VAD ÄR EN STOCKBRIDGE VIBRATIONSDÄMPARE

En Stockbridge-dämpare är en avstämd massdämpare som används för att dämpa vindinducerade vibrationer på smala konstruktioner som luftledningar, långa fribärande skyltar och kabelstagsbroar. Den hantelformade anordningen består av två massor i ändarna av en kort längd av kabel eller böjlig stav, som kläms i mitten till huvudkabeln. Spjället är utformat för att avleda energin från svängningar i huvudkabeln till en acceptabel nivå.

Ett exempelfoto på Stockbridge-dämpare som hänger under upphängda från högspänningsledningar

Stockbridge-spjäll installerade på högspänningsledningar

Vindinducerad oscillation

Vind kan generera tre huvudsakliga oscillationssätt i upphängda kablar:

Galopp har en amplitud mätt i meter och ett frekvensområde på 0,08 till 3 Hz

Eolisk vibration (ibland kallad fladder) har en amplitud på millimeter till centimeter och en frekvens på 3 till 150 Hz

Wake-inducerad vibration har en amplitud på centimeter och en frekvens på 0,15 till 10 Hz

Stockbridge-dämparen riktar sig mot svängningar på grund av eoliska vibrationer; den är mindre effektiv utanför detta amplitud- och frekvensområde. Eoliska vibrationer uppstår i vertikalplanet och orsakas av omväxlande utgjutning av virvlar på läsidan av kabeln. En stadig men måttlig vind kan inducera ett stående vågmönster på linjen som består av flera våglängder per span. Eoliska vibrationer orsakar skadlig spänningsutmattning på kabeln och representerar den huvudsakliga orsaken till fel på ledartrådar. Ändarna av ett kraftledningsspänne, där det är fastklämt i transmissionstornen, är mest riskfyllt. Effekten blir mer uttalad med ökad kabelspänning, eftersom dess naturliga självdämpning minskar.

Beskrivning

Stockbridges ursprungliga betongblockdesign

Stockbridge-dämparen uppfanns på 1920-talet av George H. Stockbridge, som var ingenjör för Edison i södra Kalifornien. Stockbridge erhöll US patent 1675391 den 3 juli 1928 för en"vibrationsdämpare". Hans patent beskrev tre sätt att dämpa vibrationer på linor: en säck med metallstansar bundna till linan; en kort kabellängd fastklämd parallellt med huvudkabeln; och en kort (30 tum, 75 cm) kabel med en betongmassa fixerad i varje ände. Denna sista enhet utvecklades till den mycket använda Stockbridge-dämparen.

Vibrationer i huvudkabeln leddes ner genom klämman och in i det kortare spjället, eller"budbärare", kabel. Detta skulle böjas och få de symmetriskt placerade betongblocken i sina ändar att svänga. Noggrant val av blockens massa och dämparkabelns styvhet och längd skulle matcha dämparens mekaniska impedans med ledningens och kraftigt dämpa svängningen hos huvudkabeln. Eftersom Stockbridge-spjäll var ekonomiska, effektiva och enkla att installera, användes de rutinmässigt på luftledningar. Live-line-arbete med hotstick-verktyg innebar att det var möjligt att eftermontera spjäll på ledningarna medan de var spänningssatta.

Modern design

En modern design med metallvikter

Modern design använder metallklockformade vikter snarare än Stockbridges betongblock. Klockan är ihålig och dämparkabeln är fixerad internt i den distala änden, vilket tillåter relativ rörelse mellan kabeln och dämpningsvikterna. För att ge större rörelsefrihet kan vikterna vara delvis slitsade i vertikalplanet, vilket tillåter kabeln att röra sig utanför klockans gränser. Vissa mer komplexa konstruktioner använder vikter med asymmetrisk massfördelning, vilket gör att spjället kan oscillera i flera olika frekvenslägen och intervall.

Dogbone-dämpare på Severn Bridges vägstödskablar

En annan modern design är Dogbone som uppfanns av Philip Dulhunty 1976[tveksamt – diskutera] är så kallat på grund av sin konfiguration, en större metallkula fäst vid änden av dämparen, med en mindre sfär som sticker ut i sidled från den, som liknar en hunds ben . Dämparen förskjuter vikterna i sidled för att införa en tredje frihetsgrad, vrider spjällkabeln förutom att böja den upp och ner. Ytterligare intrasträngfriktion skapades i spjällkabeln, vilket leder till betydligt mer energi. [verifiering behövs]

Den mest sårbara delen av kabeln är där den kläms fast vid änden av en isolatorsträng, så dämpare installeras vanligtvis vid de närmaste antinoderna (punkter med maximal förskjutning) på vardera sidan av klämman. Det finns alltså normalt två spjäll per spännvidd, men fler kan installeras vid behov på längre spännvidder.

Luftledningar bildar en kontaktledning för vilken vibration övervägande sker i vertikalplanet. När mer än ett vibrationsplan förväntas kan Stockbridge-dämpare monteras i rät vinkel mot varandra. Detta är vanligt när kabeln går i ett vertikalt eller off-horisontellt plan, t.ex. i stagbroar eller radiomastförband.

Referens: wikipedia.org/wiki/Stockbridge_damper