一种换流站阀厅穿墙套管的抗震装置及方法

技术领域

本发明属于换流站阀厅减震技术领域，具体涉及一种换流站阀厅穿墙套管的抗震装置及方法。

背景技术

换流站阀厅是直流输电工程中重要的建筑结构，对于确保换流站的安全稳定运行中具有重要的作用。目前，换流站阀厅多采用单层单跨厂房结构，屋面采用钢屋架结构体系。阀厅在横向(跨度方向)通过钢屋架与钢柱、钢筋混凝土剪力墙等竖向结构支撑体系一起构成阀厅横向排架结构体系，在纵向通过在柱间设置大量的支撑结构形成一个结构整体。换流站阀厅结构具有跨度大、高度高、工艺布置复杂，结构刚度不规则等特征。换流站阀厅内部所设置的穿墙套管质量大、长度长，穿墙套管通过安装板固定在阀厅的山墙上，属于典型的长悬臂结构，在地震发生时会产生较大的地震响应，进而会产生严重的案例隐患。

因此，如何有效确保地震作用下穿墙套管的安全并有效减弱地震冲击对穿墙套管的影响成为换流站工程抗震的重要研究工作。

发明内容

针对上述现有技术存在的问题，本发明提供一种换流站阀厅穿墙套管的抗震装置及方法，该装置结构简单、制造成本低、阻尼效果好，其能在地震发生时有效地实现阻尼的有效控制，能大大地降低地震过程中穿墙套管的响应幅度；该方法操作步骤简单，施工过程方便，且经济成本低，阻尼性能好，实用性强，其能大大降低穿墙套管产生的地震响应，进而能有效确保穿墙套管的安全稳定运行。

为了实现上述目的，本发明提供一种换流站阀厅穿墙套管的抗震装置，包括钢箱体、方钢柱、横向减震单元和滑动支座；

所述钢箱体长度方向的两端均为敞口结构，其由相对分布于长度方向两端的两个方形框架、位于两个方形框架之间且对应连接在两个方形框架四周顶点之间的四根边梁、分别连接在相邻两根边梁之间区域的四块侧箱板组成；两个方形框架在相互远离的一端端面上均周向环绕地固定连接有多个连接耳板二；在四块侧箱板的内侧面上对应安装有四组导向组件一，四组导向组件一之间形成断面为方形的横向滑道一，每组导向组件一由连接在侧箱板内表面上的多个滚轮一组成；

所述方钢柱的断面尺寸与横向滑道一的断面尺寸相适配，方钢柱的中段可滑动地插装于横向滑道一中，且其四个侧面分别与四组导向组件一滚动接触配合，方钢柱长度方向的两端延伸到钢箱体的两个敞口端的外侧；

四组横向减震单元对应设置在四块侧箱板的外侧；每组横向减震单元由沿侧箱板长度方向均匀分布的三个减震缓冲机构组成；所述减震缓冲机构由质量块、方钢条、纵向安装板一、纵向安装板二、上耳板、下耳板、弹簧一和弹簧二组成；所述质量块为立方体状，其左右侧面的中心区域开设横向贯通的方形通孔一；在方形通孔一中的四个侧面上对应安装有四组导向组件二，四组导向组件二之间形成断面为方形的横向滑道二，每组导向组件二由连接在方形通孔一内表面上的多个滚轮二组成；所述方钢条的断面尺寸与横向滑道二的断面尺寸相适配，方钢条的中段可滑动地插装于横向滑道二中，且其四个侧面分别与四组导向组件二滚动接触配合，方钢条长度方向的两端垂直地与相邻的两根边梁固定连接；所述纵向安装板一和纵向安装板二上下相对地分布于质量块的上端面和下端面的中心区域，且均前后方向地延伸；一对上耳板错位地连接在方钢条上端面的左端部和右端部，一对下耳板错位地连接在方钢条下端面的左端部和右端部；一对弹簧一左右错位地布置在纵向安装板一的两侧，且一对弹簧一相远离的一端分别与一对上耳板连接，一对弹簧一相靠近的一端分别与纵向安装板一的前部和后部连接；一对弹簧二左右错位地布置在纵向安装板二的两侧，且一对弹簧二相远离的一端分别与一对下耳板连接，一对弹簧二相靠近的一端分别与纵向安装板二的前部和后部连接；

所述滑动支座由阀板、方孔套板和多个连接耳板一组成，所述阀板的中心区域开设有方形通孔二，方孔套板的尺寸与方形通孔二的尺寸相适配，并且其一端的端沿与方形通孔二的边沿对齐地固定连接，多个连接耳板一环绕地分布在方形通孔二的外侧，并固定连接在阀板上，且与多个连接耳板二相对应；两个滑动支座彼此相对地分布于钢箱体的两侧，且通过方孔套板固定套装在方钢柱端部的外侧，同时，多个连接耳板一通过对应设置的多根弹簧三与多个连接耳板二连接。

