CN104764579A - 多分裂覆冰导线三自由度舞动风洞试验装置 - Google Patents
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Abstract
一种多分裂覆冰导线三自由度舞动风洞试验装置，包括多分裂覆冰导线节段模型、固定安装在风洞试验段内两侧的立柱，同侧立柱之间均安装有可沿其上下移动调整位置的上横梁和下横梁，所述上横梁和下横梁之间安装有两根垂直并安装位置可调的竖直弹簧，所述竖直弹簧上安装有水平设置的悬吊横杆；所述多分裂覆冰导线节段模型的两端均与一端板连接，所述端板通过连接件与相近的悬吊横杆连接，所述连接件的两侧分别通过水平弹簧与同侧的两根立柱连接，所述连接件的上下侧还分别连接有垂直的竖向自振频率调整专用弹簧，所述竖向自振频率调整专用弹簧分别与相近的横梁连接。本发明完全置于风洞内部且装卸简易，能够用于模拟复杂情况下多分裂覆冰导线的舞动。
Description
技术领域
本发明涉及设计高压输电线路抗风设计研究领域的试验装置，特别是涉及一种多分裂覆冰导线三自由度舞动风洞试验装置。
背景技术
覆冰导线舞动是导线覆冰后在风荷载作用下发生的一种大幅低频振动。舞动发生时，轻则造成构件的磨损和主材断裂，重则导致整条输电线路杆塔连续倒塌，从而造成巨大的经济损失。Den-Hartog竖向激发舞动机理认为覆冰截面的气动升力负斜率幅值大于气动阻力时，导线竖向运动失稳引发舞动；Nigol扭转激发舞动机理，当覆冰导线气动扭转阻尼为负且幅值超过导线固有阻尼时将激发扭转失稳。由于这两种机理对导线舞动的失稳类型解释有限，因此针对实际输电线路需要进行关于多分裂覆冰导线舞动机理的试验研究，这类试验中正确模拟实际输电线路多阶自振频率并准确测得其运动响应是关键。遗憾的是就目前来看，国内有关研究机构还没有一种完全置于风洞内部且装卸简易，能够正确模拟实际输电线路的多阶竖直、水平、扭转自振频率并准确测得其在均匀风场作用下三自由度运动响应的试验装置。
发明内容
本发明的目的在于提供一种完全置于风洞内部且装卸简易，能够正确模拟实际输电线路的多阶竖直、水平、扭转自振频率并准确测得其在均匀风场作用下三自由度运动响应的试验装置，使其能够用于模拟复杂情况下多分裂覆冰导线的舞动，从而为多分裂覆冰导线舞动机理的研究奠定基础的多分裂覆冰导线三自由度舞动风洞试验装置。
本发明采用的技术方案是：
一种多分裂覆冰导线三自由度舞动风洞试验装置，其特征在于：包括多分裂覆冰导线节段模型、固定安装在风洞试验段内两侧的立柱，同侧立柱之间均安装有可沿其上下移动调整位置的上横梁和下横梁，所述上横梁和下横梁之间安装有两根垂直并安装位置可调的竖直弹簧，所述竖直弹簧上安装有水平设置的悬吊横杆；所述多分裂覆冰导线节段模型的两端均与一端板连接，所述端板通过连接件与相近的悬吊横杆连接，所述连接件的两侧分别通过水平弹簧与同侧的两根立柱连接，所述连接件的上下侧还分别连接有垂直的竖向自振频率调整专用弹簧，所述竖向自振频率调整专用弹簧分别与相近的横梁连接。本发明改变竖直弹簧的刚度可以用来调节多分裂覆冰导线节段模型的竖向自振频率，若需要保证模型扭转自振频率不变只改变其竖向自振频率可以通过改变竖向自振频率调整专用弹簧的刚度来实现；改变水平弹簧的刚度可以用来调节多分裂覆冰导线节段模型的水平自振频率；改变竖直弹簧的刚度和间距或者在悬吊横杆两端增减配重都可以用来调节多分裂覆冰导线节段模型的扭转自振频率，若需要在保持竖向自振频率不变的情况下调节模型扭转频率可以通过改变竖直弹簧的间距来实现。
进一步，所述悬吊横杆上安装有测量多分裂覆冰导线节段模型竖直、水平、扭转三个自由度运动响应的加速度传感器。
进一步，所述端板与悬吊横杆之间安装有与风洞壁面平行的可装卸移门式屏蔽层。可装卸移门式屏蔽层固定在风洞中形成独立二维流风道，使得多分裂覆冰导线节段模型能在均匀风场作用下自由运动且整套响应测试系统不受风场的干扰。
进一步，所述可装卸移门式屏蔽层内开设有供连接件自由运动的孔洞。
