Při studiu provozu trolejových vedení v přírodních podmínkách jsou kromě obvyklých změn způsobených v provozu trolejových vedení působením ledu, větru a teploty zajímavé jevy chvění a tance drátů.
Vibrace drátů ve vertikální rovině je pozorována při nízkých rychlostech větru a spočívá v tom, že se v drátech objevují podélné (stojící) a převážně putující vlny s amplitudou do 50 mm a frekvencí 5 – 50 Hz. Důsledkem vibrací jsou přetržení drátěných drátů, samovolné uvolnění nosných šroubů, porušení částí armatur izolátorových girland atd.
Pro boj s vibracemi se používá vyztužení drátů jejich navinutím v upevňovacích bodech, autovibračních svorkách a tlumičích (tlumičích).
V trolejových vedeních dochází k dalšímu, méně prozkoumanému jevu, i když vzácněji, – tančení drátů, tedy kmitání drátů s velkou amplitudou, při kterém dochází ke střetu drátů různých fází a následně k nefunkčnosti vedení.
Když proud vzduchu nasměrovaný přes osu vedení nebo pod určitým úhlem k této ose obtéká dráty, vznikají na závětrné straně drátu víry. Pravidelně se vítr odtrhává od drátu a vytváří víry v opačném směru.
Oddělení víru ve spodní části způsobuje vznik kruhového proudění na závětrné straně a rychlost proudění v v bodě A je větší než v bodě B. V důsledku toho se objevuje vertikální složka tlaku větru.
Když se frekvence tvorby víru shoduje s jednou z vlastních frekvencí napnutého drátu, tento začne kmitat ve vertikální rovině. V tomto případě se některé body nejvíce odchylují od rovnovážné polohy, tvoří antinodu vlny, zatímco jiné zůstávají na místě a tvoří tzv. uzly. V uzlech dochází pouze k úhlovým pohybům drátu.
Takové vibrace drátu s amplitudou nepřesahující 0,005 půlvlnné délky nebo dvou průměrů drátu se nazývají vibrace.
Obrázek 1. Vznik víru za drátem
K vibracím drátu dochází při rychlosti větru 0,6–0,8 m/s; s rostoucí rychlostí větru se zvyšuje frekvence vibrací a počet vln v rozpětí, při rychlosti větru nad 5-8 m/s jsou amplitudy vibrací tak malé, že nejsou pro drát nebezpečné.
Provozní zkušenosti ukazují, že vibrace drátů jsou nejčastěji pozorovány na vedeních procházejících otevřenými a rovnými plochami. V úsecích vedení v zalesněném a nerovném terénu je trvání a intenzita vibrací výrazně nižší.
Vibrace drátů se zpravidla pozorují v rozpětích delších než 120 ma narůstají s rostoucími rozpětími. Vibrace jsou nebezpečné zejména při přechodech řek a vodních ploch s rozpětím delším než 500 m.
Nebezpečí vibrací spočívá v přetržení jednotlivých drátů v místech, kde vycházejí ze svorek. K těmto přetržením dochází v důsledku skutečnosti, že střídavá napětí z periodického ohýbání drátů v důsledku vibrací se superponují na hlavní tahová napětí v zavěšeném drátu. Pokud jsou tato napětí malá, pak celková napětí nedosahují limitu, při kterém dráty selhávají v důsledku únavy.
Rýže. 2. Vibrační vlny na drátu za letu
Na základě pozorování a výzkumu bylo zjištěno, že nebezpečí zničení drátu závisí na tzv. průměrném provozním napětí (napětí při průměrné roční teplotě a nepřítomnosti přídavných zátěží).