进一步，为了能将质量块快速可靠地装配于方钢条的外部，所述质量块由结构相对称的两个U形块体组成。

进一步，为了便于进行拆装作业，两个U形块体相对扣合后通过长螺杆和连接在长螺杆上的螺母相互固定连接形成质量块。

本发明中，使钢箱体中四块侧箱板的内侧对应安装四组导向组件一，同时，使每组导向组件一由多个滚轮一组成，再将方钢柱插装于四组导向组件一之间的横向通道一中，这样，便能使钢箱体可以沿方钢柱的长度方向进行平滑地移动。在钢箱体长度方向的两侧相对地设置一对滑动支座，并使一对滑动支座分别固定套装在方钢柱长度方向两端的外部，再使每个滑动支座与对应侧的钢箱体端部之间通过多根弹簧三进行弹性连接，这样，当地震产生竖向冲击并作用于钢箱体时，可以利用钢箱体一侧的多根弹簧三提供弹性支撑力并作用于钢箱体，同时，利用钢箱体另一侧的多根弹簧三会提供拉力并作用于钢箱体，进而便能通过纵向减震单元中同时产生的拉力和弹性支撑力的相互作用来有效缓冲竖向上的冲击力。使质量块的中心开设有方形通孔一，并于方形通孔一的四个侧面上对应安装有四组导向组件二，再将方钢条滑动地插装于四组导向组件二之间所形成的横向滑道二，这样，便能使质量块可以沿方钢条的长度方向进行平滑地移动。在质量块的上下端分别固定连接有纵向安装板一和二，并在方钢条上端面长度方向的两端错位地固定连接有一对上耳板、在方钢条下端面长度方向的两端错位地固定连接有一对下耳板，同时，利用分布于质量块两侧的一对弹簧一分别连接一对上耳板和纵向安装板一，利用分布于质量块两侧的一对弹簧二分别连接一对下耳板和纵向安装板二，这样，当地震产生横向冲击并作用于质量块时，可以利用质量块一侧的弹簧一和弹簧二提供弹性支撑力并作用于质量块，同时，利用质量块另一侧的弹簧一和弹簧二提供拉力并作用于质量块，进而便能通过横向减震单元中同时产生的拉力和弹性支撑力的相互作用来有效缓冲横向上的冲击力。利用三个减震缓冲机构形成一组横向减震单元，再将四组横向减震单元分别连接在四个箱板的外侧，这样，便可以在横向上的X方向或Y方向产生横向冲击时均能有效地提供缓冲作用力。该装置结构简单、制造成本低、阻尼效果好，其能在地震发生时有效地实现阻尼的有效控制，大大地降低了地震过程中穿墙套管的响应幅度。

本发明提供了一种换流站阀厅穿墙套管的抗震方法，采用一种换流站阀厅穿墙套管的抗震装置，其特征在于，包括如下方法：

步骤一：组装减震缓冲机构；

S11：将两个U形块体彼此相对地扣合在方钢条中段的外部，再利用穿过两个U形块体的多根长螺杆和连接在多根长螺杆端部的多根锁紧螺母将二者组装成质量块；

S12：将一对弹簧一左右错位地布置在纵向安装板一的两侧，并使其相远离的一端分别与位于方钢条上端面两端的一对上耳板连接，使相靠近的一端分别与纵向安装板一的前部和后部连接；将一对弹簧二左右错位地布置在纵向安装板二的两侧，并使其相远离的一端分别与位于方钢条下端面两端的一对下耳板连接，使相靠近的一端分别与纵向安装板二的前部和后部连接；

S13：重复上述步骤完成多个减震缓冲机构的组装作业；

步骤二：在钢箱体的外侧安装四组横向减震单元；

S21：以每三个减震缓冲机构作为一组横向减震单元；

S22：将四组横向减震单元分别布置在四块箱板的外侧，同时，使同一组横向减震单元中的三个减震缓冲机构沿箱板的长度方向均匀地分布，并使每个减震缓冲机构中方钢条的两端垂直地与相邻的两根边梁通过焊接的方式固定连接；该过程中，确保质量块与对应的箱板之间为间隙配合；

