獨柱抗震變電站的制作方法
【專利摘要】本發明公開了一種獨柱抗震變電站,用于解決變電站重心提高后的抗震問題。它包括箱式集成變電站、混凝土立柱、輔助支撐支座和調心支座,其中,調心支座安裝在箱式集成變電站下底面的中央位置,以調心支座位置為中心在混凝土安裝平臺的四個轉角處對稱的安裝四套輔助支撐支座。調心支座包括上、中、下三部分,中部分包括自上而下疊加的第一滑動板和第二滑動板,進行滑動配合。本發明具備良好的抗震性能,其中調心支座在地震發生時,可以通過摩擦吸收部分地震能量,尤其是水平方向的地震能量,同時,配合輔助輔助支撐支座,可以增加整體的彈性。
【專利說明】
獨柱抗震變電站
技術領域
[0001]該發明涉及一種箱式變電站,尤其是一種架空的箱式變電站。
【背景技術】
[0002]箱式變電站是電力系統城網建設和改造中廣泛應用的電力設備,隨著近年來自然災害頻發,汶川、玉樹及日本都發生了強烈地震,現有的變電站由于結構設計的問題,不能夠抗震,而地震中變電設備一旦損壞,不僅經濟損失巨大,更會給災區人民的自救以及生活帶來嚴重的影響,同時,我國目前引進的歐式或美式的箱式變電站都是設置在地面上,大量占用城區道路面積,妨礙交通,易造成事故,且體積龐大有礙附近商鋪經營。
[0003]針對這一問題,對于中小型的變電站如何通過架空的方式降低地面空間的占用,是本發明的解決的技術問題之一。
[0004]通常理解,架空后,整體的重心升高,不利于抗震性能的設計,因此,架空的變電站對于抗震性能的要求更高。
[0005]現有規范確定的電氣設備抗震設防目標為:當遭受到相當于設防烈度及以下的地震影響時,不受損壞,仍可繼續使用;當遭受到高于設防烈度預估的罕遇地震影響時,不致嚴重損壞,經修理后即可恢復使用。
[0006]首先,電氣設備的抗震設計與考核是按照設防烈度設計還是按照罕遇烈度設計,往往成為爭論的焦點,在實際操作中設備廠家和設計單位僅僅以設防要求(當遭受相當于設防烈度及以下的地震影響時,不受損壞,仍可使用)作為考核電氣設備抗震性能的依據。不適用于架空電站參考。
[0007]其次,由于電氣設備往往是定型產品,而實際用戶千差萬別,工程所在地的場地設防烈度也有差異。架空后的結構力學改變,對抗震要求更高,如按照常規設防烈度的設防要求進行電氣設備的抗震考核,往往會導致設備生產廠家對不同地區的抗震設防要求無法適應,從而可能導致設備的抗震性能達不到設防要求。
[0008]再有,電氣設備抗震設防采用的地震反應譜是完全照搬建筑抗震設計規范的,不同的場地有不同的反應譜,這也導致用于電氣設備抗震考核的地震輸入適用性較差。
【發明內容】
[0009]本發明提供一種獨柱抗震變電站,通過直接將支撐柱安裝在地殼的巖石中,降低對地面的依賴,同時,架空后提高地面的空間利用率,解決變電站重心提高后的抗震問題,并解決獨柱結構帶來的傾覆問題,提供一種小型的抗震性的變電站。
[0010]本發明解決其技術問題所采用的技術方案為:
[0011]獨柱抗震變電站,包括箱式集成變電站、混凝土立柱、輔助支撐支座和調心支座,其中,混凝土立柱的下端插入地基中,滿足抗8級地震烈度的建筑要求,所述混凝土立柱的上部至少延伸至地表以上3米,且在混凝土立柱的頂部通過澆筑的形式形成一個混凝土安裝平臺,
[0012]其特征在于,
[0013]所述調心支座數量為一個,安裝在箱式集成變電站下底面的中央位置,調心支座包括上、中、下三部分,其中,
[0014]上部分為方形的塊狀結構,上表面為平整的面,在上部分的下部設置有向下敞口的圓形凹槽和環狀凹槽,其中圓形凹槽與環狀凹槽同圓心設置,且環狀凹槽位于圓形凹槽的外側,