Záznamník vibrací ALCOA „SCOLAR III“ namontovaný na spirálové nosné svěrce
Metody boje proti vibracím drátu
Podle PUE jednotlivé hliníkové a ocelo-hliníkové dráty o průřezu do 95 mm2 v rozpětí delším než 80 m, průřezu 120 – 240 mm2 v rozpětí větším než 100 m, průřezu 300 mm2 a více v rozpětí větších než 120 m musí být ocelové dráty a kabely všech úseků v rozpětí větších než 120 m chráněny před vibracemi, pokud napětí při průměrné roční teplotě překročí: 3,5 daN/mm2 (kgf/mm2) u hliníkových drátů, 4,0 daN/mm2 u ocelovo-hliníkových drátů, 18,0 daN/mm2 u ocelových drátů a kabelů .
U rozpětí kratších, než je uvedeno výše, není ochrana proti vibracím vyžadována. Vibrační ochrana také není potřeba na vedení s fázovým rozdělením na dva vodiče, pokud napětí při průměrné roční teplotě nepřekročí 4,0 daN/mm2 u hliníku a 4,5 daN/mm2 u ocelovo-hliníkových drátů.
Fáze rozdělená na tři a čtyři vodiče zpravidla nevyžaduje ochranu proti vibracím. Úseky vedení chráněné před bočním větrem nepodléhají ochraně proti vibracím. Při velkých přechodech řek a vodních ploch je nutná ochrana bez ohledu na napětí v drátech.
Snížení napětí ve vedení na hodnoty, při kterých není nutná ochrana proti vibracím, není zpravidla ekonomicky výhodné. Proto se na tratích s napětím 35 – 330 kV obvykle instalují tlumiče vibrací, vyrobené ve formě dvou závaží zavěšených na ocelovém lanku.
Tlumiče vibrací absorbují energii vibrujících drátů a snižují amplitudu vibrací v blízkosti svorek. Tlumiče vibrací musí být instalovány v určitých vzdálenostech od svorek, určených v závislosti na značce a napětí vodiče.
Na řadě linek se pro ochranu proti vibracím používají výztužné tyče vyrobené ze stejného materiálu jako drát a navinuté na drát v místě jeho upevnění ve svorce v délce 1,5 – 3,0 m.
Průměr tyčí se od středu svěrky na obou stranách zmenšuje. Výztužné tyče zvyšují tuhost drátu a snižují pravděpodobnost poškození vibracemi. Nejúčinnějším prostředkem pro boj s vibracemi jsou však tlumiče vibrací.
Rýže. 3. Tlumič vibrací na drátu
Pro ochranu proti vibracím jednoduché ocelo-hliníkové dráty o průřezu 25-70 mm2 a hliníkové s průřezem do 95 mm2 se doporučují smyčkové tlumiče (tlumící smyčky), zavěšené pod drátem (pod nosným svorka) ve formě smyčky dlouhé 1,0-1,35 m od stejných částí drátu.
V zahraniční praxi se pro ochranu vodičů velkých průřezů, včetně vodičů na velkých spojkách, používají také smyčkové absorbéry z jedné nebo více po sobě jdoucích smyček.
Tanec drátů, podobně jako vibrace, je buzen větrem, ale liší se od vibrací velkou amplitudou, dosahující 12–14 m, a dlouhou vlnovou délkou. Na šňůrách s jednoduchými dráty je nejčastěji pozorován tanec s jednou vlnou, tedy se dvěma půlvlnami v rozpětí (obr. 4), na šňůrách s dělenými dráty – s jednou půlvlnou v rozpětí.
V rovině kolmé k ose čáry se drát při tanci pohybuje po protáhlé elipse, jejíž hlavní osa je svislá nebo vychýlená pod mírným úhlem (do 10 – 20°) od vertikály.
Průměry elipsy závisí na prověšení: při tanci s jednou půlvlnou za letu může velký průměr elipsy dosahovat 60 – 90 % prověšení, při tanci se dvěma půlvlnami – 30 – 45 % pokles. Malý průměr elipsy je obvykle 10 – 50 % délky velkého průměru.
Tanec drátů se zpravidla pozoruje, když je led. Led se na drátech ukládá především na závětrné straně, čímž drát získává nepravidelný tvar.