步骤三：组装钢箱体与方钢柱；

将方钢柱的中段可滑动地插装于钢箱体中，并使其与钢箱体内部的四组导向组件一之间滚动接触配合；

步骤四：组装滑动支座与方钢柱；

S41：将两个滑动支座以彼此相对的方式通过其各自内部的方形通孔二分别固定套装在方钢柱长度方向两端部的外侧；

S42：通过多根弹簧三将滑动支座上的多个连接耳板一和对应侧方形框架上的与多个连接耳板二进行连接，利用钢箱体、滑动地设置在钢箱体内部的方钢柱、分布于钢箱体两侧的多根弹簧三、固定套装在方钢柱两端部的两个滑动支座形成纵向减震单元，利用纵向减震单元和四组横向减震单元组成换流站阀厅穿墙套管的抗震装置；

步骤五：进行换流站阀厅穿墙套管的抗震装置的安装；

将换流站阀厅穿墙套管的抗震装置设置在穿墙套管安装板的下方，并将方钢柱的两端通过焊接的方式分别与穿墙套管安装板和底部支撑物进行固定连接；

在地震发生过程中，当产生竖向冲击力使钢箱体在竖向上产生位移时，位于钢箱体一侧的多根弹簧三会提供弹性支撑力并作用于钢箱体，位于钢箱体另一侧的多根弹簧三会提供拉力并作用于钢箱体，通过纵向减震单元中同时产生的拉力和弹性支撑力的相互作用来有效缓冲竖向上的冲击力；当产生横向冲击力使质量块在横向上的X方向或Y方向产生位移时，位于质量块一侧的一根弹簧一和一根弹簧二会提供弹性支撑力并作用于质量块，位于质量块另一侧的一根弹簧一和一根弹簧二会提供拉力并作用于质量块，进而通过横向减震单元中同时所产生的拉力和弹性支撑力的相互作用来有效缓冲横向上的冲击力。

本发明中的方法操作步骤简单，施工过程方便，且经济成本低，阻尼性能好，实用性强，其能在地震发生时有效地提供阻尼力，大大降低了穿墙套管产生的地震响应，进而能有效确保穿墙套管的安全稳定运行。

附图说明

图1是本发明的正视图；

图2是本发明的侧视图；

图3是本发明的俯视图；

图4是图1的A-A向剖视图；

图5是图1的B-B向剖视图；

图6是图3的C-C向剖视图；

图7是减震缓冲机构的正视图；

图8是减震缓冲机构的侧视图；

图9是方钢条与质量块的装配示意图；

图10是本发明中U形块体的结构示意图；

图11是滑动支座与方钢柱的装配后的正视图；

图12是滑动支座与方钢柱的装配后的侧视图；

图13是滑动支座与方钢柱的装配后的俯视图；

图14是本发明的安装示意图一；

图15是本发明的安装示意图二。

图中：1、方钢柱，2、弹簧一，3、钢箱体，4、方形通孔二，5、质量块，6、方钢条，7、滚轮一，8、穿墙套管安装板，9、方形通孔一，10、减震缓冲机构，11、纵向安装板一，12、纵向安装板二，13、导向组件一，14、上耳板，15、下耳板，16、滑动支座，17、滚轮二，18、座板，19、连接耳板一，20、方形框架，21、边梁，22、侧箱板，23、导向组件二，24、弹簧二，25、连接耳板二，26、弹簧三，27、U形块体，28、方孔套板。

具体实施方式

下面对本发明作进一步说明。

如图1至图15所示，本发明提供一种换流站阀厅穿墙套管的抗震装置，包括钢箱体3、方钢柱1、横向减震单元和滑动支座16；

所述钢箱体3长度方向的两端均为敞口结构，其由相对分布于长度方向两端的两个方形框架20、位于两个方形框架20之间且对应连接在两个方形框架20四周顶点之间的四根边梁21、分别连接在相邻两根边梁21之间区域的四块侧箱板22组成；两个方形框架20在相互远离的一端端面上均周向环绕地固定连接有多个连接耳板二25；在四块侧箱板22的内侧面上对应安装有四组导向组件一13，四组导向组件一13之间形成断面为方形的横向滑道一，每组导向组件一13由连接在侧箱板22内表面上的多个滚轮一7组成；

所述方钢柱1的断面尺寸与横向滑道一的断面尺寸相适配，方钢柱1的中段可滑动地插装于横向滑道一中，且其四个侧面分别与四组导向组件一13滚动接触配合，方钢柱1长度方向的两端延伸到钢箱体3的两个敞口端的外侧；