[0015]中部分包括自上而下疊加的第一滑動板和第二滑動板,其中,第一滑動板上部為圓柱狀,圓柱狀的上部周向設置一個環形的凹槽,所述圓形凹槽和凹槽之間使用第一鋼球進行轉動配合,在第一滑動板的中部具有翼部,所述翼部上表面和上部分之間通過設置在環狀凹槽中的第二鋼球進行配合,在翼部下表面的每個邊沿位置設置彈性元件,
[0016]所述第一滑動板的下部為內凹的第一弧形凹槽,且在第一弧形凹槽內沿著弧形方向具有第一弧形齒狀突起,
[0017]所述第二滑動板為向上拱起的弧形板,在第二滑動板的上表面沿著橫向設置的第二弧形齒狀突起,在第二滑動板的下表面為縱向設置且內凹的第二弧形凹槽,且第二弧形凹槽內沿著弧形方向具有第三弧形齒狀突起,
[0018]所述第二滑動板的上、下表面上的第二、第三弧形齒狀突起是彼此垂直設置的,
[0019]下部分是由底部和四個擋邊)構成的槽狀結構,且在凹槽中部向上凸起,在凸起和擋邊之間的區域內形成一個環形凹槽,在凸起頂部具有與所述第二滑動板下表面進行配合第四弧形齒狀突起;
[0020]在第二滑動板的上、下表面的第二、第三弧形齒狀突起中,表面設置有間隔設置的第一摩擦部和第一導向部;
[0021]以調心支座位置為中心在混凝土安裝平臺的四個轉角處對稱的安裝四套輔助支撐支座,所述調心支座包括龍骨鋼板、導向柱、蝶形彈簧、防松鎖緊件和防塵罩,其中,龍骨鋼板為箱式集成變電站的一部分,在龍骨鋼板上設置朝向下方的導向柱,在導向柱的下部設置有一個環形的凹槽,并在凹槽處安裝放松鎖緊件;所述導向柱自上而下穿過混凝土安裝平臺中的橢圓孔,并在混凝土安裝平臺和箱式集成變電站之間、以及混凝土安裝平臺與防松鎖緊件之間設置彼此疊加的蝶形彈簧,并在蝶形彈簧外圍的混凝土安裝平臺上設置下垂的柔性防塵罩。
[0022]進一步地,所述橢圓孔中設有圓形套筒。
[0023]進一步地,所述導向柱上安裝一個測力應變片。
[0024]進一步地,其中混凝土立柱位于混凝土安裝平臺的中央位置。
[0025]進一步地,所述第一摩擦部使用汽車剎車片材料熱壓合在第二滑動板上一體成型。
[0026]進一步地,所述第一弧形齒狀突起至第四弧形齒狀突起的斷面輪廓為相同尺寸的梯形。
[0027]進一步地,所述彈性元件為板簧。
[0028]進一步地,所述防松鎖緊件為兩個,防松鎖緊件具有一個半圓弧形的卡槽,并在兩側分別設置一個螺栓孔,兩個防松鎖緊件對稱的合攏并抱在環形的凹槽中。
[0029]本發明的有益效果是:
[0030]具備良好的抗震性能,其中調心支座在地震發生時,可以通過摩擦吸收部分地震能量,尤其是水平方向的地震能量,同時,配合輔助輔助支撐支座,可以增加整體的彈性。
[0031]具備良好的抗傾覆性能,調心支座和輔助支撐支座共同作用下,可以實現快速的復位,防止發生傾覆事件。
[0032]結構簡單,可以適用于所有的市區、灘涂、沙漠、戈壁灘等場合,尤其適用于地震多發區域,適用范圍廣。尤其適用于35kV及以上電壓等級的各類電氣設備的抗震設計與考核,其它類型的設備的抗震設計、考核也可參考采用。
[0033]可顯著提高了我國電氣設備的抗震要求,對確保各類地震作用下的電氣設備的抗震可靠性,具有重要的現實意義。
【附圖說明】
[0034]圖1為發明的結構示意圖。
[0035]圖2為圖1的平面圖。
[0036]圖3為導向柱下端的鎖緊狀態。
[0037]圖4為防松鎖緊件的立體圖。
[0038]圖5為調心支座的結構不意圖。
[0039]圖6為圖5的俯視圖。
[0040]圖7為圖6中B-B剖視圖。。
[0041 ] 圖8為圖6中A-A剖視圖。
[0042]圖9為上部分的立體圖。
