WAS IST EIN STOCKBRIDGE SCHWINGUNGSDÄMPFER?

Ein Stockbridge-Dämpfer ist ein Dämpfer mit abgestimmter Masse, der verwendet wird, um windinduzierte Vibrationen an schlanken Strukturen wie Freileitungen, langen freitragenden Schildern und Schrägseilbrücken zu unterdrücken. Das hantelförmige Gerät besteht aus zwei Massen an den Enden eines kurzen Kabelstücks oder flexiblen Stabs, der in seiner Mitte am Hauptkabel festgeklemmt ist. Der Dämpfer ist so ausgelegt, dass er die Schwingungsenergie im Hauptkabel auf ein akzeptables Maß abführt.

Ein Beispielfoto von Stockbridge-Dämpfern, die unter Hochspannungskabeln hängen

Stockbridge-Dämpfer, die an Hochspannungsleitungen installiert sind

Windinduzierte Schwingung

Wind kann in hängenden Kabeln drei Hauptschwingungsmodi erzeugen:

Galopp hat eine in Metern gemessene Amplitude und einen Frequenzbereich von 0,08 bis 3 Hz

Äolische Schwingungen (manchmal auch als Flattern bezeichnet) haben eine Amplitude von Millimetern bis Zentimetern und eine Frequenz von 3 bis 150 Hz

Wake-induzierte Vibration hat eine Amplitude von Zentimetern und eine Frequenz von 0,15 bis 10 Hz

Der Stockbridge-Dämpfer zielt auf Schwingungen aufgrund äolischer Schwingungen ab; außerhalb dieses Amplituden- und Frequenzbereichs ist es weniger effektiv. Äolische Schwingungen treten in der vertikalen Ebene auf und werden durch abwechselnde Wirbelablösung auf der Leeseite des Kabels verursacht. Ein stetiger, aber mäßiger Wind kann ein stehendes Wellenmuster auf der Leitung hervorrufen, das aus mehreren Wellenlängen pro Spannweite besteht. Äolische Schwingungen verursachen eine schädliche Spannungsermüdung des Kabels und stellen die Hauptursache für das Versagen von Leitersträngen dar. Die Enden einer Stromleitungsspanne, wo sie an die Sendemasten geklemmt ist, sind am stärksten gefährdet. Mit zunehmender Seilspannung verstärkt sich der Effekt, da seine natürliche Eigendämpfung abnimmt.

Beschreibung

Stockbridges ursprüngliches Betonblockdesign

Der Stockbridge-Dämpfer wurde in den 1920er Jahren von George H. Stockbridge erfunden, der Ingenieur für Southern California Edison war. Stockbridge erhielt am 3. Juli 1928 das US-Patent 1675391 für a"Stoßdämpfer". Sein Patent beschrieb drei Mittel zur Dämpfung von Vibrationen an Leitungen: einen Sack mit Metallstanzteilen, der an der Leitung befestigt ist; ein kurzes Kabelstück, das parallel zum Hauptkabel geklemmt wird; und ein kurzes (30 Zoll, 75 cm) Kabel mit einer an jedem Ende befestigten Betonmasse. Dieses letzte Gerät entwickelte sich zum weit verbreiteten Stockbridge-Dämpfer.

Vibrationen im Hauptkabel wurden durch die Klemme nach unten und in den kürzeren Dämpfer geleitet, oder"Bote", Kabel. Dies würde sich biegen und die symmetrisch angeordneten Betonblöcke an seinen Enden zum Schwingen bringen. Eine sorgfältige Auswahl der Masse der Blöcke und der Steifigkeit und Länge des Dämpferkabels würde die mechanische Impedanz des Dämpfers an die der Leitung anpassen und die Schwingung des Hauptkabels stark dämpfen. Da Stockbridge-Dämpfer wirtschaftlich, effektiv und einfach zu installieren waren, wurden sie routinemäßig in Freileitungen eingesetzt. Das Arbeiten unter Spannung mit Hot-Stick-Werkzeugen bedeutete, dass es möglich war, Dämpfer an Leitungen unter Spannung nachzurüsten.

Moderne Designs

Ein modernes Design mit Metallgewichten

Moderne Designs verwenden glockenförmige Metallgewichte anstelle von Stockbridges Betonblöcken. Die Glocke ist hohl und das Dämpferkabel ist innen am distalen Ende befestigt, was eine relative Bewegung zwischen dem Kabel und den Dämpfungsgewichten ermöglicht. Um für eine größere Bewegungsfreiheit zu sorgen, können die Gewichte teilweise in der vertikalen Ebene geschlitzt sein, wodurch es dem Kabel ermöglicht wird, sich außerhalb der Begrenzungen der Glocke zu bewegen. Einige komplexere Konstruktionen verwenden Gewichte mit asymmetrischer Massenverteilung, wodurch der Dämpfer in mehreren verschiedenen Frequenzmodi und -bereichen oszillieren kann.

Dogbone-Dämpfer an den Straßentragseilen der Severn Bridge

Ein weiteres modernes Design ist der 1976 von Philip Dulhunty erfundene Dogbone [zweifelhaft – diskutieren], der aufgrund seiner Konfiguration so genannt wird, einer größeren Metallkugel, die am Ende des Dämpfers befestigt ist und von der eine kleinere Kugel seitlich absteht und einem Hundeknochen ähnelt . Der Dämpfer versetzt die Gewichte seitlich, um einen dritten Freiheitsgrad einzuführen, indem er das Dämpferkabel verdreht und zusätzlich nach oben und unten biegt. Im Dämpferzug wurde zusätzliche stranginterne Reibung erzeugt, wodurch deutlich mehr Energie dissipiert wurde. [Bestätigung erforderlich]

Der anfälligste Abschnitt des Kabels ist dort, wo es an das Ende einer Isolatorkette geklemmt ist, daher werden Dämpfer normalerweise an den nächstgelegenen Bäuchen (Punkten maximaler Verschiebung) auf beiden Seiten der Klemme installiert. Daher gibt es normalerweise zwei Dämpfer pro Spannweite, obwohl bei längeren Spannweiten bei Bedarf mehr installiert werden können.

Freileitungen bilden eine Oberleitung, bei der die Schwingungen überwiegend in der vertikalen Ebene auftreten. Wenn mehr als eine Schwingungsebene zu erwarten ist, können Stockbridge-Dämpfer im rechten Winkel zueinander montiert werden. Dies ist üblich, wenn das Kabel in einer vertikalen oder nicht horizontalen Ebene verläuft, beispielsweise in Schrägseilbrücken oder Abspanndrähten von Funkmasten.

Referenz: wikipedia.org/wiki/Stockbridge_damper