Při působení větru na drát s jednostranným ledem se rychlost proudění vzduchu v horní části zvyšuje a tlak klesá. V důsledku toho vzniká zvedací síla Vy, která způsobí, že drát tančí.
Nebezpečí tance spočívá v tom, že vibrace vodičů jednotlivých fází, jakož i vodičů a kabelů, probíhají asynchronně; Často se vyskytují případy, kdy se dráty pohybují v opačných směrech a přibližují se k sobě nebo se dokonce srážejí.
V tomto případě dochází k elektrickým výbojům, které způsobují roztavení jednotlivých drátů a někdy i přerušení drátu. Byly i případy, kdy se dráty vedení 500 kV zvedly na úroveň kabelů a narážely do nich.
Rýže. 4: a – tančící vlny na drátě za letu, b – drát pokrytý ledem ve vzájemném proudění vzduchu.
Uspokojivé výsledky z provozu experimentálních linek s tanečními tlumiči zatím nestačí ke snížení vzdáleností mezi dráty.
Na některých zahraničních tratích s nedostatečnými vzdálenostmi mezi dráty různých fází jsou instalovány izolační rozpěrky, které eliminují možnost tleskání drátů při tanci.
Telegramový kanál pro ty, kteří se chtějí každý den učit nové a zajímavé věci: Škola pro elektrikáře
Pokud se vám tento článek líbil, sdílejte odkaz na něj na sociálních sítích. Velmi to pomůže rozvoji našeho webu!
Nenechte si ujít aktualizace, přihlaste se k odběru našich sociálních sítí:
Tlumič vibrací je technická „novinka“, která se objevila v síti prodejů automobilových dílů a vyvolala zvýšený zájem a mnoho dotazů majitelů vozidel. Opravdu tento technický zázrak tlumí vibrace?
Jak fungují tlumiče vibrací a co to je?
Tlumiče vibrací jsou zařízení, která snižují amplitudu a sílu mechanických vibrací součástí a sestav zařízení, jakož i jiných předmětů nebo jejich konstrukčních prvků, které vibrace zažívají nebo jsou jejich zdrojem.
Ve všech případech se tlumení vibrací provádí zvýšením ztrát nebo pohlcováním vibrační energie při překonání elastického nebo setrvačného odporu tlumiče vibrací.
Rozsah použití tlumičů vibrací je velmi široký a stejně velký je i počet konstrukčních řešení jejich realizace. Tlumí vibrace elektromotorů a převodovek, na potrubích, vrtačkách a zařízeních, v chladicích jednotkách a dalších zařízeních a mechanismech. Jsou to: roztahovací potrubní články, tlumiče, odpružené písty, tlumivky, tlumiče, pevné a pružné reflektory ve formě přepážek, komory se stlačeným plynem nebo vzduchem, různé protizávažně-oscilační systémy a tak dále.
Konstrukce a princip činnosti automobilových tlumičů vibrací
Již nějakou dobu začínají automobilky používat tlumiče vibrací. Podle některých zdrojů jich moderní zahraniční auta mohou mít až 50. Pomáhají zlepšovat vibroakustický komfort uvnitř vozu – potlačují vibrace a hluk nebo výrazně snižují jejich úroveň. „Vedlejším“ efektem tlumiče vibrací je mírné prodloužení životnosti autodílů a sestav. Nyní totiž fungují v šetrnějším režimu – ničivé účinky vibrací jsou minimalizovány.
Na automobily jsou instalovány dynamické tlumiče vibrací. Princip jejich fungování je následující. Když se v jednotce vozidla, na které je namontován dynamický tlumič vibrací, objeví oscilace, tento začne kmitat v protifázi, to znamená v opačném směru, a díky tomu se sníží amplituda úderu. K tomu dochází v důsledku jevu zvaného antirezonance.
