CN101324480B - 用于绝缘子风洞试验的装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种用于绝缘子风洞试验的装置，气源系统通过气流均匀装置和气流速度提升装置与风洞试验腔相连，喷雾装置和气流状态参数测量装置分别与风洞试验腔相连，试样安装架固定在风洞试验腔内壁，试样设置在安装架上，高电压极引入端子和接地极引入端子与试样连接，高电压极引入端子和接地极引入端子分别穿过风洞试验腔，图像拍摄装置与风洞试验腔外壁相连，电流测量装置与接地极引入端子相连。本发明提供的风洞试验装置提供气流速度0～150m/s、水雾浓度0～9.2ml/m3等模拟环境条件，并可在该模拟环境条件下进行绝缘子等电气设备的电气及物理机械试验。

Description

用于绝缘子风洞试验的装置
技术领域
本发明属于高电压与绝缘技术领域，具体涉及高速气流环境下绝缘子等电气设备外绝缘特性的人工模拟试验系统，特别涉及用于绝缘子风洞试验的装置。
背景技术
在我国大力发展高速铁路运输的进程中，电力机车的安全、可靠运行问题始终是科研工作的重点。据统计，电力机车在行驶过程中，因车顶绝缘子闪络、炸裂等事故导致列车停运时有发生。这样，设计电气性能和空气动力特性良好的车顶绝缘子，提高电力机车外绝缘系统在恶劣天气条件下的可靠性成为这类设备的重点研究开发内容。
以车顶绝缘子为主的电力机车外绝缘系统在运行中不可避免地面临高风速、雨雾、污秽等复杂环境的影响。国内外对电力机车车顶绝缘子的人工模拟试验系统不全面，现有的人工气候室虽能模拟雨雾、污秽、气压变化等多种自然环境条件，但由于不能产生高速气流，无法模拟电力机车(特别是高速电力机车)车顶绝缘子的工作环境，而现有的风洞虽能模拟产生高风速，但不能模拟雨雾天气，且无高压电源和电源引入装置，因而不能用于电力机车车顶绝缘子等电气设备外绝缘系统的高电压电气试验。
发明内容
本发明的目的在于克服上述现有技术不足，提供用于绝缘子风洞试验的装置，该装置可以模拟高速气流、雨雾和污秽等复杂环境，并可以进行绝缘子等电气设备风洞试验。该装置能模拟风速0～150m/s、水雾浓度0～9.2ml/m3，并可在该模拟条件下进行电气设备的电气及物理机械试验。实现在不同气候条件下模拟高速电力机车以500km/h以下时速行驶时，车顶绝缘子的各种电气及物理机械性能的测试。
本发明的技术方案是这样实现的：
气源系统通过气流均匀装置和气流速度提升装置与风洞试验腔相连，喷雾装置和气流状态参数测量装置分别与风洞试验腔相连，试样安装架固定在风洞试验腔内壁，试样设置在安装架上，高电压极引入端子和接地极引入端子与试样连接，高电压极引入端子和接地极引入端子分别穿过风洞试验腔，图像拍摄装置与风洞试验腔外壁相连，电流测量装置与接地极引入端子相连。
所述风洞试验腔是方形或圆形横截面，或由透明的有机玻璃或其它绝缘材料制成。
所述气源系统可以由风机或储气罐组成与风洞试验腔相连。
在所述喷雾装置中，水池通过抽水泵与进水阀门相连，再通过PVC管道先后与涡轮流量计和水雾喷头相连，水雾喷头与风洞试验腔相连。
在所述气流状态参数测量装置中，数字式多路信号显示仪通过数据传输用同轴电缆相连，两个三路传感器探头包括温度传感器、湿度传感器和气压传感器，多普勒气流速度测量仪分别与风洞试验腔相连。
本发明把高速气流装置与高电压试验装置结合在一起，模拟风速0～150m/s和水雾浓度0～9.2ml/m3等环境条件，并可在该模拟条件下进行绝缘子等电气设备的电气及物理机械试验。
附图说明
图1是绝缘子风洞试验装置整体结构示意图；
