CN104833474B - 内支架式弹簧悬挂导线节段模型测振试验装置 - Google Patents

Abstract

一种内支架式弹簧悬挂导线节段模型测振试验装置，包括节段模型、固定安装在风洞试验段内两侧的支撑柱，同侧支撑柱之间均安装有可沿其上下移动调整位置的上梁和下梁，所述上梁和下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支撑柱连接。本发明的节段模型通过端板、连接件连接在悬吊横杆上，使得节段模型以沿竖直方向自由平动还可以绕自身惯性轴自由转动，同时连接件通过水平弹簧和支撑柱连接，使得节段模型可以沿水平方向自由平动。

Description

内支架式弹簧悬挂导线节段模型测振试验装置

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，特别是涉及一种内支架式弹簧悬挂导线节段模型测振试验装置。

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无需对风洞原有结构造成破坏，装卸方便、形式可变、造价低廉且适用于绝大多数多分裂导线节段模型内支架式试验装置。

发明内容

本发明的目的在于提供一种无需对风洞原有结构造成破坏，装卸方便、形式可变、造价低廉且适用于对不同输电线路自振特性、不同导线分裂数、不同覆冰形状的导线节段模型的内支架式试验装置。使其能够用于模拟复杂情况下不同输电线路多分裂覆冰导线的舞动并识别其气动阻尼、判断起舞风速，从而为多分裂覆冰导线舞动机理的研究奠定基础的内支架式弹簧悬挂导线节段模型测振试验装置。

本发明采用的技术方案是：

一种内支架式弹簧悬挂导线节段模型测振试验装置，其特征在于：包括节段模型、固定安装在风洞试验段内两侧的支撑柱，同侧支撑柱之间均安装有可沿其上下移动调整位置的上梁和下梁，所述上梁和下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支撑柱连接。本发明的节段模型通过端板、连接件连接在悬吊横杆上，使得节段模型以沿竖直方向自由平动还可以绕自身惯性轴自由转动，同时连接件通过水平弹簧和支撑柱连接，使得节段模型可以沿水平方向自由平动。

进一步，所述连接件的两侧均设有可移动的带吊轮风道板，所述带吊轮风道板的内侧能在连接件处闭合连接，其外侧无缝连接有导流装置。为了让整套响应测试装置不受风场干扰而节段模型又能在风场作用下自由运动，带吊轮风道板和导流装置从两侧滑入，在风洞中形成优质的均匀风场并使响应测试系统免受风场影响。

进一步，所述节段模型正对于风洞壁的玻璃窗位置设置，与其连接的端板是有机玻璃制作，所述带吊轮风道板正对节段模型的位置上设有观察窗，使得试验人员可以从风洞外观测节段模型在风荷载作用下的运动状态，并利用单目CCD实测节段模型的运动位移时程。

进一步，所述带吊轮风道板是用饰面板内配钢骨架制作，所述导流装置是用有机玻璃制作。所述的带吊轮风道板为保证其平整度和垂直度用饰面板内配钢骨架制作，导流装置用有机玻璃制作并且必须尽量保证与带吊轮风道板无缝对接，靠近节段模型的两面还必须严格保证各自在同一竖直平面上以形成优质的均匀风场。

进一步，所述风洞试验段的顶面和底面分别安装有供带吊轮风道板和导流装置移动的上轨道和下轨道，方便带吊轮风道板和导流装置移动。

进一步，所述连接件包括一与端板连接的盘状连接件和与悬吊横杆连接的筒状连接件，所述盘状连接件与筒状连接件连接，所述水平弹簧与筒状连接件连接。悬吊横杆与筒状连接件相连，筒状连接件再与盘状连接件相连，节段模型的端板固定安装在盘状连接件上，节段模型固接于两块端板之间，使得节段模型以沿竖直方向自由平动还可以绕自身惯性轴自由转动。筒状连接件和盘状连接件采用铝合金制作， 悬吊横杆、筒状连接件和盘状连接件之间均用螺栓连接，针对不同的试验要求均可以单独调整各自的规格。

进一步，所述筒状连接件上设有用于与水平弹簧连接的连接螺杆。所述连接螺杆配合支撑柱上合适滑槽内的带环螺栓，可以使得水平弹簧在不触碰到其它试验部件的条件下对系统竖直刚度不提供加成。

进一步，所述上梁、下梁、支撑柱上均安装有可沿其无极滑动的带环螺栓，所述竖直弹簧、水平弹簧上均设有与相应的带环螺栓连接的挂钩。带环螺栓可以通过松紧其上螺母沿梁槽无级滑动并固定，方便调节竖直弹簧的间距。