[0043]圖10為第一滑動板的立體圖。
[0044]圖11為第二滑動板的立體圖。
[0045]圖12為下部分的立體圖。
[0046]圖13為省略下部分之后的部分結構立體圖。
[0047]圖14位再次省略第二滑動板后的立體圖。
[0048]圖15為摩擦部的局部結構圖
[0049]圖16為相對滑動過程中滑動板的加速度示意圖。
[0050]圖中:
[0051 ] I上部分,11圓形凹槽,12環狀凹槽,13第一鋼球,14第二鋼球,
[0052]2中部分,21第一滑動板,211圓柱狀,212凹槽,,213翼部,214彈性元件,215第一弧形凹槽,216第一弧形齒狀突起,
[0053]22第二滑動板,221第二弧形齒狀突起,2211第一導向部,2212第一摩擦部,2213剎車片材料,222第二弧形凹槽,223第三弧形齒狀突起,,
[0054]3下部分,31底部,32擋邊,33凸起,34環形凹槽,35第四弧形齒狀突起,36聚四氟乙烯隔墊,7箱式集成變電站,
[0055]8輔助支撐支座,81龍骨板,82導向柱,821凹槽,83蝶形彈簧,84防松鎖緊件,85防塵罩,841卡槽,842螺栓孔,
[0056]91混凝土立柱,92混凝土安裝平臺,921橢圓孔,A調心支座。
【具體實施方式】
[0057]如圖1和圖16所示,本發明提供獨柱抗震變電站,包括箱式集成變電站7、混凝土立柱91、輔助支撐支座8和調心支座A,其中,混凝土立柱的下端插入地基中,滿足抗8級地震烈度的建筑要求。混凝土立柱的上部至少延伸至地表以上3米,且在混凝土立柱的頂部通過澆筑的形式形成一個混凝土安裝平臺92,其中混凝土立柱位于混凝土安裝平臺的中央位置。由于箱式集成變電站自身高度提高,重心上移,對于抗震性能提出了更高的要求。
[0058]輔助支撐支座8安裝在箱式集成變電站的四個轉角處,分別于混凝土安裝平臺的四個拐角進行彈性連接。
[0059]調心支座數量為一個,安裝在箱式集成變電站下底面的中央位置,上述的箱式集成變電站為了適應與上述調心支座和輔助支撐支座的裝配,在箱式集成變電站的地面上設置安裝凹槽和連接板。
[0060]同時在混凝土安裝平臺上設置安裝構造,便于安裝。混凝土立柱。
[0061]橢圓孔橢圓孔調心支座A,其設置在混凝土安裝平臺中央位置,該變電站的與調心支座,以及調心支座與混凝土平臺之間為緊密貼合配合;下面對調心支座的結構做詳細的介紹:
[0062]調心支座A,
[0063]基于上述的描述,本支座的具體結構如下:
[0064]包括上、中、下三部分,上部分I用于和被支撐物連接,例如橋梁,橫梁,并兼有豎直方向上的彈性的能力。中部分2具有三維方向上消耗震動、沖擊的能力,并具備自動回位的調心能力。下部分3用于和支撐梁、柱進行連接。
[0065]上部分I為方形的塊狀結構,上表面為平整的面,并在上表面上設置螺紋孔,用于和被支撐物進行連接。
[0066]在上部分的下部設置有向下敞口的圓形凹槽11和環狀凹槽12,其中圓形凹槽11與環狀凹槽12同圓心設置,且環狀凹槽12位于圓形凹槽的外側。
[0067]通過在圓形凹槽和環狀凹槽中放置不同直徑的鋼球,為便于理解,將上述的鋼球根據部位不同分別標記為第一鋼球13和第二鋼球14,實現與中部分的可轉動的連接。
[0068]中部分2包括第一滑動板21、第二滑動板22,其中,第一滑動板21上部為圓柱狀211,圓柱狀的上部周向設置一個環形的凹槽212,且在用于和上述的圓形凹槽11配合,且在圓形凹槽和圓柱狀結構的凹槽212之間使用第一鋼球進行配合,容易理解上部分可以繞第一滑動板上部的圓柱部分進行轉動。
