CN102628731A - 一种结构壁面绕流场定常吸/吹气控制装置 - Google Patents

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Abstract

一种结构壁面绕流场定常吸/吹气控制装置，包括动力源单元和控制气流管道单元，动力源单元连接控制气流管道单元，所述的动力源单元包括真空泵、球阀、气泵、储气罐、电磁换向阀甲、真空过滤器和普通过滤器，球阀分别连接真空泵、气泵和储气罐，储气罐连接电磁换向阀甲，电磁换向阀甲分别连接真空过滤器和普通过滤器。本发明采用流量控制调节流速的方式进行吸/吹气控制，提高了控制精度；采用快换接头进行各部件的连接，便于吸/吹气通道的增加或减少，同时方便运输、安装、调整；可独立进行吸气或者吹气试验，也可以同时进行吸气和吹起试验。可用于超高层建筑、大跨桥梁、高耸结构、海洋工程结构等多种模型的风洞试验研究，具有广泛应用范围。

Description

一种结构壁面绕流场定常吸/吹气控制装置
技术领域
本发明涉及土木工程技术，具体说就是一种结构壁面绕流场定常吸/吹气控制装置。
背景技术
随着轻质高强材料的发展以及结构计算能力的增强，工程结构向着大跨径、轻型化和柔性化的趋势发展，与此同时结构的刚度和阻尼降低，对风荷载作用的敏感程度逐渐增大，风荷载以及风致稳定性成为影响结构安全的控制因素之一。提高结构抗风能力通常从三个方面考虑，即提高结构的整体刚度特别是扭转刚度、增大结构阻尼和改善断面的气动性能。然而，提高结构的整体刚度和增大结构阻尼将付出很大的代价，而通过引入各种措施来改变作用在主梁断面上的气动力将产生很好的气动效果。改变结构断面气动外型对于改善空气动力特性进而提高结构的抗风能力是一种经济有效的方法，优化结构断面的气动特性实际上是改变了结构断面绕流流体边界层结构。目前，优化结构断面气动特性的方法大多是被动地改变断面绕流流体边界层结构，是间接地改善绕流品质的方式。利用主动供能方式直接地改善结构绕流边界层进而提高结构抗风能力的研究，在国际上刚刚起步。吸气就是一种通过主动供能方式控制流体边界层分离进而提高流体品质的有效技术手段，最早的研究开始于航天领域，而在结构风工程领域，利用吸气方法提高结构抗风能力的研究还处于近乎空白的状态。
发明内容
本发明的目的在于提供一种采用流量控制调节流速的方式进行吸/吹气控制的结构壁面绕流场定常吸/吹气控制装置。
本发明的目的是这样实现的：它是由动力源单元和控制气流管道单元组成的，动力源单元连接控制气流管道单元，本发明还有以下技术特征：
(1)所述的动力源单元包括真空泵、球阀、气泵、储气罐、电磁换向阀甲、真空过滤器和普通过滤器，球阀分别连接真空泵、气泵和储气罐，储气罐连接电磁换向阀甲，电磁换向阀甲分别连接真空过滤器和普通过滤器；
(2)所述的控制气流管道单元包括真空减压阀、吸气主管道、电磁换向阀乙、流量计、双向调速阀、电磁换向阀丙、吸气支管、吸气端口、精密减压阀、吹气主管道、吹气支管和吹气端口，真空减压阀连接吸气主管道，吸气主管道连接电磁换向阀乙、电磁换向阀乙连接流量计、流量计连接双向调速阀，双向调速阀连接电磁换向阀丙、电磁换向阀丙连接吸气支管，吸气支管连接吸气端口，精密减压阀连接吹气主管道，吹气主管道连接吹气支管，吹气支管经电磁换向阀连接吹气端口。
本发明一种结构壁面绕流场定常吸/吹气控制装置，采用流量控制调节流速的方式进行吸/吹气控制，提高了控制精度；采用快换接头进行各部件的连接，便于吸/吹气通道的增加或减少，同时方便运输、安装、调整；可独立进行吸气或者吹气试验，也可以同时进行吸气和吹起试验。可用于超高层建筑、大跨桥梁、高耸结构、海洋工程结构等多种模型的风洞试验研究，具有广泛的应用范围。
附图说明
图1为本发明的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图举例对本发明作进一步说明。
实施例1：结合图1，本发明一种结构壁面绕流场定常吸/吹气控制装置，它是由动力源单元和控制气流管道单元组成的，动力源单元连接控制气流管道单元，本发明还有以下技术特征：
所述的动力源单元包括真空泵(1)、球阀(2)、气泵(12)、储气罐(3)、电磁换向阀甲(4)、真空过滤器(5)和普通过滤器(13)，球阀(2)分别连接真空泵(1)、气泵(12)和储气罐(3)，储气罐(3)连接电磁换向阀甲(4)，电磁换向阀甲(4)分别连接真空过滤器(5)和普通过滤器(13)；