图中的1为风洞试验腔，2为气源系统，3为气流均匀装置，4为气流速度提升装置，5为喷雾装置，6为气流状态参数测量装置，7为高电压极引入端子，8为接地极引入端子，9为试样安装架，10为试样，11为图像拍摄装置。
图2是喷雾装置结构示意图；
图中30为水池，31为抽水泵，32为进水阀门，33为涡轮流量计，34为水雾喷头，35为PVC管道。
图3是气流状态参数测量装置示意图；
图中41和42均为三路集成传感器探头，包括温度传感器、湿度传感器和气压传感器，43为多普勒气流速度测量仪，44为数据传输用同轴电缆，45为数字式多路信号显示仪。
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细说明。
具体实施方式
一种用于绝缘子风洞试验的装置，包括：风洞试验腔1、气源系统2、气流均匀装置3、气流速度提升装置4、喷雾装置5、气流状态参数测量装置6、高电压极引入端子7、接地极引入端子8、试样安装架9、试样10、图像拍摄装置11。其中：所述的气源系统2由大型风机、进气道、旁通道、主气道组成；气流均匀装置3由扩张口、均气板和稳定段构成；气流速度提升装置4由丝接法兰盘、法兰垫，收缩管构成；喷雾装置5由进水阀门30、流量计31、水雾喷头32和PVC管道33构成；气流状态参数测量装置6包括温度传感器、湿度传感器、气压传感器、气流速度测量仪43、数据传输用同轴电缆44和数字式多路信号显示仪45组成；高电压极引入端子7、接地极引入端子8可由小型绝缘瓷套构成；图像拍摄装置11可由高速摄像机和摄影三角架构成；电流测量装置12可由无感电阻构成。
参照图1所示，气源系统2通过气流均匀装置3和气流速度提升装置4与风洞试验腔1相连，喷雾装置5和气流状态参数测量装置6分别与风洞试验腔1相连，高电压极引入端子7和接地极引入端子8分别穿过风洞试验腔1，试样安装架9固定在风洞试验腔1内壁，试样10利用试样安装架9放置在风洞试验腔1内，图像拍摄装置11放置在风洞试验腔1外部，电流测量装置12通过接地极引入端子8与风洞试验腔1相连。
参照图2所示，在喷雾装置5中，水池30通过抽水泵31与进水阀门32相连，再通过PVC管道35先后与涡轮流量计33和水雾喷头34相连，水雾喷头34与风洞试验腔1相连。
参照图3所示，在气流状态参数测量装置6中，数字式多路信号显示仪45通过数据传输用同轴电缆44与相连，三路集成温度传感器、湿度传感器和气压传感器传感器探头41、42和多普勒气流速度测量仪43分别与风洞试验腔1相连。
以下结合附图对本发明的技术方案做进一步描述：
由离心鼓风机产生气流，气流经过主气道进入气流均匀装置3，再通过气流速度提升装置4进入风洞试验腔1。风洞试验腔1可采用有机玻璃等透明绝缘材料加工成双口圆筒，长度为1m～5m，内径为100mm～500mm，厚度为10mm～20mm；风洞试验腔1的端部留有四个对称的圆孔，孔径为2mm～6mm，用于和气流速度提升装置4的对接安装；在风洞试验腔1上距端部200mm处留有小圆孔，用于安装喷雾装置5的喷头，距端部300mm处留有小圆孔，用于安装固定气流状态参数测量装置6的探头；在风洞试验腔1的中部留有上下对称的两个圆孔，孔径为10mm～50mm，用于安装高电压极引入端子7、接地极引入端子8。
气源系统2可采用一台进气量不低于80m3/min、出口气压不低于1.5bar的离心鼓风机来供气，其工作原理如下：使用三个可控阀门分别调节离心鼓风机的进气道、旁通道和主气道的气流量，从而使进入主气道的气流量和风洞试验腔1所需的气流速度匹配。
气流均匀装置3中扩张口和稳定段均由金具制作，均气板为百叶格构造。其中，稳定段和风洞试验腔1的截面积之比在7～10之间，稳定段的长度不超过5m。