[0069]在第一滑動板21的中部為平板狀結構,包括自圓柱部向外側延伸的翼部213,翼部213上表面和上部分之間通過設置在環狀凹槽中的第二鋼球進行配合,進行豎向支撐。在翼部213下表面的邊沿位置設置彈性元件214,該彈性元件優選一片板簧,數量為四個,分別設置在四個邊沿處。
[0070]第一滑動板21的下部為內凹的第一弧形凹槽215,且在第一弧形凹槽內沿著弧形設置方向具有第一弧形齒狀突起216,該第一弧形齒狀突起216是沿著第一弧形凹槽設置的。
[0071]第二滑動板22整體為弧形板,整體為向上拱起的結構,在第二滑動板22的上表面設置有第二弧形齒狀突起221,為便于描述,該第二弧形齒狀凸起沿著橫向設置,用于和第一滑動板進行配合,形成彼此咬合的結構。
[0072]在第二滑動板22的下表面為內凹的第二弧形凹槽222,且在弧形面內內沿著弧形設置方向具有第三弧形齒狀突起223,該第三弧形齒狀突起223是沿著弧形凹槽設置的,且與第二弧形齒狀突起是垂直設置的,也就是沿著縱向設置的,用于和下方的下部分進行配入口 ο
[0073]上述的第二滑動板22的上、下表面上的第二、第三弧形齒狀突起是彼此垂直設置的。
[0074]下部分3為一個槽狀結構,包括底部31和四個擋邊32,組成一個內部下凹的方形凹槽,在凹槽中部向上略微凸起33,并在凸起和擋邊之間的區域內形成一個環形凹槽34,用于容納雜物,并在環形凹槽的四個側面上安裝聚四氟乙烯隔墊36,起到較好的緩沖效果。在凸起33頂部機加工形成若干弧形齒狀突起,標記為第四弧形齒狀突起35,與上述的第二滑動板下表面進行配合。
[0075]上述的下部分可以采用一體成型,例如鑄造件,也可以采用組合結構,例如,將凸起和槽狀結構進行組合,分別加工。
[0076]上述的上、中、下三部分之間依次安裝,形成一個動態的裝配關系。
[0077]在第二滑動板22的上、下表面的第二、第三弧形齒狀突起中,表面設置有間隔設置的第一摩擦部和第一導向部,該耐磨涂層一般使用汽車剎車片材料,進行整理壓合形成一體。
[0078]下面通過對第二滑動板的機加工過程進行詳細的描述,來加深對第一滑動板的理解:
[0079]首先準備一張厚鋼板,然后在厚鋼板的兩個表面進行銑削,形成平整的表面,然后在鋼板的上、下表面通過銑削的機加工方式形成若干彼此等間距且平行設置的弧形齒狀突起,且該弧形齒狀突起,其中相鄰的兩個梯形凸起分別為第一導向部2211和第一摩擦部2212,然后,將第一摩擦部2212中的梯形凸起進行間隔性的橫向銑削,形成若干缺口,上述工作完成后,對鋼板進行整體的精加工,然后進行熱處理,處理后的鋼板具備剛好的耐磨性能,然后對第一導向部2211和第一摩擦部2212兩側的斜面和頂部的面進行精磨,最后,放在專用磨具中對第一摩擦部中的缺口使用剎車片材料2213進行填充,并使用壓力機進行熱壓成型,形成一個局部的耐磨結構,是摩擦耗能的主要結構。
[0080]本發明中,梯形結構,增加接觸面積,可以形成比較好的嚙合與咬合,是的板與板之間的咬合和承載力度明顯增加,并有利于縮小整體的高度,有利于產品的扁平化。
[0081]在地震發生時,第一滑動板和第二滑動板,以及第二滑動板和下部分之間會形成一種相對滑動,在滑動初期,滑動的過程中,啟動時的摩擦力較小,可以實現快速啟動,避免卡死,同時,由于上述的耐磨涂層是多組交叉設置的,當相鄰的弧形齒狀突起中的耐磨涂層彼此接觸時,會造成摩擦力突然增加,形成減速,并發熱消耗震動能量,同時由于是咬合結構,剛性、穩定性和傾覆力矩都很好,可以實現穩定減速,在加速和減速的過程中,由摩擦力公式可知,此時加速較大,相對滑動仍然處于加速階段,當耐磨結構與耐磨結構之間重疊過半之后,由于耐磨結構之間的摩擦力增大,會有一個減速動作,并大量的消耗地震能量。
