本發(fā)明涉及電力系統(tǒng)技術(shù)領(lǐng)域，具體而言，涉及一種用于電氣設(shè)備的非線性隔震裝置。

背景技術(shù)：

目前，作為生命線工程的重要組成部分，電氣設(shè)備的抗震能力越來越受到人們的重視。例如，作為變電站中關(guān)鍵設(shè)備的變壓器，一旦發(fā)生破壞將導(dǎo)致相關(guān)線路的失效，進(jìn)而影響整個(gè)輸配電系統(tǒng)的正常運(yùn)行。為了提高輸配電系統(tǒng)的安全性，保障其在震中和震后的正常運(yùn)行，進(jìn)行變壓器的抗震性能和減隔震技術(shù)的研究已經(jīng)成為國內(nèi)外地震工程研究的重要課題之一。變壓器作為變電站運(yùn)行的基礎(chǔ)設(shè)備，在地震中可能產(chǎn)生變壓器掉臺(tái)、傾倒和移位并拉壞頂部的瓷套管、撞壞散熱器和潛油泵等附件、套管的彈簧壓緊密封失效、變壓器內(nèi)部局部放電與環(huán)流等故障。

隔震，是通過某種隔離裝置將地震動(dòng)與變壓器隔開，以達(dá)到減小變壓器振動(dòng)的目的。隔震裝置中，目前在電氣設(shè)備中使用最多的是疊層橡膠隔震支座。現(xiàn)有疊層橡膠隔震支座一般是由上下連接板、以及由夾層板和橡膠膠片相互交錯(cuò)疊置組成的隔震層構(gòu)成。地震波的卓越頻率一般介于1-10Hz，對(duì)于這種低頻激勵(lì)，隔震裝置的固有頻率必須非常小才能起到隔震作用，這就要求隔震裝置的剛度非常小。橡膠隔震支座本身具備一定的剛度，其固有頻率在地震波的頻率范圍內(nèi)，易與地震波發(fā)生共振而使隔震效果較差，而該非線性隔震裝置是基于準(zhǔn)零剛度原理設(shè)計(jì)而成的，其能很好的降低系統(tǒng)的固有頻率，更好的避免共振的發(fā)生，從而達(dá)到較好的隔震效果。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

鑒于此，本發(fā)明提出了一種用于電氣設(shè)備的隔震裝置，旨在解決現(xiàn)有隔震裝置不能從多個(gè)方向?qū)ψ儔浩鬟M(jìn)行隔震的問題。

一個(gè)方面，本發(fā)明提出了一種用于電氣設(shè)備的非線性隔震裝置，該隔震裝置包括:第一框體、置于所述第一框體內(nèi)的第二框體、第一彈性連接件和第二彈性連接件；其中，所述第二框體與所述第一框體沿第一方向可滑動(dòng)地連接；所述電氣設(shè)備與所述第二框體沿第二方向可滑動(dòng)地連接，并且，所述第二方向與所述第一方向呈預(yù)設(shè)角度；所述第一彈性連接件置于所述第一框體和所述第二框體之間，且兩端分別與所述第一框體和所述第二框體相連接；所述第一彈性連接件用于約束所述第二框體沿所述第一方向的位移；所述第二彈性連接件置于所述第二框體內(nèi)且兩端分別與所述第二框體和所述電氣設(shè)備相連接，所述第二彈性連接件用于約束所述電氣設(shè)備沿所述第二方向的位移。

進(jìn)一步地，上述用于電氣設(shè)備的非線性隔震裝置中，還包括：第一滑動(dòng)組件；其中，所述第一框體通過所述第一滑動(dòng)組件與所述第二框體相連接，并且，所述第一滑動(dòng)組件與所述第二框體之間具有預(yù)設(shè)摩擦力。

進(jìn)一步地，上述用于電氣設(shè)備的非線性隔震裝置中，還包括：第二滑動(dòng)組件；其中，所述第二框體通過所述第二滑動(dòng)組件與所述電氣設(shè)備相連接，并且，所述第二滑動(dòng)組件與所述電氣設(shè)備底座之間具有預(yù)設(shè)摩擦力。