Dynamický tlumič vibrací vozidla
Technicky je to realizováno díky pružnému spojení určité tuhosti jednotky s tlumičem vibrací a jeho setrvačnosti, kterou má jakýkoli předmět. Čím masivnější je objekt, tím je větší. Setrvačnost je schopnost předmětu v důsledku své vlastní hmotnosti působit proti silám, které na něj působí.
Řekněme, že vibrace se vyskytují nahoru a dolů. Na začátku pohybu jednotky směrem dolů reaguje tlumič vibrací inertně – působí proti němu – díky elastickému, netuhému spojení. V opačném případě by začal kmitat spolu s automobilovou sestavou dohromady jako jeden celek. Prostřednictvím tohoto elastického upevnění přenáší dynamický tlumič vibrací svou energii na jednotku v opačném směru. Ale toto stejné spojení díky své elasticitě nakonec posune tlumič vibrací dolů. V tomto okamžiku se již jednotka začíná pohybovat nahoru. V tomto případě již není tlumič vibrací v klidu, ale pohybuje se v opačném směru. Díky vlastnímu pohybu je jeho setrvačnost ještě větší, a proto je protiakce výraznější. Když se začne pohybovat nahoru, jednotka již klesá.
Provoz tlumiče vibrací
Je třeba poznamenat, že čím větší je energie kmitání vibrační jednotky, tím vyšší je pro tlumič vibrací, protože energii získává interakcí. Nevýhodou dynamického zařízení je, že pracuje pouze na určité frekvenci, která odpovídá jeho rezonančním kmitům. Výrobci těchto tlumičů proto zjišťují rezonanční frekvenci automobilové jednotky – tu, při které se prudce zvyšuje amplituda vibrací. Poté vypočítají potřebné parametry dynamického zařízení (jeho hmotnost, tuhost pružného spojení a další), které umožní jeho výrobu se stejnou rezonanční charakteristikou jako strojní celek a zajistí maximální účinnost tlumení vibrací.
Dynamické tlumiče vibrací pro Niva
Domácí automobilový průmysl začal své výtvory vybavovat dynamickými tlumiči vibrací relativně nedávno. Takže v novém VAZ Granta jsou umístěny vedle převodové skříně a na výfukovém systému. Od srpna 2012 jsou všechny vozy Niva vyráběny s tlumiči vibrací. A pro majitele dříve vyráběných LADA 4×4 se v prodeji objevilo zařízení, které jeho výrobce avizuje jako určené pro montáž na vozy VAZ 2121, 21213, 21214, 2131 a jejich úpravy.
Zařízení pro Nivu
Tlumič vibrací má válcový tvar a skládá se ze 2 kovových příchytek – vnější a vnitřní – a elastického tlumícího prvku. Vnější kroužek je jak tělo, tak právě protizávaží, tedy samotný tlumič vibrací, o kterém byla řeč výše. Elastický tlumicí prvek je vyroben z pryže. Díky němu dochází k elastické interakci tlumiče vibrací s pohonnou jednotkou vozu prostřednictvím vnitřního kroužku. Jak by to všechno mělo fungovat, je také popsáno výše. Zařízení je připevněno k držáku převodovky pomocí desek upevněných na vnitřním kroužku.
Interakce tlumiče vibrací s pohonnou jednotkou vozu Niva
U vozidel řady LADA 4×4 při rychlostech nad 90 km/h dochází k výraznému nárůstu vibrací prvků interiéru, hluku uvnitř interiéru a někdy i tlučení ovladačů, které je způsobeno rezonančními oscilacemi pohonné jednotky při jeho zvýšené rychlosti. Pokud je zakoupený tlumič vibrací vyroben z vysoce kvalitních materiálů a bez porušení výrobní technologie, pak jistě „uklidní“ skříň s motorem, čímž sníží negativní projevy jejich rezonance. Výrobci deklarovaná bezporuchová životnost tlumiče vibrací je 10 let.
