一种耗能支座及气体绝缘金属封闭开关设备系统技术方案

本发明专利技术公开了一种耗能支座及气体绝缘金属封闭开关设备系统，其中耗能支座包括支撑部和耗能部；其特征在于，所述耗能部包括球形滚动装置及竖向耗能装置；所述支撑部位于球形滚动装置上方，所述竖向耗能装置位于球形滚动装置下方；所述球形滚动装置包括具有限位框格的基体以及被限位在每个框格内的承托球体；竖向耗能装置包括顶板、底板及位于顶板与底板之间的负刚度负泊松比耗能元件。本发明专利技术耗能支座能够释放温度及地震作用下水平平动自由度，避免固定约束带来的设备内次生内力，小位移下能够保证支座的竖向承载力，地震作用下实现竖向负刚度及负泊松比特性，高效耗散部分地震动能量，并保证GIS设备的结构安全。并保证GIS设备的结构安全。并保证GIS设备的结构安全。

【技术实现步骤摘要】
一种耗能支座及气体绝缘金属封闭开关设备系统


[0001]本专利技术涉及气体绝缘金属封闭开关设备（GIS）设计制造领域，具体涉及一种适用于气体绝缘金属封闭开关设备（GIS）系统的耗能支座。

技术介绍

[0002]随着城镇化的迅速发展，电力系统作为城镇化进程的核心基础，不断面临技术革新。气体绝缘金属封闭开关设备（GIS）将高压电器组合在一起，采用惰性气体将其封闭在金属外壳中，是一种非常高效的高压开关设备。GIS设备相比传统变电设备具有用地节约、体积小、安装便捷、故障率低等优势，因此，近年来广泛应用于城市电力系统。但GIS封闭管道系统工作环境复杂，服役中常年经受温度变化的影响，特别在西部地区，季节温差、昼夜温差较大。GIS设备常规的支撑形式为法兰盘上设置连接板，将连接板与支撑架采用螺栓连接。温度作用下管道发生膨胀和收缩，螺栓体承受剪力和弯矩。当剪力和弯矩较大时，螺栓发生破坏，管道的支撑作用失效，导致母线管或间隔的应力和变形可能超过允许范围，威胁GIS设备的整体结构安全性，甚至有可能发生气体泄漏及安全事故。因此，GIS设备固定的支撑连接方式在温度效应明显时存在缺陷。
[0003]鉴于电力系统在生命线工程中的重要地位，GIS设备需在地震时保证良好的抗震性能，保证电力系统设备的安全运行。除提高GIS设备本身的抗震性能外，改进支座的支撑形式、提高支座耗能能力也具有至关重要的作用。而现有的抗震研究仍主要集中于GIS设备本身，缺乏适用于GIS设备的耗能支座的相关研究成果。目前常规的线性隔振系统为提高承载力，增加了结构刚度从而减弱了隔振效果。