進(jìn)一步地，上述用于電氣設(shè)備的非線性隔震裝置中，所述第一滑動(dòng)組件為第一導(dǎo)軌；所述第二滑動(dòng)組件為第二導(dǎo)軌；所述第一導(dǎo)軌與所述第二導(dǎo)軌呈預(yù)設(shè)角度設(shè)置。

進(jìn)一步地，上述用于電氣設(shè)備的非線性隔震裝置中，所述第一導(dǎo)軌與所述第二導(dǎo)軌垂直設(shè)置。

進(jìn)一步地，上述用于電氣設(shè)備的非線性隔震裝置中，所述第一彈性連接件與所述第一方向呈預(yù)設(shè)角度。

進(jìn)一步地，上述用于電氣設(shè)備的非線性隔震裝置中，所述第一彈性連接件與所述第一方向垂直。

進(jìn)一步地，上述用于電氣設(shè)備的非線性隔震裝置中，所述第一彈性連接件為至少并列設(shè)置的兩個(gè)，且每個(gè)所述第一彈性連接件均與所述第一方向呈預(yù)設(shè)角度。

進(jìn)一步地，上述用于電氣設(shè)備的非線性隔震裝置中，所述第二彈性連接件與所述第二方向呈預(yù)設(shè)角度。

進(jìn)一步地，上述用于電氣設(shè)備的非線性隔震裝置中，所述第二彈性連接件與所述第二方向垂直。

進(jìn)一步地，上述用于電氣設(shè)備的非線性隔震裝置中，所述第二彈性連接件為至少并列設(shè)置的兩個(gè)，且每個(gè)所述第二彈性連接件均與所述第二方向呈預(yù)設(shè)角度。

進(jìn)一步地，上述用于電氣設(shè)備的非線性隔震裝置中，所述第一彈性連接件或所述第二彈性連接件處于初始狀態(tài)的長度分別為各自的原長。

本發(fā)明中，第二框體與第一框體沿第一方向可滑動(dòng)地連接，電氣設(shè)備與第二框體沿第二方向可滑動(dòng)地連接，當(dāng)?shù)卣鸢l(fā)生時(shí)，隔震裝置在第一方向和第二方向上具備準(zhǔn)零剛度特性，降低了共振頻率，提高了隔震效果，并通過第一彈性連接件約束第二框體沿第一方向的位移，通過第二彈性連接件約束電氣設(shè)備沿第二方向的位移，使得電氣設(shè)備的位移不至過大，降低了電氣設(shè)備受損的概率。

附圖說明

通過閱讀下文優(yōu)選實(shí)施方式的詳細(xì)描述，各種其他的優(yōu)點(diǎn)和益處對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員將變得清楚明了。附圖僅用于示出優(yōu)選實(shí)施方式的目的，而并不認(rèn)為是對(duì)本發(fā)明的限制。而且在整個(gè)附圖中，用相同的參考符號(hào)表示相同的部件。在附圖中：

圖1為本發(fā)明實(shí)施例提供的用于電氣設(shè)備的非線性隔震裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本發(fā)明實(shí)施例提供的用于電氣設(shè)備的非線性隔震裝置的俯視圖；

圖3為本發(fā)明實(shí)施例提供的用于電氣設(shè)備的非線性隔震裝置的原理圖。

具體實(shí)施方式

下面將參照附圖更詳細(xì)地描述本公開的示例性實(shí)施例。雖然附圖中顯示了本公開的示例性實(shí)施例，然而應(yīng)當(dāng)理解，可以以各種形式實(shí)現(xiàn)本公開而不應(yīng)被這里闡述的實(shí)施例所限制。相反，提供這些實(shí)施例是為了能夠更透徹地理解本公開，并且能夠?qū)⒈竟_的范圍完整的傳達(dá)給本領(lǐng)域的技術(shù)人員。需要說明的是，在不沖突的情況下，本發(fā)明中的實(shí)施例及實(shí)施例中的特征可以相互組合。下面將參考附圖并結(jié)合實(shí)施例來詳細(xì)說明本發(fā)明。

