрации - гасители вибрации различных гипов, а также усиливающие спиральные протекторы. Это вызывает необходи-«ость в разработке адекватных физико-математических моделей (ФММ), учитывающих как различные конструктивные особенности, так н особенности эксплуатации таких конструкций.
К настоящему времени как в нашей стране, так и за рубежом выполнены широкие исследования по проблемам вибрации проводов при их взаимодействии с ветровым потоком. Значительный вклад в решение этих проблем внесли исследования и монографии таких ученных, как: В. В. Болотин, В. В. Бургсдорф, С. И. Горелик, А. Я. Либерман, Г. А. Савицкий, В.А. Светлицкий, А. А. Харкевич. Th. von Karman, J. P. Den-Hartog, A. F. Davidson, V. Strouhal, E. Bate, T. Vamey, R. A. Monroe, J. С Poffenberger, С. В. Rawlins, G. Diana, A. Simpson, и др. Процесс малых ко-
-Э-
лебаний провода в пролете воздушной линии обычно описывается уравнением к< лебаний струны, что позволяет лишь приближённо определять частоты вибращі провода в пролете и точки установки виброгасителей. Наличие усиливающей сш ральной арматуры, как правило, не учитывалось. Поскольку аналитическое реш( ние уравнений динамики струны (нити) удаётся получить только для ряда случаеі то для определения частот и форм колебаний с учётом стрелы начального провисг ния используются различные численные методы. Значительное развитие числеь ные методы исследования колебаний проводов, гибких шлангов, стержней и гиб ких передач получили в работах В.А. Светлицкого, Г.А. Савицкого, Г.С. Солодов никова и др. В этих работах, наряду с традиционным детерминистским подходом развиваются также и вероятностные методы исследования колебаний провода.
Однако, результаты исследований динамики проводов н кабелей для совре менных ЛЭП и СВОК по уточнённым ФММ с учетом наличия различных среден защиты от вибрации не охватывают многие важные в практическом отношении за дачи, либо вообще отсутствуют. В связи с этим проблема разработки адекватно» физико-математической модели колебаний упругой нити с переменными по длиш механическими характеристиками при наличии средств виброзащиты, а также построения численно-аналитических решений соответствующих математических задач является актуальной и представляет как теоретический, так и практический интерес. Исследуемые в работе вибрации проводов и кабелей - это малые поперечные колебания в вертикальной плоскости с частотами порядка 5-=-80 Гц и амплитудами не более одного - двух диаметров провода.
Целью работы является:
- разработка адекватной физико-математической модели малых колебаний
упругой нити переменной жёсткости при наличии дискретно расположенных гаси
телей вибрации различного типа; ;
^-исследование сравнительной эффективности средств защиты от вибрации
различных конструкций с определением оптимальных зон расположения виброга-ептелей а длин усиливающих протекторов;
-. проверка адекватности разработанной теоретической модели по результатам стендового эксперимента и полевых испытаний на действующих ЛЭП и СВОК к разработка практических рекомендаций для проектных и эксплуатационных организаций.
Научная новизна полученных результатов заключается в следующем:
впервые построена физико-математическая модель линейных колебаний натянутого провода (кабеля) переменной нзгибной жесткости и погонной массы с учетом влияния усиливающей спиральной арматуры и наличия гасителей вибрации различного типа;
разработана и построена универсальная модель гасителя колебаний, имеющая восемнадцать степеней свободы и позволяющая учесть н описать основные особенности работы виброгасіггелей различных конструкций;
поставлен и решен ряд новых, актуальных прикладных задач по динамике проводов с переменными по длине фнзнко-механическнмн характеристиками, в том числе: определены оптимальные варианты установки виброгасителя на спиральный протектор, длина которого варьировалась; проведен сравнительный амплитудно-частотный анализ эффективности виброгасіггелей различного типа.
Достоверность полученных результатов и адекватность разработанных теоретических моделей основывается на использопанин фундаментальных захоноа и вариационных принципов механики деформируемого твердого тела, корректной реализацией варианта метода начальных параметров и динамических жесткостей в матричнол форме, и подтвер;кдается как сопоставлением с теоретическими данными, так и с результатами стендовых экспериментов и полевых испытаний на действующих ЛЭП и СВОК.
Практическая цепкость н внедрение результатоп. На основе разработанных физико-математических моделей созданы пакеты прикладных программ, позволяющие вычислять прочностные и амплитудно-частотные характеристики протяженного проаода (кабеля) с переменными по длине физико-механическими характеристиками для различных сочетаний длин защитных протекторов и схем установки вяброгасйтеяеЯ, а тахнее оптимизировать их из условия минимума углов
перегиба провода и амплитуд вибрационных колебаний. Разработаны практические рекомендации по зашите проводов ЛЭП и СВОК линий связи от усталостных разрушений, что существенно сократило как сроки и себестоимость проектных работ, так и ремоитно-эксплуатационные расходы иа соответствующих предприятиях Минтопэнерго и Минсвязи России. Они внедрены в расчетную практику заин-. тересовднных организаций, что подтверждается 3 актами внедрения: 1. Электро-связьмонтаж, г. Екатеринбург. 2. ОАО Энергосетьпроект, г. Москва. 3. АО Кол-энерго, г. Мурманск.
На защиту выносятся следующие основные результаты работы:
разработанная физико-математическая модель механической системы, включающая в себя кабель или провод, протекторы и гасители вибрации, а также модель гасителя колебаний с большим числом степеней свободы;
методика сравнительного анализа амплитудно-частотных характеристик проводов и кабелей для различных вариантов схем виброзащиты и разработанная рас-четно-кокструктивная схема гасителя вибрации повышенной эффективности;
» результаты решения ряда новых, прикладных задач, а также практические рекомендации по защите от усталостных разрушений несущих элементов ЛЭП и СВОК.
Апробация работы. Основные положения и результаты работы докладывались и обсуждались на следующих научных конференциях и семинарах: 1. Научно-техническая конференция "Информационная среда ВУЗа". Иваново, 1998 г. 2. Постоянно действующий Всероссийский семинар представителей энергосистем РАО ЕС России. Москва, 1997 - 1999 г.г. 3. Научно-технический совет Северо-Западного отделения института Энергосетьпроект. С. - Петербург, 1999 г. 4. Семинар по механике, надежности и ресурсу технологических систем. Институт Машиноведения им. А.А. Благонравова РАН. Москва, 1999 г. 5. Общеуниверситетский семинар по механике деформцруемого-твердоіхг-гела-при"МГОУТМоскваг 1999 - 2000 г.г"
Публикации. По теме диссертации опубликовано 5 работ, отражающих основное содержание проведенных исследований.
Струїстура и объем диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, выводов (заключения) и списка литературы из 117 наименований. Общий объем диссертации 154 страницы, включая 43 рисунка и 15 таблиц.
Похожие диссертации на Динамика и средства защиты от вибрации проводов линий электропередачи и самонесущих кабелей связи