所述的控制气流管道单元包括真空减压阀(6)、吸气主管道(7)、电磁换向阀乙(18)、流量计(8)、双向调速阀(9)、电磁换向阀丙(19)、吸气支管(10)、吸气端口(11)、精密减压阀(14)、吹气主管道(15)、吹气支管(16)和吹气端口(17)，真空减压阀(6)连接吸气主管道(7)，吸气主管道(7)连接电磁换向阀乙(18)、电磁换向阀乙(18)连接流量计(8)、流量计(8)连接双向调速阀(9)，双向调速阀(9)连接电磁换向阀丙(19)、电磁换向阀丙(19)连接吸气支管(10)，吸气支管(10)连接吸气端口(11)，精密减压阀(14)连接吹气主管道(15)，吹气主管道(15)连接吹气支管(16)，吹气支管(16)经电磁换向阀连接吹气端口(17)。
实施例2：结合图1，根据在风洞试验中模型进行吸(吹)试验要求，本发明主要由三部分组成：一是动力源，包括了真空泵、气泵、电磁换向阀和过滤器；二是控制装置，包括由真空减压阀和精密减压阀组成的压力控制装置以及由流量计和双向调速阀组成的速度调节装置；三是气流管道，其中包括吸气主管道、吹气主管道、吸/吹气支管和吸/吹气端口。吸气时，由真空泵提供动力，在气流管道中产生负压，使得结构断面外的空气经由吸气端口进入各个吸气支管，在气体汇聚到吸气主管道中后，经由真空减压阀、电磁换向阀和真空过滤器进入真空泵，并由真空泵的排气口将空气排出。吹气时，由气泵提供压缩气体，气体经由电磁换向阀和精密减压阀流入气流主管道，再由吹气主管道分别进入各吹气支管，在吹气支管上安装有流量计和双向调速阀，通过调节双向调速阀来控制吹气端口吹出的气流速度。
本发明结构壁面绕流场定常吸/吹气控制装置可分为真空回路和正压回路两部分。如图1所示，当该装置进行吸气时，首先接通电磁换向阀甲和电磁换向阀乙的电源，且电磁换向阀丙处于未通电状态，然后打开与真空泵(1)相连的球阀(2)，启动真空泵(1)，在装置的管道内产生负压，同时调节真空减压阀(6)，使真空减压阀(6)和吸/吹气端口(11/17)之间的管道内负压稳定在一定的大小。在负压作用下，结构断面处的空气经由吸/吹气端口(11/17)被吸入吸气支管(10)，被吸入的气流从电磁换向阀丙的R口流入，A口流出，然后流入双向调速阀(9)，通过双向调速阀(9)的流量调节，吸/吹气端口(11/17)处的气流速度达到试验要求，此时的气体流量在气流流经流量计(8)时显示出来。吸气气流流过流量计(8)之后从电磁换向阀乙的A口流入，P口流出，流入吸气主管道(7)。各吸气支管(10)内的气流汇聚到吸气主管道(7)后，依次流过真空减压阀(6)和真空过滤器(5)，过滤后的洁净气体从电磁换向阀甲的A口流入，P口流出，经过储气罐(3)流入真空泵(1)，最后由真空泵的排气口排入大气中。
当本发明结构壁面绕流场定常吸/吹气控制装置进行吹气时，首先切断电磁换向阀甲和电磁换向阀乙的电源，同时接通电磁换向阀丙的电源，使得电磁换向阀换向，从而改变管道的连接位置，然后打开与气泵(12)相连的球阀，并启动气泵(12)，由气泵上的空气压缩机产生高压空气，高压空气经过储气罐(3)后，从电磁换向阀甲的R口流入，A口流出，流入普通过滤器(13)，经过过滤的洁净压缩空气流入精密减压阀(14)，经过减压之后进入吹气主管道(15)，再分别流入各吹气支管(16)。吹气支管(16)内的压缩空气从电磁换向阀丙的P口流入，A口流出，流过双向调速阀(9)从而进入流量计(8)，经过双向调速阀(9)调定的气体流量在流量计(8)中显示，且吸/吹气端口处的气体流速被调定。此时，由于电磁换向阀丙的作用，使得压缩空气的流动方向与吸气时吸气气流的流动方向相同，从而使只能单向流过气体的流量计(8)可以不必更换安装方向而直接使用。流过流量计(8)的压缩空气从电磁换向阀乙的A口流入，R口流出，然后从吸/吹气端口流出。
本发明结构壁面绕流场定常吸/吹气控制装置各部件和管道之间的连接采用快换接头进行连接，只需简单的插拔就可以将装置连接完毕，因此该装置可以方便的实现吸/吹气通道的增减，图1所示即为四通道吸/吹气装置，吸/吹气通道的增加或者减少通过添加或者减少电磁换向阀乙和电磁换向阀丙、流量计、双向调速阀、吸/吹气支管、吸/吹气端口的数量来实现。
本发明结构壁面绕流场定常吸/吹气控制装置经过简单改装之后可以实现吸气和吹气工作同时进行。将图1中所示的球阀换成储气罐，同时去掉图1中所示的储气罐(3)和电磁换向阀甲，直接将真空气源和高压气源接在各自的过滤器上即可。