參見圖1和圖2，圖中示出了本發(fā)明實(shí)施例提供的用于電氣設(shè)備的非線性隔震裝置的優(yōu)選結(jié)構(gòu)。如圖所示，該隔震裝置包括：第一框體1、置于第一框體1內(nèi)的第二框體2、第一彈性連接件3和第二彈性連接件4。

其中，第二框體2與第一框體1沿第一方向可滑動(dòng)地連接。具體地，第一框體1和第二框體2均可以為一端開口的箱體，第二框體2與第一框體1內(nèi)的底壁滑動(dòng)連接。第一框體1底部的外壁用于與基礎(chǔ)相連接。

電氣設(shè)備5與第二框體2沿第二方向可滑動(dòng)地連接。具體地，可以在第二框體2的底部設(shè)置滑動(dòng)機(jī)構(gòu)，電氣設(shè)備5置于第二框體2內(nèi)且與第二框體2滑動(dòng)連接。第二方向可以與第一方向呈預(yù)設(shè)角度。需要說明的是，第二方向與第一方向之間的角度可以根據(jù)實(shí)際情況來確定，本實(shí)施例對(duì)其不做任何限定。

第一彈性連接件3置于第一框體1和第二框體2之間，且兩端分別與第一框體1和第二框體2相連接。第一彈性連接件3的兩端可以沿第二方向連接在第一框體1和第二框體2之間。第一彈性連接件3用于約束第二框體2沿第一方向的位移，也就是說，當(dāng)?shù)诙蝮w2沿第一方向運(yùn)動(dòng)時(shí)，第一彈性連接件3可以對(duì)第二框體2施加拉伸力，以對(duì)第二框體2沿第一方向的滑動(dòng)施加阻力，進(jìn)而限制第二框體2相對(duì)于第一框體1的運(yùn)動(dòng)位移。第一彈性連接件3可以為彈簧，也可以為本領(lǐng)域技術(shù)人員所熟知的其他彈性部件，彈簧的剛度系數(shù)可以根據(jù)實(shí)際工作中電氣設(shè)備5的型號(hào)以及地震的烈度來確定。

第二彈性連接件4置于第二框體2內(nèi)且兩端分別與第一框體1和電氣設(shè)備相連接。第二彈性連接件4可以沿第一方向連接在第二框體2與電氣設(shè)備之間。第二彈性連接件4用于約束電氣設(shè)備5沿第二方向的位移，也就是說，當(dāng)電氣設(shè)備5沿第二方向運(yùn)動(dòng)時(shí)，第二彈性連接件4可以對(duì)電氣設(shè)備5施加拉伸力，以對(duì)電氣設(shè)備5在第二方向的滑動(dòng)施加阻力，進(jìn)而限制電氣設(shè)備5相對(duì)于第二框體2的運(yùn)動(dòng)位移。第二彈性連接件4可以為彈簧，也可以為本領(lǐng)域技術(shù)人員所熟知的其他彈性部件，彈簧的剛度系數(shù)可以根據(jù)實(shí)際工作中，電氣設(shè)備5的型號(hào)以及地震的烈度來確定，當(dāng)?shù)谝粡椥赃B接件3和第二彈性連接件4的剛度符合預(yù)設(shè)比例關(guān)系時(shí)，隔震裝置在第一方向和第二方向上分別受力時(shí)，裝置整體的剛度接近準(zhǔn)零剛度，此時(shí)，裝置的固有頻率會(huì)相應(yīng)降低，能有效避免隔震裝置與地震波之間發(fā)生共振而對(duì)電氣設(shè)備5造成破壞。