四组横向减震单元对应设置在四块侧箱板22的外侧；每组横向减震单元由沿侧箱板22长度方向均匀分布的三个减震缓冲机构10组成；所述减震缓冲机构10由质量块5、方钢条6、纵向安装板一11、纵向安装板二12、上耳板14、下耳板15、弹簧一2和弹簧二24组成；所述质量块5为立方体状，其左右侧面的中心区域开设横向贯通的方形通孔一9；在方形通孔一9中的四个侧面上对应安装有四组导向组件二23，四组导向组件二23之间形成断面为方形的横向滑道二，每组导向组件二23由连接在方形通孔一9内表面上的多个滚轮二17组成；所述方钢条6的断面尺寸与横向滑道二的断面尺寸相适配，方钢条6的中段可滑动地插装于横向滑道二中，且其四个侧面分别与四组导向组件二23滚动接触配合，方钢条6长度方向的两端垂直地与相邻的两根边梁21固定连接；所述纵向安装板一11和纵向安装板二12上下相对地分布于质量块5的上端面和下端面的中心区域，且均前后方向地延伸；一对上耳板14错位地连接在方钢条6上端面的左端部和右端部，一对下耳板15错位地连接在方钢条6下端面的左端部和右端部；一对弹簧一2左右错位地布置在纵向安装板一11的两侧，且一对弹簧一2相远离的一端分别与一对上耳板14连接，一对弹簧一2相靠近的一端分别与纵向安装板一11的前部和后部连接；一对弹簧二24左右错位地布置在纵向安装板二12的两侧，且一对弹簧二24相远离的一端分别与一对下耳板15连接，一对弹簧二24相靠近的一端分别与纵向安装板二12的前部和后部连接；

所述滑动支座16由阀板18、方孔套板28和多个连接耳板一19组成，所述阀板18的中心区域开设有方形通孔二4，方孔套板28的尺寸与方形通孔二4的尺寸相适配，并且其一端的端沿与方形通孔二4的边沿对齐地固定连接，多个连接耳板一19环绕地分布在方形通孔二4的外侧，并固定连接在阀板18上，且与多个连接耳板二25相对应；两个滑动支座16彼此相对地分布于钢箱体3的两侧，且通过方孔套板28固定套装在方钢柱1端部的外侧，同时，多个连接耳板一19通过对应设置的多根弹簧三26与多个连接耳板二25连接。

作为一种优选，方孔套板28与方钢柱1之间通过连接螺栓进行固定连接；作为进一步优选，方孔套板28与方钢柱1的连接位置对应开设有预留螺栓通孔，以便于进行拆装作业；

为了能将质量块快速可靠地装配于方钢条的外部，所述质量块5由结构相对称的两个U形块体27组成。

为了便于进行拆装作业，两个U形块体27相对扣合后通过长螺杆和连接在长螺杆上的螺母相互固定连接形成质量块5。

本发明中，使钢箱体中四块侧箱板的内侧对应安装四组导向组件一，同时，使每组导向组件一由多个滚轮一组成，再将方钢柱插装于四组导向组件一之间的横向通道一中，这样，便能使钢箱体可以沿方钢柱的长度方向进行平滑地移动。在钢箱体长度方向的两侧相对地设置一对滑动支座，并使一对滑动支座分别固定套装在方钢柱长度方向两端的外部，再使每个滑动支座与对应侧的钢箱体端部之间通过多根弹簧三进行弹性连接，这样，当地震产生竖向冲击并作用于钢箱体时，可以利用钢箱体一侧的多根弹簧三提供弹性支撑力并作用于钢箱体，同时，利用钢箱体另一侧的多根弹簧三会提供拉力并作用于钢箱体，进而便能通过纵向减震单元中同时产生的拉力和弹性支撑力的相互作用来有效缓冲竖向上的冲击力。使质量块的中心开设有方形通孔一，并于方形通孔一的四个侧面上对应安装有四组导向组件二，再将方钢条滑动地插装于四组导向组件二之间所形成的横向滑道二，这样，便能使质量块可以沿方钢条的长度方向进行平滑地移动。在质量块的上下端分别固定连接有纵向安装板一和二，并在方钢条上端面长度方向的两端错位地固定连接有一对上耳板、在方钢条下端面长度方向的两端错位地固定连接有一对下耳板，同时，利用分布于质量块两侧的一对弹簧一分别连接一对上耳板和纵向安装板一，利用分布于质量块两侧的一对弹簧二分别连接一对下耳板和纵向安装板二，这样，当地震产生横向冲击并作用于质量块时，可以利用质量块一侧的弹簧一和弹簧二提供弹性支撑力并作用于质量块，同时，利用质量块另一侧的弹簧一和弹簧二提供拉力并作用于质量块，进而便能通过横向减震单元中同时产生的拉力和弹性支撑力的相互作用来有效缓冲横向上的冲击力。利用三个减震缓冲机构形成一组横向减震单元，再将四组横向减震单元分别连接在四个箱板的外侧，这样，便可以在横向上的X方向或Y方向产生横向冲击时均能有效地提供缓冲作用力。该装置结构简单、制造成本低、阻尼效果好，其能在地震发生时有效地实现阻尼的有效控制，大大地降低了地震过程中穿墙套管的响应幅度。