进一步，所述连接件与悬吊横杆连接的一侧是一长条形结构，其与端板连接的一侧是一圆形结构，所述圆形结构上设置有每隔5°设置一个的连接孔。端板的4个预留孔洞可以选择连接件的圆形结构中每隔5°一格的连接孔通过螺栓完成连接，以此来调整风向角并使得模型可在竖直平面内绕多分裂覆冰导线节段模型的中心轴自由扭转。
进一步，所述竖直弹簧与水平弹簧是在同一个平面内。
进一步，所述水平弹簧与悬吊横杆的长轴轴线是在同一水平线上。
进一步，所述上横梁和下横梁均安装有可沿其无极滑动的连接环，所述竖直弹簧、竖向自振频率调整专用弹簧上均设有与相应的连接环连接的挂钩。
进一步，所述悬吊横杆上设有竖直弹簧穿设的穿设孔，使得多分裂覆冰导线节段模型可以沿竖直方向自由运动。
进一步，所述上横梁和下横梁均通过L型固定件固定连接在立柱上。上横梁、下横梁和立柱均是用铝型材制作，上横梁、下横梁可以通过调整L型固定件位置沿主柱上下无级滑动。
本发明的有益效果：该装置完全置于风洞内部且装卸简易，能够正确模拟实际输电线路的多阶竖直、水平、扭转自振频率并准确测得其在均匀风场作用下的三自由度运动响应，使其能够用于模拟不同分裂数覆冰导线在不同风速、不同风向角、不同模态频率组合下的三自由度舞动形态，以便对多分裂覆冰导线的舞动机理进行深层次的研究。
附图说明
图1是本发明的主视图。
图2是本发明的俯视图。
图3是连接件与悬吊横杆的俯视图。
图4是连接件的A-A向和B-B向的示意图与连接件的俯视图。
具体实施方式
下面结合具体实施例来对本发明进行进一步说明，但并不将本发明局限于这些具体实施方式。本领域技术人员应该认识到，本发明涵盖了权利要求书范围内所可能包括的所有备选方案、改进方案和等效方案。
参照图1-4，一种多分裂覆冰导线三自由度舞动风洞试验装置，包括多分裂覆冰导线节段模型9、固定安装在风洞试验段内两侧的立柱1，同侧立柱1之间均安装有可沿其上下移动调整位置的上横梁2和下横梁3，所述上横梁2和下横梁3之间安装有两根垂直并安装位置可调的竖直弹簧5，所述竖直弹簧5上安装有水平设置的悬吊横杆6；所述多分裂覆冰导线节段模型9的两端均与一端板8连接，所述端板8通过连接件7与相近的悬吊横杆6连接，所述连接件7的两侧分别通过水平弹簧10与同侧的两根立柱1连接，所述连接件7的上下侧还分别连接有垂直的竖向自振频率调整专用弹簧11，所述竖向自振频率调整专用弹簧11分别与相近的横梁连接。本实施例连接件7通过水平弹簧10连接至两根主柱1上，使得模型可以沿水平方向自由运动，为了保证模型的竖向运动分量不受水平弹簧10的干扰，将水平弹簧10固定在连接件7中套筒结构的合适位置上，并保证水平弹簧10与悬吊横杆6不会相碰。所述的竖直弹簧5和水平弹簧10必须尽量保证在同一个平面内，所有竖直弹簧5和竖向自振频率调整专用弹簧11在完成连接后必须严格保证均垂直于上横梁2和下横梁3，水平弹簧10与悬吊横杆6的长轴轴线必须严格保证在同一水平线上，多分裂覆冰导线节段模型9在洞口处的初始位置尽量位于洞口中心。本发明改变竖直弹簧5的刚度可以用来调节多分裂覆冰导线节段模型9的竖向自振频率，若需要保证模型扭转自振频率不变只改变其竖向自振频率可以通过改变竖向自振频率调整专用弹簧11的刚度来实现；改变水平弹簧10的刚度可以用来调节多分裂覆冰导线节段模型9的水平自振频率；改变竖直弹簧5的刚度和间距或者在悬吊横杆6两端增减配重都可以用来调节多分裂覆冰导线节段模型9的扭转自振频率，若需要在保持竖向自振频率不变的情况下调节模型扭转频率可以通过改变竖直弹簧5的间距来实现。
本实施例所述悬吊横杆6上安装有测量多分裂覆冰导线节段模型9竖直、水平、扭转三个自由度运动响应的加速度传感器（图中未显示）。
本实施例所述端板8与悬吊横杆6之间安装有与风洞壁面平行的可装卸移门式屏蔽层12。可装卸移门式屏蔽层12固定在风洞中形成独立二维流风道，使得多分裂覆冰导线节段模型能在均匀风场作用下自由运动且整套响应测试系统不受风场的干扰。
本实施例所述可装卸移门式屏蔽层12内开设有供连接件7自由运动的孔洞。
本实施例所述连接件7与悬吊横杆6连接的一侧是一长条形结构72，其与端板连接的一侧是一圆形结构71，所述圆形结构71上设置有每隔5°设置一个的连接孔。端板8的4个预留孔洞可以选择连接件7的圆形结构中每隔5°一格的连接孔通过螺栓完成连接，以此来调整风向角并使得模型可在竖直平面内绕多分裂覆冰导线节段模型9的中心轴自由扭转。
