CN101672125A - 一种输电线路钢管杆塔涡激风振的抑制装置及其方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种能抑制钢管输电杆塔等截面圆管或外坡度小于2％的圆锥形杆件横风向涡激风振的装置及其方法。采用短肋、鳍板或螺旋形圆断面扰流线缠绕在钢管表面，螺旋形扰流线的选择及布置方法：螺旋线直径：D/10；节距：12D，D表示钢管杆件的外径。螺旋线扰流装置结构简单，易于安装、维护，成本低，能同时控制大长细比杆件的一、二阶微风振动，且效果好。
Description
技术领域
本发明涉及输电线路设备技术领域，尤其涉及一种输电线路钢管杆塔涡激风振的抑制装置及其方法。本发明能抑制钢管输电杆塔等截面圆管或外坡度小于2％的圆锥形杆件横风向涡激风振。
背景技术
架空输电线路铁塔的风振包括整塔的顺风向振动和局部钢管杆件的横风向振动两类。本发明涉及输电杆塔的横风向风振控制方法，属于结构振动被动控制范畴。
圆柱体的横向绕流会在柱体后产生旋涡，旋涡的运动特性由圆柱体在风流中的雷诺数Re决定。当40≤Re＜3×105处于亚临界范围时，在柱体后生成两列交替错开、旋向相反、间距保持不变、周期性脱落的旋涡，称为卡门涡街。旋涡脱落产生的脱落风力，会使得柱体产生横风向运动。当旋涡脱落主导频率与柱体的某阶固有频率比较接近时，发生涡激共振。涡激风振具有频率锁定的特性，增加了共振发生的几率。
为了避免或减弱这种振动，DL/T 5154-2002《架空送电线路杆塔结构设计技术规定》要求，应根据等直径钢管起振临界风速Vcr曲线(第一振型)，控制杆件的一阶起振临界风速不小于15m/s。这种方法较好地满足了安全性的要求，能够抑制钢管塔绝大部分杆件的微风振动，但会明显增加塔重。
为了满足钢管塔大规模应用时的经济性要求，目前这一风速限值已从15m/s降低到8m/s，杆塔结构设计时可以在更大的长细比范围内进行选材。但另一方面，降低起振风速的限制值，必然增大了某些较大长细比杆件的振动几率。微风振动不会直接造成杆塔结构破坏，但其破坏作用是累积的，在一定时间下会引起杆件端部、杆件连接法兰的螺栓连接松动，焊缝疲劳破坏。因此，有必要采取一定的技术措施对振动进行抑制。相比于在结构设计中缩小杆件长细比而增加塔重，后处理技术措施会更为经济。
后处理技术措施主要包括两种，一种方法是根据杆塔的实际结构，在局部位置增加辅助支撑材，增大振动杆件的刚度，提高其起振临界风速。而对于某些固有频率、特征尺寸等不易改变的杆件，则可以增大结构的斯特罗哈数可以抑制微风振动。在不改变圆截面基本形状的前提下增大斯特罗哈数，需要在结构上附加旋涡干扰装置，如杆件表面缠绕扰流线、布置顺轴向分布间断短肋等，破坏有规则的卡门涡街。
发明内容
本发明的目的是提供一种能抑制钢管输电杆塔等截面圆管或外坡度小于2％的圆锥形杆件横风向涡激风振的方法。采用螺旋形圆断面扰流线缠绕在钢管表面，结构简单，易于安装、维护，成本低，能同时控制大长细比杆件的一、二阶微风振动，且效果好。
本发明提供了一种输电线路钢管杆塔涡激风振的抑制装置，包括输电线路钢管杆塔的等截面圆管或外坡度小于2％的圆锥形杆件和缠绕在所述等截面圆管或圆锥形杆件上的扰流部件，所述扰流部件是扰流线、短肋或鳍板，所述短肋是在所述圆管或圆锥形杆件上的顺轴向分布的间断短肋，所述鳍板是在所述圆管或圆锥形杆件上的顺轴向分布的交错鳍板。
其中，采用螺旋形圆断面的扰流线螺旋缠绕在所述等截面圆管或圆锥形杆件上，来抑制圆管或杆件的横风向涡激风振，所述扰流线的直径为d，扰流线各螺旋节之间的间距为L，缠绕处的等截面圆管或圆锥形杆件的直径为D，所述d、L、D之间满足如下关系：d＝D/10，L＝10～13D。
其中，所述d＝D/10，L＝12D。
其中，对于外坡度小于2％的圆锥形杆件，由于锥度很小，可以不考虑锥度对扰流线直径和节距设置的影响。
其中，所述扰流线的材料要求具有一定的强度，具有较好的耐大气腐蚀性、耐气侯变化性以及优良的几何稳定性。
其中，所述扰流线的材料没有严格的限制，可以是如铝合金、硬PVC塑料等。
其中，所述铝合金扰流线的加工工艺是拉丝成型，所述硬PVC塑料的绕流线的加工工艺是采取注塑模工艺制造。
本发明还提供了一种输电线路钢管杆塔涡激风振的抑制方法，根据所要求保护的输电线路钢管杆塔的等截面圆管或外坡度小于2％的圆锥形杆件的直径D，制备好螺旋形圆断面的扰流线，所述扰流线的直径为d，然后将所述扰流线螺旋缠绕在所述等截面圆管或圆锥形杆件上，来抑制圆管或杆件的横风向涡激风振，缠绕的螺旋线节距为L，并满足如下的关系：螺旋线节距L与直径d的比值区间为100～130，d＝D/10。
其中，所述d＝D/10，L＝12D。
本发明的有益效果是：
1、结构简单，控制效果好，安装、维护方便，成本低；
2、能同时控制大长细比杆件的一、二阶涡激风振；
3、对钢管塔、钢管杆均适用；
4、对杆塔结构本身的受力性能无不良影响。
附图说明
下面结合附图对本发明进一步说明。
图1是依据本发明的抑制装置的结构示意图；
图2是依据本发明的抑制装置的试验图；