Claims (1)

1.一种结构壁面绕流场定常吸/吹气控制装置，它是由动力源单元和控制气流管道单元组成的，其特征在于：动力源单元连接控制气流管道单元，所述的动力源单元包括真空泵(1)、球阀(2)、气泵(12)、储气罐(3)、电磁换向阀甲(4)、真空过滤器(5)和普通过滤器(13)，球阀(2)分别连接真空泵(1)、气泵(12)和储气罐(3)，储气罐(3)连接电磁换向阀甲(4)，电磁换向阀甲(4)分别连接真空过滤器(5)和普通过滤器(13)；所述的控制气流管道单元包括真空减压阀(6)、吸气主管道(7)、电磁换向阀乙(18)、流量计(8)、双向调速阀(9)、电磁换向阀丙(19)、吸气支管(10)、吸气端口(11)、精密减压阀(14)、吹气主管道(15)、吹气支管(16)和吹气端口(17)，真空减压阀(6)连接吸气主管道(7)，吸气主管道(7)连接电磁换向阀乙(18)、电磁换向阀乙(18)连接流量计(8)、流量计(8)连接双向调速阀(9)，双向调速阀(9)连接电磁换向阀丙(19)、电磁换向阀丙(19)连接吸气支管(10)，吸气支管(10)连接吸气端口(11)，精密减压阀(14)连接吹气主管道(15)，吹气主管道(15)连接吹气支管(16)，吹气支管(16)经电磁换向阀连接吹气端口(17)。
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