QUÉ ES UN AMORTIGUADOR DE VIBRACIONES STOCKBRIDGE

Un amortiguador Stockbridge es un amortiguador de masa sintonizado que se utiliza para suprimir las vibraciones inducidas por el viento en estructuras delgadas, como líneas eléctricas aéreas, letreros largos en voladizo y puentes atirantados. El dispositivo en forma de mancuerna consta de dos masas en los extremos de un tramo corto de cable o varilla flexible, que se sujeta en su centro al cable principal. El amortiguador está diseñado para disipar la energía de las oscilaciones en el cable principal a un nivel aceptable.

Una foto de ejemplo de amortiguadores Stockbridge colgados debajo de cables de alto voltaje

Amortiguadores Stockbridge instalados en líneas eléctricas de alta tensión

Oscilación inducida por el viento

El viento puede generar tres modos principales de oscilación en los cables suspendidos:

Galope tiene una amplitud medida en metros y un rango de frecuencia de 0,08 a 3 Hz

La vibración eólica (a veces denominada aleteo) tiene una amplitud de milímetros a centímetros y una frecuencia de 3 a 150 Hz.

La vibración inducida por estela tiene una amplitud de centímetros y una frecuencia de 0,15 a 10 Hz

El amortiguador Stockbridge apunta a las oscilaciones debidas a la vibración eólica; es menos efectivo fuera de este rango de amplitud y frecuencia. La vibración eólica ocurre en el plano vertical y es causada por el desprendimiento alternativo de vórtices en el lado de sotavento del cable. Un viento constante pero moderado puede inducir un patrón de ondas estacionarias en la línea que consta de varias longitudes de onda por tramo. Las vibraciones eólicas provocan una fatiga por esfuerzo perjudicial en el cable y representan la principal causa de fallo de los hilos conductores. Los extremos de un tramo de línea eléctrica, donde se sujeta a las torres de transmisión, corren mayor riesgo. El efecto se vuelve más pronunciado al aumentar la tensión del cable, ya que se reduce su autoamortiguación natural.

Descripción

Diseño original de bloques de hormigón de Stockbridge

El amortiguador Stockbridge fue inventado en la década de 1920 por George H. Stockbridge, ingeniero de Southern California Edison. Stockbridge obtuvo la patente estadounidense 1675391 el 3 de julio de 1928 para un"amortiguador de vibraciones". Su patente describía tres medios para amortiguar las vibraciones en las líneas: un saco de perforaciones de metal atado a la línea; un trozo corto de cable sujetado paralelo al cable principal; y un cable corto (75 cm, 30 pulgadas) con una masa de concreto fijada en cada extremo. Este último dispositivo se convirtió en el amortiguador Stockbridge ampliamente utilizado.

Las vibraciones en el cable principal pasaron a través de la abrazadera y hacia el amortiguador más corto, o"Mensajero", cable. Esto se flexionaría y haría que los bloques de hormigón colocados simétricamente en sus extremos oscilen. La elección cuidadosa de la masa de los bloques, la rigidez y la longitud del cable del amortiguador harían coincidir la impedancia mecánica del amortiguador con la de la línea y atenuarían en gran medida la oscilación del cable principal. Dado que los amortiguadores Stockbridge eran económicos, efectivos y fáciles de instalar, se empezaron a utilizar de forma rutinaria en las líneas aéreas. El trabajo en línea viva con herramientas de pértiga significaba que era posible adaptar los amortiguadores a las líneas mientras estaban energizadas.

diseños modernos

Un diseño moderno con pesas de metal.

Los diseños modernos utilizan pesas de metal en forma de campana en lugar de los bloques de hormigón de Stockbridge. La campana es hueca y el cable amortiguador se fija internamente al extremo distal, lo que permite el movimiento relativo entre el cable y los pesos amortiguadores. Para proporcionar una mayor libertad de movimiento, los pesos pueden ranurarse parcialmente en el plano vertical, lo que permite que el cable se desplace fuera de los límites de la campana. Algunos diseños más complejos usan pesos con distribución de masa asimétrica, lo que permite que el amortiguador oscile en varios modos y rangos de frecuencia diferentes.

Amortiguadores Dogbone en los cables de soporte de la carretera del puente Severn

Otro diseño moderno es el Dogbone inventado por Philip Dulhunty en 1976 [dudoso - discutir] se llama así debido a su configuración, una esfera de metal más grande unida al extremo del amortiguador, con una esfera más pequeña que se proyecta lateralmente, se asemeja a un hueso de perro. . El amortiguador desplaza los pesos lateralmente para introducir un tercer grado de libertad, retorciendo el cable del amortiguador además de doblarlo hacia arriba y hacia abajo. Se creó una fricción intra-hebra adicional en el cable del amortiguador, disipando significativamente más energía. [verificación necesaria]

La sección más vulnerable del cable es donde se sujeta al extremo de una cadena de aisladores, por lo que los amortiguadores generalmente se instalan en los antinodos más cercanos (puntos de desplazamiento máximo) a ambos lados de la abrazadera. Por lo tanto, normalmente hay dos amortiguadores por tramo, aunque se pueden instalar más si es necesario en tramos más largos.

Las líneas aéreas de transmisión forman una catenaria en la que la vibración es predominantemente en el plano vertical. Cuando se prevé más de un plano de vibración, los amortiguadores Stockbridge se pueden montar en ángulo recto entre sí. Esto es común cuando el cable se extiende en un plano vertical o no horizontal, por ejemplo, en puentes atirantados o cables de sujeción de mástiles de radio.

Referencia: wikipedia.org/wiki/Stockbridge_damper