气流速度提升装置4由丝接法兰盘，法兰垫和收缩管组成。丝接法兰盘上对称分布有26个M12的螺孔，法兰垫是按照法兰盘尺寸制作的橡胶垫，收缩管是按照收缩比设计的喇叭口型金具。
喷雾装置5中，的储水量不小于10L，涡轮流量计33可采用现场显示型涡轮流量计，水雾喷头34可采用人造雾喷嘴，两个喷头安装在距风洞试验腔1前端200mm处，并排居中固定；具体工作步骤为：抽水泵31从给水池30中抽取水送入PVC管道35，再通过进水阀门32控制水流量，由涡轮流量计33获得读数，最后从喷头34中喷出，在高速气流的作用下形成流动的水雾。
气流状态参数测量装置6包含温度、湿度、气压、气流速度的测量，其中：温度、湿度和气压的测量采用2组传感器41和42，每组传感器至少3个，每组传感器分别分布在试样的前后各100mm处不同部位，并通过数据传输用同轴电缆线44将检测的温度、湿度和气压数据传输至数字式多路信号显示仪45，在其显示面板上显示；多普勒气流速度测量仪43安装在风洞试验腔1的外部，可即时读出气流速度。
高电压极引入端子7和接地极引入端子8均采用瓷套结构防止外部沿面爬电，高电压极引入端子可以引入不超过交流60kV(干态)或40kV(湿态)或冲击150kV外施高压电源。
吊环和旋转装置9可采用电动装置，并按照模拟试验的要求上下升降、左右旋转。
绝缘子试样10可采用电瓷、玻璃或有机复合材料制成不同结构，但其最大迎风面横截面面积不得超过60mm×60mm。
图像拍摄装置11可采用拍摄速度大于200帧/秒的高速摄像机，三脚架可采用高于1.5m的可旋转式专业摄影三角架。
电流测量装置12可采用100欧姆的无感电阻或其他检测阻抗构成。

Claims (5)

1.一种用于绝缘子风洞试验的装置，其特征在于：气源系统(2)通过气流均匀装置(3)和气流速度提升装置(4)与风洞试验腔(1)相连，喷雾装置(5)和气流状态参数测量装置(6)分别与风洞试验腔(1)相连，试样安装架(9)固定在风洞试验腔(1)内壁，试样(10)设置在安装架(9)上，高电压极引入端子(7)和接地极引入端子(8)与试样(10)连接，高电压极引入端子(7)和接地极引入端子(8)分别穿过风洞试验腔(1)，图像拍摄装置(11)与风洞试验腔(1)外壁相连，电流测量装置(12)与接地极引入端子(8)相连，气源系统(2)采用一台进气量不低于80m3/min、出口气压不低于1.5bar的离心鼓风机供气，气流均匀装置(3)中扩张口和稳定段均由金具制作，均气板为百叶格构造。
2.根据权利要求1所述的用于绝缘子风洞试验的装置，其特征在于：所述风洞试验腔(1)是方形或圆形横截面，由透明的有机玻璃或其它绝缘材料制成。
3.根据权利要求1所述的用于绝缘子风洞试验的装置，其特征在于：所述气源系统(2)是由风机或储气罐组成，并与风洞试验腔(1)相连。
4.根据权利要求1所述的用于绝缘子风洞试验的装置，其特征在于：在所述喷雾装置(5)中，水池(30)通过抽水泵(31)与进水阀门(32)相连，再通过PVC管道(35)先后与涡轮流量计(33)和水雾喷头(34)相连，水雾喷头(34)与风洞试验腔(1)相连。
5.根据权利要求1所述的用于绝缘子风洞试验的装置，其特征在于：在所述气流状态参数测量装置(6)中，数字式多路信号显示仪(45)通过同轴电缆(44)与两个三路传感器探头(41、42)相连，每个三路传感器探头包括温度传感器、湿度传感器和气压传感器，多普勒气流速度测量仪(43)与风洞试验腔(1)相连。
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