[实用新型]基于涡激共振原理的减阻抑振装置

说明书

本实用新型公开了一种基于涡激共振原理的减阻抑振装置，属于减阻抑振设备技术领域，包括能够绕圆柱状结构体转动的减阻抑振环，减阻抑振环为开口向外的弧形板，减阻抑振环的开口位于背对气流来流方向的背风面；减阻抑振环的中心线与结构体的中心轴线平行或重合。通过在圆柱状结构体上安装减阻抑振环，减阻抑振环的开口在风力作用下始终处于背风面，气流沿着减阻抑振环的外侧面向两侧流动，通过改变空气流动方向既能抑制圆柱状结构体涡激振动，又能减小圆柱状结构体所受的阻力。本实用新型具有结构简单、制作成本低、抑振减阻效果好的优点，同时安装便捷，能够改善细长结构体的涡激共振状况，提高结构稳定性及承载能力，增加建筑安全性。

技术领域

本实用新型属于减阻抑振设备技术领域，尤其涉及一种基于涡激共振原理的减阻抑振装置。

背景技术

由于圆形断面细长结构的不同部位在气流的作用下会产生两种力：顺风向的阻力和横风向的升力。当气流经过圆柱状结构体尾流时，会在结构尾部形成较强负压，使圆柱状结构体受到顺风向的阻力；当气流经过圆柱状结构体背风面时，会有交替的旋涡脱落，使圆柱状结构体受到横风向周期性的升力。在这两种力的共同作用下，将引发涡激振动。特别当旋涡脱落的频率与圆柱状结构体的自振频率相耦合时，结构体的振幅会显著增大，结构体就会发生涡激共振，进而发生疲劳破坏或者结构失效，损耗建筑物使用寿命，对结构安全十分不利。于悬索桥而言，会影响行车体验感，诱发交通安全事故；于建筑物而言，会影响住房舒适性，容易引发住户恐慌，甚至发生踩踏事故。

此类结构在土木工程领域有广泛的应用，如桅杆、路灯、信号塔及各类索结构。而细长结构建筑物对风荷载更为敏感，在较低风速就会发生涡激共振。加之近年来轻质、低频、小阻尼材料在超高层建筑中的广泛应用，超高层建筑发生横风向涡激共振锁定的危险性日益增大。

随着可再生能源以及5G通信领域的快速发展，各种新产品、高科技产品在吸引群众眼光和科技人员探索方面有着得天独厚的优势，未来会有大量的高耸路灯、风力发电机、5G基站等投入运营。针对细长结构最为敏感的风致灾害问题，本实用新型将发挥不可估量的作用，可以帮助社会解决风致灾害带来的问题，回应了当前的市场需求。

目前，市面上较常用的抑制圆柱结构涡激振动的措施是改变结构表面形状或附加额外装置对流场进行干扰抑制旋涡的脱落，其中，气动措施中抑制圆柱状结构体涡激振动的气动方法有多种，如螺旋线、整流罩、行波壁等。但它们在使用过程中都存在一定的局限性。缠绕螺旋线在抑制振动的同时会增加圆柱形结构体受到的阻力；整流罩能够起到抑振减阻作用，但其设计复杂，并且成本较高，不利于大面积推广；行波壁结构复杂，成本高。分离盘和整流罩在降低阻力系数方面也有良好表现，但是覆盖率及来流方向对其减阻抑振性能影响较大，甚至会引起圆柱结构体的驰振。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种基于涡激共振原理的减阻抑振装置，旨在解决现有技术中利用气动方式抑制圆柱状结构体涡激振动存在结构设计复杂、制作成本高，或圆柱状结构体所受阻力大的技术问题。

为解决上述技术问题，本实用新型所采取的技术方案是：

一种基于涡激共振原理的减阻抑振装置，包括能够绕圆柱状结构体转动的减阻抑振环，所述减阻抑振环为开口向外的弧形板，所述减阻抑振环的开口位于背对气流来流方向的背风面；所述减阻抑振环的中心线与结构体的中心轴线平行或重合。

优选的，所述减阻抑振环与套环相连，所述套环能够套装于结构体的外圆上，所述减阻抑振环的轴向长度大于套环的轴向长度；所述套环通过转动组件与结构体转动相连。

优选的，所述套环与减阻抑振环的外圆相切，所述套环与减阻抑振环的中心连线垂直于减阻抑振环的开口所在平面。

优选的，所述减阻抑振环的中心角为180°。

优选的，所述减阻抑振环的外径为0.5D，D为结构体的外径。