安裝時(shí)，先根據(jù)電氣設(shè)備的體積和重量，選擇能承載第一框體1的滑動(dòng)機(jī)構(gòu)和能夠承載電氣設(shè)備的滑動(dòng)機(jī)構(gòu)，在第一框體1和第二框體2之間安裝第一彈性連接件3使其處于拉伸狀態(tài)，以在地震發(fā)生的情況下第二框體2沿第一方向的滑動(dòng)時(shí)，耗散來自第一方向的地震能量；在第一框體1和電氣設(shè)備之間安裝第二彈性連接件4，使其也處于拉伸狀態(tài)，以在地震發(fā)生的情況下電氣設(shè)備沿第二方向滑動(dòng)時(shí)，耗散來自第二方向的地震能量。

本實(shí)施例中，第二框體與第一框體沿第一方向可滑動(dòng)地連接，電氣設(shè)備與第二框體沿第二方向可滑動(dòng)地連接，當(dāng)?shù)卣鸢l(fā)生時(shí)，隔震裝置在第一方向和第二方向上具備準(zhǔn)零剛度特性，降低了共振頻率，提高了隔震效果，并通過第一彈性連接件約束第二框體沿第一方向的位移，通過第二彈性連接件約束電氣設(shè)備沿第二方向的位移，使得電氣設(shè)備的位移不至過大，降低了電氣設(shè)備受損的概率。

上述實(shí)施例中還可以包括：第一滑動(dòng)組件。其中，第一框體1通過第一滑動(dòng)組件與第二框體2相連接，具體地，第一滑動(dòng)組件可以設(shè)置于第一框體1的底壁，并且，第一滑動(dòng)組件與第二框體2之間具有預(yù)設(shè)摩擦力。需要說明的是，摩擦力的取值可以根據(jù)實(shí)際情況來確定，本實(shí)施例對(duì)其不做任何限定。

可以看出，本實(shí)施例中第一滑動(dòng)組件與第二框體2之間相對(duì)滑動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的摩擦力也能耗散沿第一方向的地震動(dòng)能量，根據(jù)實(shí)際情況合理設(shè)置該摩擦力，以達(dá)到耗能的目的。

上述實(shí)施例中還可以包括：第二滑動(dòng)組件。其中，第二框體2通過第二滑動(dòng)組件與電氣設(shè)備相連接。具體地，第二滑動(dòng)組件可以設(shè)置于第二框體2的底壁，并且，第二滑動(dòng)組件與電氣設(shè)備5之間具有預(yù)設(shè)摩擦力。需要說明的是，摩擦力的取值可以根據(jù)實(shí)際情況來確定，本實(shí)施例對(duì)其不做任何限定。

可以看出，本實(shí)施例中第二滑動(dòng)組件與電氣設(shè)備5之間相對(duì)滑動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的摩擦力也能耗散沿第二方向的地震動(dòng)能量，根據(jù)實(shí)際情況合理設(shè)置該摩擦力，以達(dá)到耗能的目的。

上述實(shí)施例中，第一滑動(dòng)組件為第一導(dǎo)軌11。第一導(dǎo)軌11置于第一框體1的底壁。第二滑動(dòng)組件為第二導(dǎo)軌21，第二導(dǎo)軌21可以設(shè)置于第二框體2的底壁。第一導(dǎo)軌11與第二導(dǎo)軌21呈預(yù)設(shè)角度設(shè)置，角度的具體取值可以根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行確定，本實(shí)施例對(duì)其不做任何限定。

優(yōu)選地，第一導(dǎo)軌11與第二導(dǎo)軌21垂直設(shè)置。具體地，第一導(dǎo)軌11可以沿X軸方向設(shè)置，使得第二框體2通過第一導(dǎo)軌11擁有X軸方向的自由度，由于電氣設(shè)備通過第一彈性連接件3連接在第二框體2上，第一導(dǎo)軌11兩端與第一框體1連接，從而使得電氣設(shè)備、第二框體2和第一彈性連接件3共同擁有X軸方向的自由度；第二導(dǎo)軌21可以沿Y軸方向設(shè)置，使得電氣設(shè)備和第二彈性連接件4通過第二導(dǎo)軌21擁有Y軸方向上的自由度。