进一步，所述悬吊横杆上设有竖直弹簧穿设的并沿长轴方向设置的穿设孔，用以配合带环螺栓的位置来调节竖直弹簧的间距，悬吊横杆用铝合金制作。

进一步，所述上梁和下梁均通过螺栓和螺母配合固定连接在支撑柱上。上梁、下梁和支撑柱均是用一面双槽铝型材制作，上梁、下梁可以通过松紧梁柱节点上的螺母沿柱槽无级滑动并固定，方便不同规格带钩竖直弹簧的选用。

本发明的有益效果：该装置内置于风洞无需对风洞原有结构造成破坏，装卸方便、形式可变、造价低廉且适用于不同导线分裂数、不同覆冰形状、不同输电线路自振特性的导线节段模型。使其能够用于模拟复杂情况下不同输电线路多分裂覆冰导线的舞动并识别其气动阻尼、判断起舞风速，从而为多分裂覆冰导线舞动机理的研究奠定基础。

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是悬吊横杆、筒状连接件与盘状连接件的主视图。

图4是悬吊横杆、筒状连接件与盘状连接件的俯视图。

图5是上下导轨、带吊轮风道板与导流装置的示意图。

图6是带吊轮风道板的构造图。

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1-6，一种内支架式弹簧悬挂导线节段模型测振试验装置，包括节段模型9、固定安装在风洞试验段内两侧的支撑柱1，同侧支撑柱1之间均安装有可沿其上下移动调整位置的上梁2和下梁3，所述上梁2和下梁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；所述节段模型9的两端均与一端板10连接，所述端板10通过连接件与相近的悬吊横杆6连接，所述连接件的两侧分别通过水平弹簧12与同侧的两根支撑柱1连接。本发明的节段模型9通过端板10、连接件连接在悬吊横杆6上，使得节段模型9以沿竖直方向自由平动还可以绕自身惯性轴自由转动，同时连接件通过水平弹簧12和支撑柱1连接，使得节段模型9可以沿水平方向自由平动。

本实施例所述连接件的两侧均设有可移动的带吊轮风道板15，所述带吊轮风道板15的内侧能在连接件处闭合连接，其外侧无缝连接有导流装置16。为了让整套响应测试装置不受风场干扰而节段模型又能在风场作用下自由运动，带吊轮风道板15和导流装置16从两侧滑入，在风洞中形成优质的均匀风场并使响应测试系统免受风场影响。

本实施例所述节段模型9正对于风洞壁的玻璃窗位置设置，与其连接的端板10是有机玻璃制作，所述带吊轮风道板15正对节段模型的位置上设有观察窗，使得试验人员可以从风洞外观测节段模型9在风荷载作用下的运动状态，并利用单目CCD实测节段模型9的运动位移时程。

本实施例所述带吊轮风道板15是用饰面板内配钢骨架制作，所述导流装置16是用有机玻璃制作。所述的带吊轮风道板15为保证其平整度和垂直度用饰面板内配钢骨架制作，导流装置16用有机玻璃制作并且必须尽量保证与带吊轮风道板15无缝对接，靠近节段模型的两面还必须严格保证各自在同一竖直平面上以形成优质的均匀风场。

本实施例所述风洞试验段的顶面和底面分别安装有供带吊轮风道板15和导流装置16移动的上轨道13和下轨道14，方便带吊轮风道板15和导流装置16移动。

本实施例所述连接件包括一与端板10连接的盘状连接件8和与悬吊横杆6连接的筒状连接件7，所述盘状连接8件与筒状连接件7连接，所述水平弹簧12与筒状连接件7连接。悬吊横杆6与筒状连接件7相连，筒状连接件7再与盘状连接件8相连，节段模型9的端板10固定安装在盘状连接件8上，节段模型9固接于两块端板10之间，使得节段模型9以沿竖直方向自由平动还可以绕自身惯性轴自由转动。筒状连接件7和盘状连接件8采用铝合金制作， 悬吊横杆6、筒状连接件7和盘状连接件8之间均用螺栓连接，针对不同的试验要求均可以单独调整各自的规格。

本实施例所述筒状连接件7上设有用于与水平弹簧12连接的连接螺杆11。所述连接螺杆11配合支撑柱1上合适滑槽内的带环螺栓4，可以使得水平弹簧12在不触碰到其它试验部件的条件下对系统竖直刚度不提供加成。

本实施例所述上梁2、下梁3、支撑柱1上均安装有可沿其无极滑动的带环螺栓4，所述竖直弹簧5、水平弹簧12上均设有与相应的带环螺栓4连接的挂钩。带环螺栓4可以通过松紧其上螺母沿梁槽无级滑动并固定，方便调节竖直弹簧5的间距。