技术实现思路

[0004]本专利技术所要解决的技术问题是提出一种释放支座水平向的位移，避免固定支座在温度或水平地震作用下的力学缺陷的适用于气体绝缘金属封闭开关设备系统的耗能支座。
[0005]为实现上述目的，本专利技术采用的技术方案为：一种耗能支座，包括支撑部和耗能部；其特征在于，所述耗能部包括球形滚动装置及竖向耗能装置；所述支撑部位于球形滚动装置上方，所述竖向耗能装置位于球形滚动装置下方；所述球形滚动装置包括具有限位框格的基体以及被限位在每个框格内的承托球体；竖向耗能装置包括顶板、底板及位于顶板与底板之间的负刚度负泊松比耗能元件。
[0006]所述负刚度负泊松比耗能元件为由梁系单元组成的三维立体结构；梁系单元由一个上部弧形梁、两个斜梁及一个下部弧形梁组成的对称结构，两个斜梁分别设置在上部弧形梁和下部弧形梁的两端；所述上部弧形梁由中间凸形曲梁及位于中间凸形曲梁两侧的凹形曲梁连接形成；下部弧形梁为凸形短梁。
[0007]所述负刚度负泊松比耗能元件为由所述梁系单元围合而成的圆形或多边形。
[0008]所述负刚度负泊松比耗能元件为由所述梁系单元围合而成的四边形，每个边均由梁系单元在水平方向和竖直方向同时分布的多行多列结构。
[0009]所述支撑部包括弧形板、弧形管托以及管托支撑；所述弧形板与弧形管托具有与气体绝缘金属封闭开关设备系统的母线筒法兰盘直径相匹配的直径；所述管托支撑内部设置弧形支托板及与垂直于支托板的加劲板； 所述弧形管托位于弧形支托板上；所述弧形板位于弧形管上。
[0010]所述弧形板内径弧长对应的圆心角范围在120
°
至180
°
之间。
[0011]弧形板为聚四氟乙烯板。
[0012]所述基体由连续竖向限位板、分段竖向限位板及底托板组成；承托球体位于所述底托板上并限位在连续竖向限位板与分段竖向限位板形成的限位框格内。
[0013]所述承托球体与限位框格之间保持2
‑
10厘米的水平移动允许距离。
[0014]所述连续竖向限位板、分段竖向限位板及底托板之间采用焊接连接。
[0015]本专利技术立足于GIS设备常规支座形式在温度效应及抗震性能方面的劣势，提出一种适用于气体绝缘金属封闭开关设备（GIS）系统的耗能支座形式，采用球形滚动装置释放温度及地震作用下水平两向的平动自由度，避免固定约束带来的设备内次生内力；竖向耗能装置在小位移下能够保证其竖向承载力，在罕遇地震作用下利用凸起弧形梁的跃迁实现竖向负刚度，高效耗散部分地震动能量，负刚度之后产生负泊松比效应，可延迟密实应变的发生，使弧形梁跃迁后结构应力缓慢增加以保证GIS设备的结构安全。
[0016]本专利技术相比于现有技术具有以下有益效果：（1）本专利技术的耗能支座可以释放温度及地震作用下水平两向的平动自由度，避免固定约束带来的设备内次生内力，保证GIS设备的设计安全余量。
[0017]（2）本专利技术的耗能支座利用凸起弧形梁的跃迁实现竖向负刚度，耗散部分地震动能量，减隔振效果优于常规线性减隔振支座。
[0018]（3）本专利技术的耗能支座梁系单元由于斜梁失稳导致梁系单元整体收缩，产生负泊松比效应，使弧形梁跃迁后的应力缓慢增加，保护设备结构的安全。
[0019]（4）本专利技术的耗能支座在可利用多层梁系单元实现多级负刚度，扩展和丰富耗能支座的使用范围。
[0020]（5）本专利技术的耗能支座主要材料为钢材，在高效耗能的同时保证静力作用下的承载力。
[0021]（6）本专利技术的耗能支座在法兰盘及弧形管托之间设置PTFE弧形板，摩擦力小，能够在除球形滚动装置作用外额外提供水平允许位移，在罕遇地震作用下能提高GIS设备的安全性。
[0022]（7）本专利技术的耗能支座构造清晰，可成品化制造生产，具有工业推广优势。
附图说明
[0023]图1是本专利技术的耗能支座示意图；图2是本专利技术的PTFE弧形板、弧形管托与法兰盘关系示意图；图3是本专利技术的管托支撑组成示意图；图4是本专利技术的球形滚动装置轴测图；图5是本专利技术的球形滚动装置俯视图；图6是本专利技术的竖向耗能装置轴测图；
图7是本专利技术的耗能元件正视图；图8是本专利技术的梁系单元组成示意图；图9是本专利技术的梁系单元刚度变化曲线示意图。
[0024]图中：1、母线筒法兰盘；2、弧形板；3、弧形管托；4、管托支撑；5、球形滚动装置；6、竖向耗能装置；7、落地支撑架；8、管托支撑弧形支托板；9、管托支撑端部斜向加劲板；10、管托支撑中部竖向加劲板；11、管托支撑底板；12、滚动承托球体；13、球形滚动装置连续竖向限位板；14、球形滚动装置分段竖向限位板；15、球形滚动装置底托板；16、竖向耗能装置顶板；17、竖向耗能装置底板；18、负刚度负泊松比耗能元件；19、上部弧形梁；20、斜梁；21、下部弧形梁。
具体实施方式
[0025]下面结合附图对本专利技术中的实施方式展开描述，描述的实施方式仅为本专利技术中的涵盖部分，并不是全部。基于本实施说明，本领域内的技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所形成的其他实施方式，均属于本专利技术保护的范围。
[0026]如图1所示，本专利技术提供了一种耗能支座，可适用于气体绝缘金属封闭开关设备（GIS）系统。耗能支座包括支撑部和耗能部。耗能部包括球形滚动装置及竖向耗能装置。支撑部位于球形滚动装置上方，竖向耗能装置位于球本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种耗能支座，包括支撑部和耗能部；其特征在于，所述耗能部包括球形滚动装置及竖向耗能装置；所述支撑部位于球形滚动装置上方，所述竖向耗能装置位于球形滚动装置下方；所述球形滚动装置包括具有限位框格的基体以及被限位在每个框格内的承托球体；竖向耗能装置包括顶板、底板及位于顶板与底板之间的负刚度负泊松比耗能元件。2.根据权利要求1所述的耗能支座，其特征在于，所述负刚度负泊松比耗能元件为由梁系单元组成的三维立体结构；梁系单元由一个上部弧形梁、两个斜梁及一个下部弧形梁组成的对称结构，两个斜梁分别设置在上部弧形梁和下部弧形梁的两端；所述上部弧形梁由中间凸形曲梁及位于中间凸形曲梁两侧的凹形曲梁连接形成；下部弧形梁为凸形短梁。3.根据权利要求2所述的耗能支座，其特征在于，所述负刚度负泊松比耗能元件为由所述梁系单元围合而成的圆形或多边形。4.根据权利要求2所述的耗能支座，其特征在于，所述负刚度负泊松比耗能元件为由所述梁系单元围合而成的四边形，每个边均由梁系单元在水平方向和竖直方向同时分布的多行多列结构。5.根据权利要求1所述的耗...

【专利技术属性】
技术研发人员：王仕俊，平常，王星，程紫运，夏懿，周炳，杨旭升，李娜，保承家，王琳琳，蒋承伶，周游，徐丹，贾永会，李哲，尤峰，赵邵康，曹晓波，宋小勇，吴高翔，冉龙，马涛，
申请(专利权)人：国网江苏省电力有限公司国网甘肃省电力公司经济技术研究院国网综合能源服务集团有限公司国网河北省电力有限公司国网重庆市电力公司，
类型：发明
国别省市：