[0082]同時,在第一滑動板和第二滑動板相對滑動的過程中,對于上面的承載物在豎直方向上有一輕微的升降運動,分解沖擊力的同時,可以有效改變地震周期,由于地震時,水平方向的振幅一般較大,進入下一個周期,在此過程中,保證滑動板之間使用處于反復的加速和減速過程,其中加速度a形成脈沖樣式,正負往復切換,具備調心回調功能,可以將一個大的地震振幅分割為多個小的抗震支座自振振幅,并且耐磨結構與耐磨結構、耐磨結構與導向部在摩擦過程中會產生大量的熱,對振動能量進行消耗,消耗地震帶來的能量,效果遠遠高于通常使用的彈簧、蝶形彈簧等。同時將地震的低幅高振幅動作,切換為建筑物的高頻低幅動作,有利于建筑物、橋梁的自我保護。
[0083]在上述的過程中,上部分和下部分之間在豎直方向上有一個擺動過程,用來抵消重力勢能,并能夠自動回調,具有調心功能,其原理是,沿著弧形突起的軌跡進行擺動,會造成被支撐物(橋梁或者房屋)的被抬升,進而依靠自身的重力勢能消耗掉豎直方向上的沖擊力度,上述的水平方向的沖擊力和豎直方向上的沖擊力都得到了很好的減緩和消除,抗震效果明顯。
[0084]在變電站的四個轉角處,關于調心支座位置為中心,對稱的安裝四套套輔助支撐支座,具體地,輔助支撐支座8結構如下:
[0085]包括龍骨鋼板81、導向柱82、蝶形彈簧83、防松鎖緊件84和防塵罩85,其中,龍骨鋼板81為變電站主結構的一部分,且位于底部,在龍骨鋼板81上焊接有一個朝向下方的鋼柱,為導向柱,導向柱82為圓形,在導向柱的下部靠近下端位置設置有一個環形的凹槽821,該凹槽用于和上述的防松鎖緊件進行配合。防松鎖緊件84為兩個,具有一個半圓弧形的卡槽841,并在兩側分別設置一個螺栓孔842,兩個防松鎖緊件對稱的合攏并抱在環形的凹槽中,在導向柱的下端形成鎖緊作用,相對于螺紋連接,本防松鎖緊件具有防松的效果。
[0086]上述的導向柱82自上而下穿過混凝土安裝平臺四個轉角處的橢圓孔921,并在混凝土安裝平臺和變電站主體之間設置彼此疊加的蝶形彈簧83,蝶形彈簧選用圓形的結構,并在蝶形彈簧外圍的混凝土安裝平臺上設置下垂的柔性防塵罩85,優選橡膠套筒。為防止向內部進入灰塵,在混凝土安裝平臺上的橢圓孔中焊接一個圓形套筒712,對蝶形彈簧進行約束。
[0087]在混凝土安裝平臺與防松鎖緊件之間設置彼此疊加的蝶形彈簧83,形成第二道彈性支撐。
[0088]上述的導向柱82在豎直方向上具有活動位移的空間,由于橢圓孔的存在,導向柱相對于混凝土安裝平臺也有一定的位移空間。
[0089]進一步地,可以在其中的導向柱82上安裝一個測力應變片,檢測導向柱是處于受拉還是受壓,利用壓電效應產生電信號,并將電信號傳輸給控制器,控制器根據測力應變片的電信號,判斷橋梁是否出現變位和走形。
[0090]上面所述的實施例僅僅是對本發明的優選實施方式進行描述,并非對本發明的范圍進行限定,在不脫離本發明設計精神的前提下,本領域相關技術人員對本發明的各種變形和改進,均應擴如本發明權利要求書所確定的保護范圍內。
【主權項】