可以看出，地震發(fā)生時(shí)，第二框體2相對(duì)第一導(dǎo)軌11沿X軸方向滑動(dòng)的過程中，第一彈性連接件3一直處于拉伸狀態(tài)，可以耗散部分來自X軸方向的地震能量；電氣設(shè)備相對(duì)于第二框體2沿著Y軸方向滑動(dòng)的過程中，第二彈性連接件4一直處于拉伸狀態(tài)，可以耗散部分來自Y軸方向的地震能量，通過雙自由度的能量耗散，增強(qiáng)了隔震效果。

上述各實(shí)施例中，第一彈性連接件3與第一方向呈預(yù)設(shè)角度，角度的具體取值可以根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行確定，本實(shí)施例對(duì)其不做任何限定。

優(yōu)選地，第一彈性連接件3與第一方向垂直，也就是說，第一彈性連接件3與第一導(dǎo)軌11相垂直。具體地，第一彈性連接件3的兩端可以沿Y軸方向連接在第一框體1和第二框體2之間，第一方向可以為X軸方向。

可以看出，在安裝時(shí)，第一彈性連接件3可以保持第二框體2在第二方向上的受力平衡；在地震發(fā)生時(shí)，第二框體2相對(duì)于第一框體1沿第一方向滑動(dòng)的過程中，第一彈性連接件3一直處于拉伸狀態(tài)，可以更好地耗散部分來自第一方向的地震能量，同時(shí)，還可以防止第二框體2在第一方向上的位移過大，從而可以防止與第二框體2相連接的電氣設(shè)備的位移過大，使電氣設(shè)備受到保護(hù)。

上述各實(shí)施例中，第一彈性連接件3為至少并列設(shè)置的兩個(gè)。具體地，第一彈性連接件3為多個(gè)，可以成對(duì)設(shè)置，每對(duì)第一彈性連接件3可以沿第二方向一一對(duì)應(yīng)地設(shè)置在第二框體2相對(duì)的兩個(gè)側(cè)壁與第一框體1之間。每個(gè)第一彈性連接件3均與第一方向呈預(yù)設(shè)角度。角度的具體取值可以根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行確定，本實(shí)施例對(duì)其不做任何限定。

可以看出，根據(jù)第一框體1的載荷要求，設(shè)置多個(gè)第一彈性連接件3，一方面能更好的保持第二框體2在第一方向上的受力平衡，另一方面可以更多的耗散來自第一方向的地震能量，更進(jìn)一步增強(qiáng)了隔震效果。

上述各實(shí)施例中，第二彈性連接件4與第二方向呈預(yù)設(shè)角度，也就是說，第二彈性連接件4與第二導(dǎo)軌21呈預(yù)設(shè)角度設(shè)置，角度的具體取值可以根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行確定，本實(shí)施例對(duì)其不做任何限定。

優(yōu)選地，第二彈性連接件4與第二方向垂直，也就是說，第二彈性連接件4與第二導(dǎo)軌21相垂直。具體地，第二彈性連接件4的兩端可以沿X軸方向連接在電氣設(shè)備和第二框體2之間，第二方向可以為Y軸方向。

可以看出，在安裝時(shí)，第二彈性連接件4可以保持電氣設(shè)備5在第一方向上的受力平衡；地震發(fā)生時(shí)，電氣設(shè)備5相對(duì)于第二框體2沿第二方向滑動(dòng)的過程中，第二彈性連接件4一直處于拉伸狀態(tài)，可以更好地耗散部分來自第二方向的地震能量，同時(shí)，還可以防止電氣設(shè)備在第二方向上的位移過大，降低了電氣設(shè)備受損的概率。

上述各實(shí)施例中，第二彈性連接件4為至少并列設(shè)置的兩個(gè)。具體地，第二彈性連接件4為多個(gè)，可以成對(duì)設(shè)置，每對(duì)第二彈性連接件4可以沿第一方向一一對(duì)應(yīng)地設(shè)置在電氣設(shè)備5的兩側(cè)。每個(gè)第二彈性連接件4均與第二方向呈預(yù)設(shè)角度，角度的具體取值可以根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行確定，本實(shí)施例對(duì)其不做任何限定。