图3是依据本发明的抑制装置的扰流线、短肋或鳍板的示意图。
具体实施方式
下面的表1列出了根据本发明的不同实施例的试验结果：
表1不同节点构造钢管构件振动幅值(mm)
表1结果表明，在起振临界风速附近，螺旋形索圈的减振效果最好，短肋的次之，相对来说鳍板的较差一些。其结构形式如图3所示。
钢管构件焊接短肋增加设计、制造工作量。缠绕螺旋形扰流线简单易行，便于工程应用。所以，对于发生微风振动的钢管构件，推荐在其表面缠绕扰流线，改变微风共振产生的条件。
附图1为螺旋形圆断面扰流线控制钢管杆件微风振动的示意图。
螺旋形扰流线的选择及布置方法：参见表2所示：
螺旋线直径：D/10；节距：12D，D表示钢管杆件的外径。
如附图2所示。选取120、160两种长细比的杆件进行振动控制的风洞试验。试验中直接使用规格为Φ60×4的圆截面钢管，对其在不同螺旋线直径、节距情况下的风振响应进行测试。加装螺旋线型扰流装置后，涡激共振的加速度和位移响应均可得到一定程度的抑制，具有较好的抑制效果时，可降低5～30倍，试验数据参见附表所示。当一阶和二阶共振都达到接近最优的抑制效果时，螺旋线节距L与直径d的比值区间为100～130。
表2
风洞试验工况及一阶振动减振效果
此处已经根据特定的示例性实施例对本发明进行了描述。对本领域的技术人员来说在不脱离本发明的范围下进行适当的替换或修改将是显而易见的。示例性的实施例仅仅是例证性的，而不是对本发明的范围的限制，本发明的范围由所附的权利要求定义。
Claims (9)
1、一种输电线路钢管杆塔涡激风振的抑制装置，包括输电线路钢管杆塔的等截面圆管或外坡度小于2％的圆锥形杆件和缠绕在所述等截面圆管或圆锥形杆件上的扰流部件，所述扰流部件是扰流线、短肋或鳍板，所述短肋是在所述圆管或圆锥形杆件上的顺轴向分布的间断短肋，所述鳍板是在所述圆管或圆锥形杆件上的顺轴向分布的交错鳍板。
2、如权利要求1所述的抑制装置，其特征在于采用螺旋形圆断面的扰流线螺旋缠绕在所述等截面圆管或圆锥形杆件上，来抑制圆管或杆件的横风向涡激风振，所述扰流线的直径为d，扰流线各螺旋节之间的间距为L，缠绕处的等截面圆管或圆锥形杆件的直径为D，所述d、L、D之间满足如下关系：d＝D/10，L＝10～13D。
3、如权利要求2所述的抑制装置，其特征在于所述d、L、D之间满足如下关系：d＝D/10，L＝12D。
4、如权利要求3所述的抑制装置，其特征在于对于外坡度小于2％的圆锥形杆件，由于锥度很小，可以不考虑锥度对扰流线直径和节距设置的影响。
5、如权利要求4所述的抑制装置，其特征在于所述扰流线的材料要求具有一定的强度，具有较好的耐大气腐蚀性、耐气侯变化性以及优良的几何稳定性。
6、如权利要求4-5所述的抑制装置，其特征在于所述扰流线的材料没有严格的限制，可以是如铝合金、硬PVC塑料等。
7、如权利要求6所述的抑制装置，其特征在于所述铝合金扰流线的加工工艺是拉丝成型，所述硬PVC塑料的绕流线的加工工艺是采取注塑模工艺制造。
8、一种输电线路钢管杆塔涡激风振的抑制方法，其特征在于根据所要求保护的输电线路钢管杆塔的等截面圆管或外坡度小于2％的圆锥形杆件的直径D，制备好螺旋形圆断面的扰流线，所述扰流线的直径为d，然后将所述扰流线螺旋缠绕在所述等截面圆管或圆锥形杆件上，来抑制圆管或杆件的横风向涡激风振，缠绕的螺旋线节距为L，所述d、L、D之间满足如下关系：d＝D/10，L＝10～13D。
9、如权利要求8所述的抑制方法，其特征在于：所述d、L、D之间满足如下关系：d＝D/10，L＝12D。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| ASS | Succession or assignment of patent right |
Owner name: STATE ELECTRIC NET CROP. Effective date: 20130130 |
|
| C41 | Transfer of patent application or patent right or utility model | ||
| TR01 | Transfer of patent right |
Effective date of registration: 20130130 Address after: 100192 Beijing city Haidian District Qinghe small Camp Road No. 15 Patentee after: China Electric Power Research Institute Patentee after: State Grid Corporation of China Address before: 100192 Beijing city Haidian District Qinghe small Camp Road No. 15 Patentee before: China Electric Power Research Institute |