本实施例所述悬吊横杆6上设有竖直弹簧5穿设的并沿长轴方向设置的穿设孔，用以配合带环螺栓的位置来调节竖直弹簧5的间距，悬吊横杆6用铝合金制作。

本实施例所述上梁2和下梁3均通过螺栓和螺母配合固定连接在支撑柱1上。上梁2、下梁3和支撑柱1均是用一面双槽铝型材制作，上梁2、下梁3可以通过松紧梁柱节点上的螺母沿柱槽无级滑动并固定，方便不同规格带钩竖直弹簧5的选用。

本发明测试时，首先根据导线尺寸、分裂数、覆冰形状等参数确定所需端板尺寸，再根据输电线路自振特性确定悬吊横杆6的尺寸和预留孔洞位置并选定所需竖直弹簧5和水平弹簧12的规格，然后结合多分裂覆冰导线气动力测试结果由Den-Hartog竖向激发舞动机理和Nigol扭转激发舞动机理确定导线可能发生失稳的风攻角，将端板10转至试验风攻角用螺栓和螺母固定至盘状连接件8上。在悬吊横杆6上安装加速度传感器或利用位移测量装置以测得节段模型9的运动响应，结合实测数据通过调整弹簧刚度和弹簧间距将试验模型的竖向、水平和扭转自振频率调至与实际输电线路一致。最后将带吊轮风道板15和导流装置16沿上轨道13和下轨道14从试验模型两侧移入并通过限位螺栓固定，开启风机进行风洞试验，试验人员可以从风洞外观测节段模型9在风荷载作用下的运动状态并利用单目CCD实测节段模型9的运动位移时程。需要注意的是由于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，所以每次试验只能选择一种模态组合进行试验。当需要改变试验模型的竖向、水平或扭转自振频率时，只需卸去导轨上的限位螺栓将带吊轮风道板15和导流装置16往两侧移开一定距离即可进行操作；当需要对同一组导线运动模态组合进行不同风攻角工况的试验时，也只需按上述方法操作即可。完成工况调整后重新安装限位螺栓，开启风机进行风洞试验。

Claims (9)

1.一种内支架式弹簧悬挂导线节段模型测振试验装置，其特征在于：包括节段模型、固定安装在风洞试验段内两侧的支撑柱，同侧支撑柱之间均安装有可沿其上下移动调整位置的上梁和下梁，所述上梁和下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支撑柱连接；所述连接件的两侧均设有可移动的带吊轮风道板，所述带吊轮风道板的内侧能在连接件处闭合连接，其外侧无缝连接有导流装置。

2.如权利要求1 所述的一种内支架式弹簧悬挂导线节段模型测振试验装置，其特征在于：所述节段模型正对于风洞壁的玻璃窗位置设置，与其连接的端板是有机玻璃制作，所述带吊轮风道板正对节段模型的位置上设有观察窗。

3.如权利要求1 所述的一种内支架式弹簧悬挂导线节段模型测振试验装置，其特征在于：所述带吊轮风道板是用饰面板内配钢骨架制作，所述导流装置是用有机玻璃制作。

4.如权利要求1 所述的一种内支架式弹簧悬挂导线节段模型测振试验装置，其特征在于：所述风洞试验段的顶面和底面分别安装有供带吊轮风道板和导流装置移动的上轨道和下轨道。

5.如权利要求1 所述的一种内支架式弹簧悬挂导线节段模型测振试验装置，其特征在于：所述连接件包括一与端板连接的盘状连接件和与悬吊横杆连接的筒状连接件，所述盘状连接件与筒状连接件连接，所述水平弹簧与筒状连接件连接。

6.如权利要求5所述的一种内支架式弹簧悬挂导线节段模型测振试验装置，其特征在于：所述筒状连接件上设有用于与水平弹簧连接的连接螺杆。

7.如权利要求1 所述的一种内支架式弹簧悬挂导线节段模型测振试验装置，其特征在于：所述上梁、下梁、支撑柱上均安装有可沿其无极滑动的带环螺栓，所述竖直弹簧、水平弹簧上均设有与相应的带环螺栓连接的挂钩。

8.如权利要求1 所述的一种内支架式弹簧悬挂导线节段模型测振试验装置，其特征在于：所述悬吊横杆上设有竖直弹簧穿设的并沿长轴方向设置的穿设孔。

9.如权利要求1~8 之一所述的一种内支架式弹簧悬挂导线节段模型测振试验装置，其特征在于：所述上梁和下梁均通过螺栓和螺母配合固定连接在支撑柱上。