可以看出，根據(jù)第二框體2的載荷要求，設(shè)置多個(gè)第二彈性連接件4，一方面能更好的保持電氣設(shè)備在第二方向上的受力平衡，另一方面可以更多的耗散來自第二方向的地震能量，更進(jìn)一步增強(qiáng)了隔震效果。

上述各實(shí)施例中，第一彈性連接件3或第二彈性連接件4處于初始狀態(tài)的長度分別為各自原長。初始狀態(tài)是指第一彈性連接件3或第二彈性連接件4在安裝時(shí)的狀態(tài)，此時(shí)，該系統(tǒng)分別具有X方向和Y方向的準(zhǔn)零剛度特性。參見圖1至圖3，本實(shí)施例中，隔震裝置沿Y軸方向的隔震原理可以簡(jiǎn)化為兩個(gè)第二彈性連接件4、電氣設(shè)備5、固定支座和第二導(dǎo)軌21組成的裝置結(jié)構(gòu)來推導(dǎo)如下：第二框體2、第二彈性連接件4、第二導(dǎo)軌21和電氣設(shè)備5可以等效為一幾何非線性模型。其中，電氣設(shè)備5可等效為一振子m，振子的振動(dòng)被限制在Y方向上，第二彈性連接件4等效為兩根垂直于Y軸的線性彈簧，線性彈簧兩端分別與振子和固定支座鉸接。其中振子位移為y，彈簧剛度為K₂，原長為L₂，固定支座與振子直線距離為l₂，振子可視為質(zhì)點(diǎn)。

通過靜力學(xué)分析得出系統(tǒng)恢復(fù)力函數(shù)：

將F(y)對(duì)y進(jìn)行泰勒級(jí)數(shù)展開得：

則系統(tǒng)剛度函數(shù)為：

令K(0)＝0，得：

L₂＝l₂

可以發(fā)現(xiàn)，此時(shí)系統(tǒng)的線性剛度為零，因此，結(jié)構(gòu)的等效固有頻率接近于零，而非線性阻尼能夠有效地抑制Y軸的共振峰值，具有優(yōu)良的低頻隔振性能，對(duì)高頻范圍內(nèi)的響應(yīng)也幾乎沒有影響。即：第二彈性連接件4初始狀態(tài)為其原長，則為該系統(tǒng)具有Y軸方向準(zhǔn)零剛度的初始條件。

類比可知，隔震裝置沿X軸方向的隔震原理可以簡(jiǎn)化為將兩個(gè)第一彈性連接件3，電氣設(shè)備5、固定支座和第一導(dǎo)軌11，同樣引入上述模型，可以得知，第一框體1、第一彈性連接件3、第一導(dǎo)軌11與電氣設(shè)備5又可構(gòu)成一幾何非線性模型，當(dāng)?shù)谝粡椥赃B接件3初始狀態(tài)為其原長時(shí)，該系統(tǒng)具有X軸方向準(zhǔn)零剛度特性。

綜上，本實(shí)施例中，第二框體與第一框體沿第一方向可滑動(dòng)地連接，電氣設(shè)備與第二框體沿第二方向可滑動(dòng)地連接，當(dāng)?shù)卣鸢l(fā)生時(shí)，隔震裝置在第一方向和第二方向上具備準(zhǔn)零剛度特性，降低了共振頻率，提高了隔震效果，并通過第一彈性連接件約束第二框體沿第一方向的位移，通過第二彈性連接件約束電氣設(shè)備沿第二方向的位移，使得電氣設(shè)備的位移不至過大，降低了電氣設(shè)備受損的概率。

顯然，本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以對(duì)本發(fā)明進(jìn)行各種改動(dòng)和變型而不脫離本發(fā)明的精神和范圍。這樣，倘若本發(fā)明的這些修改和變型屬于本發(fā)明權(quán)利要求及其等同技術(shù)的范圍之內(nèi)，則本發(fā)明也意圖包含這些改動(dòng)和變型在內(nèi)。