本实施例所述上横梁2和下横梁3均安装有可沿其无极滑动的连接环4，所述竖直弹簧5、竖向自振频率调整专用弹簧11上均设有与相应的连接环4连接的挂钩。
本实施例所述悬吊横杆6上设有竖直弹簧5穿设的穿设孔，使得多分裂覆冰导线节段模型9可以沿竖直方向自由运动。
本实施例所述上横梁2和下横梁3均通过L型固定件固定连接在立柱1上。上横梁2、下横梁3和立柱1均是用铝型材制作，上横梁2、下横梁3可以通过调整L型固定件位置沿主柱1上下无级滑动。
本实施例首先结合多分裂覆冰导线气动力测试结果由Den-Hartog舞动机理与Nigol舞动机理预估导线可能发生失稳的风向角，通过将端板8固定于连接件7的圆形结构71中每隔5°一格的孔洞中以确定试验风向角。然后根据实际输电线路算得的导线竖向自振频率选择合适刚度的竖直弹簧5，结合传感器实测将试验模型的竖向自振频率调至与实际线路一致。再根据实际输电线路算得的导线扭转自振频率确定合适的竖直弹簧5间距，同时增减悬吊横杆6两端的配重块，并结合传感器实测将试验模型的扭转自振频率调至与实际线路一致，在使用配重块时要注意模型竖向自振频率的改变。若需要保证模型扭转自振频率不变只改变其竖向自振频率可以通过改变竖向自振频率调整专用弹簧11的刚度来实现。与调节竖向自振频率一致，选择合适刚度的水平弹簧10将试验模型的水平自振频率调至与实际线路一致。需要注意的是实际输电线路导线在所述的三个自由度方向上均存在多阶运动模态，每次试验只能选择一种模态组合进行试验。最后安装并固定可装卸移门式屏蔽层12，开启风机在不同风场作用下进行风洞试验。
Claims (10)
1.一种多分裂覆冰导线三自由度舞动风洞试验装置，其特征在于：包括多分裂覆冰导线节段模型、固定安装在风洞试验段内两侧的立柱，同侧立柱之间均安装有可沿其上下移动调整位置的上横梁和下横梁，所述上横梁和下横梁之间安装有两根垂直并安装位置可调的竖直弹簧，所述竖直弹簧上安装有水平设置的悬吊横杆；所述多分裂覆冰导线节段模型的两端均与一端板连接，所述端板通过连接件与相近的悬吊横杆连接，所述连接件的两侧分别通过水平弹簧与同侧的两根立柱连接，所述连接件的上下侧还分别连接有垂直的竖向自振频率调整专用弹簧，所述竖向自振频率调整专用弹簧分别与相近的横梁连接。
2.如权利要求1所述的一种多分裂覆冰导线三自由度舞动风洞试验装置，其特征在于：所述悬吊横杆上安装有测量多分裂覆冰导线节段模型竖直、水平、扭转三个自由度运动响应的加速度传感器。
3.如权利要求1所述的一种多分裂覆冰导线三自由度舞动风洞试验装置，其特征在于：所述端板与悬吊横杆之间安装有与风洞壁面平行的可装卸移门式屏蔽层。
4.如权利要求3所述的一种多分裂覆冰导线三自由度舞动风洞试验装置，其特征在于：所述可装卸移门式屏蔽层内开设有供连接件自由运动的孔洞。
5.如权利要求1所述的一种多分裂覆冰导线三自由度舞动风洞试验装置，其特征在于：所述连接件与悬吊横杆连接的一侧是一长条形结构，其与端板连接的一侧是一圆形结构，所述圆形结构上设置有每隔5°设置一个的连接孔。
6.如权利要求1所述的一种多分裂覆冰导线三自由度舞动风洞试验装置，其特征在于：所述竖直弹簧与水平弹簧是在同一个平面内。
7.如权利要求1所述的一种多分裂覆冰导线三自由度舞动风洞试验装置，其特征在于：所述水平弹簧与悬吊横杆的长轴轴线是在同一水平线上。
8.如权利要求1所述的一种多分裂覆冰导线三自由度舞动风洞试验装置，其特征在于：所述上横梁和下横梁均安装有可沿其无极滑动的连接环，所述竖直弹簧、竖向自振频率调整专用弹簧上均设有与相应的连接环连接的挂钩。
9.如权利要求1所述的一种多分裂覆冰导线三自由度舞动风洞试验装置，其特征在于：所述悬吊横杆上设有竖直弹簧穿设的穿设孔，使得多分裂覆冰导线节段模型可以沿竖直方向自由运动。
10.如权利要求1~9之一所述的一种多分裂覆冰导线三自由度舞动风洞试验装置，其特征在于：所述上横梁和下横梁均通过L型固定件固定连接在立柱上。
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