本发明提供了一种换流站阀厅穿墙套管的抗震方法，采用一种换流站阀厅穿墙套管的抗震装置，其特征在于，包括如下方法：

步骤一：组装减震缓冲机构10；

S11：将两个U形块体27彼此相对地扣合在方钢条6中段的外部，再利用穿过两个U形块体27的多根长螺杆和连接在多根长螺杆端部的多根锁紧螺母将二者组装成质量块5；

S12：将一对弹簧一2左右错位地布置在纵向安装板一11的两侧，并使其相远离的一端分别与位于方钢条6上端面两端的一对上耳板14连接，使相靠近的一端分别与纵向安装板一11的前部和后部连接；将一对弹簧二24左右错位地布置在纵向安装板二12的两侧，并使其相远离的一端分别与位于方钢条6下端面两端的一对下耳板15连接，使相靠近的一端分别与纵向安装板二12的前部和后部连接；

S13：重复上述步骤完成多个减震缓冲机构10的组装作业；

步骤二：在钢箱体3的外侧安装四组横向减震单元；

S21：以每三个减震缓冲机构10作为一组横向减震单元；

S22：将四组横向减震单元分别布置在四块箱板22的外侧，同时，使同一组横向减震单元中的三个减震缓冲机构10沿箱板22的长度方向均匀地分布，并使每个减震缓冲机构10中方钢条6的两端垂直地与相邻的两根边梁21通过焊接的方式固定连接；该过程中，确保质量块5与对应的箱板22之间为间隙配合；

步骤三：组装钢箱体3与方钢柱1；

将方钢柱1的中段可滑动地插装于钢箱体3中，并使其与钢箱体3内部的四组导向组件一13之间滚动接触配合；

步骤四：组装滑动支座16与方钢柱1；

S41：将两个滑动支座16以彼此相对的方式通过其各自内部的方形通孔二4分别固定套装在方钢柱1长度方向两端部的外侧；

S42：通过多根弹簧三26将滑动支座16上的多个连接耳板一19和对应侧方形框架20上的与多个连接耳板二25进行连接，利用钢箱体3、滑动地设置在钢箱体3内部的方钢柱1、分布于钢箱体3两侧的多根弹簧三26、固定套装在方钢柱1两端部的两个滑动支座16形成纵向减震单元，利用纵向减震单元和四组横向减震单元组成换流站阀厅穿墙套管的抗震装置；

步骤五：进行换流站阀厅穿墙套管的抗震装置的安装；

将换流站阀厅穿墙套管的抗震装置设置在穿墙套管安装板8的下方，并将方钢柱1的两端通过焊接的方式分别与穿墙套管安装板8和底部支撑物进行固定连接；当然，也可以在方钢柱1的两端固定连接有法兰板，这样，可以利用穿墙套管安装板8上预留的螺栓通孔来方便利用连接螺栓进行二者之间的连接，也可以在底部支撑物上开设有预留螺栓通孔，从而可以便于进行方钢柱1的快速安装和快速拆除作业。

在地震发生过程中，当产生竖向冲击力使钢箱体3在竖向上产生位移时，位于钢箱体3一侧的多根弹簧三26会提供弹性支撑力并作用于钢箱体3，位于钢箱体3另一侧的多根弹簧三26会提供拉力并作用于钢箱体3，通过纵向减震单元中同时产生的拉力和弹性支撑力的相互作用来有效缓冲竖向上的冲击力；当产生横向冲击力使质量块5在横向上的X方向或Y方向产生位移时，位于质量块5一侧的一根弹簧一2和一根弹簧二24会提供弹性支撑力并作用于质量块5，位于质量块5另一侧的一根弹簧一2和一根弹簧二24会提供拉力并作用于质量块5，进而通过横向减震单元中同时所产生的拉力和弹性支撑力的相互作用来有效缓冲横向上的冲击力。

作为一种优选，可以通过更改质量块的大小、钢箱体的大小以及各个弹簧的量程来实现阻尼的有效控制。

本发明中的方法操作步骤简单，施工过程方便，且经济成本低，阻尼性能好，实用性强，其能在地震发生时有效地提供阻尼力，大大降低了穿墙套管产生的地震响应，进而能有效确保穿墙套管的安全稳定运行。