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ストックブリッジダンパーは、架空送電線[1]、長い片持ち標識[2]、斜張橋などの細い構造物の風による振動を抑制するために使用される同調質量ダンパーです。ダンベル型の装置は、短いケーブルまたは柔軟なロッドの両端にある2つの質量で構成され、中央でメインケーブルに固定されています。ダンパーは、メインケーブルの振動エネルギーを許容レベルまで消散させるように設計されています。[3]
風による振動
風は吊り下げられたケーブルに3つの主要な振動モードを発生させます。[4]
- ギャロップの振幅はメートル単位で測定され、周波数範囲は0.08～3Hzです。
- 風振動（フラッターとも呼ばれる）は、振幅がミリメートルからセンチメートル、周波数が3～150Hzである。
- 後流による振動は、振幅がセンチメートル、周波数が0.15～10Hzである。
ストックブリッジダンパーは風振動による振動を対象としており、この振幅と周波数の範囲外では効果が低くなります。風振動は垂直面で発生し、ケーブルの風下側で渦が交互に放出されることによって生じます。一定だが中程度の風は、スパンあたり数波長からなる定在波パターンを線路上に誘発する可能性があります。[4]風振動はケーブルに損傷を与える応力疲労を引き起こし[5]、導体ストランド破損の主な原因となります。[4]送電線のスパンの端部、つまり送電塔に固定されている部分が最も危険です。[5]この影響はケーブル張力が増加するとより顕著になり[5] 、自然な自己減衰が減少します。
説明
ストックブリッジダンパーは、1920年代にサザンカリフォルニアエジソン社のエンジニアであったジョージ・H・ストックブリッジによって発明されました。ストックブリッジは、1928年7月3日に「振動ダンパー」で米国特許1675391を取得しました。[6]彼の特許では、線路の振動を減衰させる3つの手段が説明されていました。線路に結びつけられた金属パンチングの袋、メインケーブルと平行に固定された短いケーブル、両端にコンクリートの塊が固定された短い（30インチ、75cm）ケーブルです。[6]この最後の装置は、広く使用されるストックブリッジダンパーに発展しました。
メインケーブルの振動はクランプを通して短いダンパー、または「メッセンジャー」ケーブルに伝わります。これにより、両端に対称的に配置されたコンクリートブロックが曲がり、振動します。ブロックの質量とダンパーケーブルの剛性と長さを慎重に選択すると、ダンパーの機械的インピーダンスがラインのそれと一致し、メインケーブルの振動が大幅に減衰します。ストックブリッジダンパーは経済的で効果的で取り付けが簡単なため、架空線で日常的に使用されるようになりました。[5] ホットスティックツールを使用した活線作業により、通電中にダンパーをラインに後付けすることが可能になりました。[7]
モダンなデザイン
現代の設計では、ストックブリッジのコンクリートブロックではなく、金属製のベル型の重りが使用されています。ベルは中空で、ダンパーケーブルは遠位端に内部で固定されているため、ケーブルとダンピングウェイトの相対的な動きが可能です。[7]動きの自由度を高めるために、重りを垂直面に部分的にスロットに入れ、ケーブルがベルの境界外に移動できるようにします。より複雑な設計では、非対称の質量分布を持つ重りが使用され、ダンパーが複数の異なる周波数モードと範囲で振動できるようにします。[8] [9]
もう一つの現代的なデザインは、フィリップ・ダルハンティが1976年に発明したドッグボーンです[疑わしい–議論が必要]。これは、その構成からドッグボーンと呼ばれています。ダンパーの端に大きな金属球が取り付けられ、そこから横に小さな球が突き出ており、犬の骨に似ています。ダンパーは重りを横にオフセットして3番目の自由度を導入し、ダンパーケーブルを上下に曲げるだけでなくねじります。ダンパーケーブルのストランド内摩擦が追加され、大幅に多くのエネルギーが消散します。[2] [10] [検証が必要]
ケーブルの最も脆弱な部分は、ケーブルが絶縁体ストリングの端にクランプされている部分であるため、ダンパーは通常、クランプの両側の最も近いアンチノード（最大変位点）に設置されます。 [8]したがって、通常はスパンごとに2つのダンパーがありますが、長いスパンの場合は必要に応じてさらにダンパーを設置することができます。[5] [7]
架空送電線は懸垂線を形成し、振動は主に垂直面で発生します。複数の振動面が予想される場合は、ストックブリッジ ダンパーを互いに直角に取り付けます。これは、ケーブルが垂直面または水平でない面を走る場合、たとえば斜張橋や無線塔の支線などでよく使用されます。
参照
参考文献
- ^ Markiewicz, M. (1995 年 11 月 29 日)、「デッドエンドスパンのストックブリッジダンパーの最適動的特性」、Journal of Sound and Vibration、188 (2): 243–256、Bibcode :1995JSV...188..243M、doi :10.1006/jsvi.1995.0589
- ^ ab 道路標識、照明器具、交通信号の構造支持の設置、検査、保守、修理に関するガイドライン、vol. FHWA NHI 05-36、米国運輸省、2005 年 3 月、2008 年10 月 12 日取得
- ^ キースリング、フリードリヒ;ネフツガー、ピーター。ノラスコ、ジョアン F. Kaintzyk、Ulf (2003)、Overhead Power Lines、Springer、pp. 311–312、ISBN 3-540-00297-9
- ^ abc EPRI 送電線リファレンスブック: 風による導体の動き、EPRI 1012317、2008
- ^ abcde マッコーム、ジョン; ヘイグ、FR (1966)、オーバーヘッドラインプラクティス（第3版）、マクドナルド、pp. 216–219
- ^ ab 米国特許 1,675,391
- ^ abc Wadhwa, CL (2006)、Electrical Power Systems、New Age Publishers、pp. 169–170、ISBN 978-81-224-1773-9
- ^ ab キースリング、フリードリヒ（2001）、高電圧工学と試験、IET、pp. 190-191、ISBN 0-85296-775-6
- ^ ローソン、トム（2001）、建物の空気力学、インペリアルカレッジプレス、p.115、ISBN 1-86094-187-7
- ^ ダンハンティ、フィリップ（2009年）。『退屈な瞬間はない』フィリップ・ダルハンティ。pp.280–282。
外部リンク
ウィキメディア・コモンズには、ストックブリッジダンパーに関連するメディアがあります。
- 振動データの記事
- 「ケーブルがくっつく」ニューサイエンティストQ&A