1.獨柱抗震變電站,包括箱式集成變電站(7)、混凝土立柱(91)、輔助支撐支座(8)和調心支座(A),其中,混凝土立柱的下端插入地基中,所述混凝土立柱的上部至少延伸至地表以上3米,且在混凝土立柱的頂部通過澆筑的形式形成一個混凝土安裝平臺(92), 其特征在于, 所述調心支座數量為一個,安裝在箱式集成變電站下底面的中央位置,調心支座(A)包括上、中、下三部分,其中, 上部分(I)為方形的塊狀結構,上表面為平整的面,在上部分的下部設置有向下敞口的圓形凹槽(11)和環狀凹槽(12),其中圓形凹槽(11)與環狀凹槽(12)同圓心設置,且環狀凹槽(12)位于圓形凹槽的外側, 中部分(2)包括自上而下疊加的第一滑動板(21)和第二滑動板(22),其中,第一滑動板(21)上部為圓柱狀(211),圓柱狀的上部周向設置一個環形的凹槽(212),所述圓形凹槽(11)和凹槽(212)之間使用第一鋼球(13)進行轉動配合,在第一滑動板(21)的中部具有翼部(213),所述翼部(213)上表面和上部分之間通過設置在環狀凹槽(12)中的第二鋼球進行配合,在翼部(213)下表面的每個邊沿位置設置彈性元件(214), 所述第一滑動板(21)的下部為內凹的第一弧形凹槽(215),且在第一弧形凹槽內沿著弧形方向具有第一弧形齒狀突起(216), 所述第二滑動板(22)為向上拱起的弧形板,在第二滑動板(22)的上表面沿著橫向設置的第二弧形齒狀突起(221),在第二滑動板(22)的下表面為縱向設置且內凹的第二弧形凹槽(222),且第二弧形凹槽(222)內沿著弧形方向具有第三弧形齒狀突起(223), 所述第二滑動板(22)的上、下表面上的第二、第三弧形齒狀突起是彼此垂直設置的, 下部分(3)是由底部(31)和四個擋邊(32)構成的槽狀結構,且在凹槽中部向上凸起(33),在凸起和擋邊之間的區域內形成一個環形凹槽(34),在凸起(33)頂部具有與所述第二滑動板下表面進行配合第四弧形齒狀突起(35); 在第二滑動板(22)的上、下表面的第二、第三弧形齒狀突起中,表面設置有間隔設置的第一摩擦部和第一導向部; 以調心支座位置為中心在混凝土安裝平臺的四個轉角處對稱的安裝四套輔助支撐支座,所述輔助支撐支座(8)包括龍骨鋼板(81)、導向柱(82)、蝶形彈簧(83)、防松鎖緊件(84)和防塵罩(85),其中,所述龍骨鋼板(81)為箱式集成變電站的一部分,在龍骨鋼板(81)上設置朝向下方的導向柱,在導向柱的下部設置有一個環形的凹槽(821),并在凹槽(821)處安裝防松鎖緊件;所述導向柱(82)自上而下穿過混凝土安裝平臺中的橢圓孔(921),并在混凝土安裝平臺和箱式集成變電站之間、以及混凝土安裝平臺與防松鎖緊件之間設置彼此疊加的蝶形彈簧(83),并在蝶形彈簧外圍的混凝土安裝平臺上設置下垂的柔性防塵罩(85)。2.根據權利要求1所述的獨柱抗震變電站,其特征在于,所述橢圓孔中設有圓形套筒(712)。3.根據權利要求1所述的獨柱抗震變電站,其特征在于,所述導向柱(82)上安裝一個測力應變片。4.根據權利要求1所述的獨柱抗震變電站,其特征在于,其中混凝土立柱位于混凝土安裝平臺的中央位置。5.根據權利要求1所述的獨柱抗震變電站,其特征在于,所述第一摩擦部使用汽車剎車片材料熱壓合在第二滑動板上一體成型。6.根據權利要求1所述的獨柱抗震變電站,其特征在于,所述第一弧形齒狀突起(216)至第四弧形齒狀突起的斷面輪廓為相同尺寸的梯形。7.根據權利要求1所述的獨柱抗震變電站,其特征在于,所述彈性元件為板簧。8.根據權利要求1所述的獨柱抗震變電站,其特征在于,所述防松鎖緊件(84)為兩個,防松鎖緊件具有一個半圓弧形的卡槽(841),并在兩側分別設置一個螺栓孔(842),兩個防松鎖緊件對稱的合攏并抱在環形的凹槽中。
【文檔編號】E04H5/04GK106088700SQ201610486602
【公開日】2016年11月9日
【申請日】2016年6月28日
【發明人】杜桂菊
【申請人】杜桂菊