CN108534980B - 一种冷却塔群塔表面风压干扰效应试验设备及其使用方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种冷却塔群塔表面风压干扰效应试验设备及其使用方法，包括支撑架、动力装置和传动装置，所述的动力装置设置在支撑架内，传动装置和动力装置的输出端连接，包括旋转盘和支撑装置，所述旋转盘水平设置，旋转盘与传动装置传动连接。本发明结构简单巧妙，旋转盘和支撑装置的设置，能使测试冷却塔模型固定，而干扰冷却塔模型围绕测试冷却塔模型转动，从而有效排除排除了传统冷却塔群塔表面风压干扰效应试验中因测试冷却塔模型随旋转盘转动而导致的试验结果误差。

Description

一种冷却塔群塔表面风压干扰效应试验设备及其使用方法

技术领域

本发明涉及冷却塔模型风洞实验领域，具体涉及一种冷却塔群塔表面风压干扰效应试验设备及其使用方法。

背景技术

随着我国电力事业的发展，对冷却塔模型的要求越来越高。冷却塔模型是热电厂的重要冷却设施，并且多以群体结构形式出现。由于塔群之间的干扰效应，其表面风压分布与单塔情况有较大差异。为保证冷却塔模型的安全性与经济性，往往需要对群体冷却塔模型结构进行风洞试验确定其表面风压特性和风致干扰效应。以往的冷却塔模型测压模型风洞试验中，所有模型，包括测试模型和周边模型，都固定在旋转盘上随旋转盘一起转动。这就带来如下三种因素的影响：模型制作精度误差、实验设备误差和测压点敏感性差异。

常规以阻力系数为指标得到的多塔比例系数取值也在1.2~1.4的范围，而上述试验误差所造成的影响也在20%左右。如果在干扰试验中不克服上述缺陷，这种风压分布的差异将难以分辨是上述试验误差还是周边干扰效应造成的，试验结果的合理性也将受到质疑。

发明内容

本发明提供了一种冷却塔群塔表面风压干扰效应试验设备,以解决背景技术中所述的以往的冷却塔模型测压模型风洞试验中模型制作精度误差、实验设备误差和测压点敏感性差异所导致的多塔干扰试验中难以分辨是上述试验误差还是周边干扰效应造成的试验结果的合理性不确定的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种冷却塔群塔表面风压干扰效应试验设备，包括支撑架、动力装置和传动装置，所述的动力装置设置在支撑架内，传动装置和动力装置的输出端连接，包括旋转盘和支撑装置，所述旋转盘水平设置，旋转盘与传动装置传动连接，所述的旋转盘包括从内到外依次同轴套设的第一环形板、第二环形板和第三环形板，且第一环形板、第二环形板和第三环形板在同一个平面，第一环形板和第二环形板之间、第二环形板和第三环形板之间均固定设置有多个滚动装置，滚动装置以旋转盘中心为圆心沿旋转盘周向等间隔分布，所述的滚动装置包括转轴和转动设置在转轴上的滚球，滚球等间隔设置在转轴上；

所述的支撑装置包括支撑板、立杆和端板，支撑板水平设置在旋转盘中部，所述的立杆上端和支撑板下表面中部固定连接，立杆下端穿过第一环形板设置在支撑架内，立杆下端设置有端板，端板的外端与支撑架固定。

所述的支撑板上表面设置有压紧装置，压紧装置包括十字型压紧杆和竖直杆，竖直杆下端固定在十字型压紧杆上端面中部，竖直杆上端顶在天花板上，十字型压紧杆压覆在支撑板上端面。

所述的传动装置包括圆形固定板，圆形固定板水平固定在支撑架上端面，圆形固定板上端面沿圆形固定板周向设置有阶梯导轨，所述的阶梯导轨为环形的导轨，阶梯导轨的内侧面设置有阶梯，旋转盘设置在阶梯导轨上方，且旋转盘的第三环形板下表面沿周向设置有固定块，固定块外侧面均设置有滚轮，滚轮设置在阶梯导轨上，所述的旋转盘下方设置有齿盘，旋转盘和齿盘之间设置多个垫块，旋转盘和齿盘通过螺栓连接，螺栓穿过垫块；旋转盘、圆形固定板和齿盘同轴设置。

所述的动力装置采用电机，电机输出轴朝上竖直设置，电机上端固定设置有减速器，减速器通过减速器固定架固定在圆形固定板下端面，减速器的输出轴穿过圆形固定板，且设置第一齿轮，第一齿轮和齿盘相啮合。

所述的立杆下端分别从第一环形板中心，齿盘中心和圆形固定板中心穿过，且立杆与第一环形板、齿盘和圆形固定板之间均设置有轴承。

所述的端板外端固定在电机下端。

所述的第三环形板内径大于支撑板直径。

所述的滚球两端的转轴上均设置有限位块，滚球能在其两端的限位块上的转轴上转动。

一种冷却塔群塔表面风压干扰效应试验设备的使用方法包括以下操作步骤：

（1）在支撑板上表面设置测试冷却塔模型，测试冷却塔模型表面根据试验需要设置一定数量的测压点，测试冷却塔模型下端通过螺钉固定在支撑板上端面；

（2）压紧装置设置在支撑板上端面中部，使压紧装置上端顶在天花板上，下端压紧支撑板；

（3）在测试冷却塔模型外表面沿子午向和环向布置测压点；

（4）风洞吹风，对单个的测试冷却塔模型，进行测试采集数据；

（5）根据设计图纸的多塔位置在旋转盘上固定干扰冷却塔模型；

（6）电机工作，带动齿盘转动，齿盘带动旋转盘转动，测试冷却塔模型在支撑板上静止，旋转盘上方的干扰冷却塔模型围绕测试冷却塔模型转动；

（7）旋转盘旋每次转动5°进行一次数据采集，旋转盘旋转一周为一次完整测试。

测试冷却塔模型表面风压的测量与采集、数据处理系统采用由美国 Scanivalve扫描阀公司生产的 DSM3000 电子式压力扫描阀系统、PC 机、信号采集程序及数据处理软件组成，共使用了 6 个 ZOC33 压力扫描阀模块，保证同步采样点数达到 9×36=324 个。

本发明有益效果：

1.本发明结构简单巧妙，旋转盘和支撑装置的设置，能使测试冷却塔模型固定，干扰冷却塔模型围绕测试冷却塔模型转动，从而有效排除了传统冷却塔群塔表面风压干扰效应试验中，因测试冷却塔模型随旋转盘转动，而导致的试验结果误差；

2. 旋转盘的第一环形板、第二环形板、第三环形板和滚动装置的设置，使支撑装置的支撑板在旋转盘转动时保持平稳，支撑装置上方压紧装置的设置能够进一步压紧支撑装置的支撑板，防止旋转盘转动时，支撑板在旋转盘上发生侧歪，影响实验数据的准确性。

附图说明

图1为本发明结构示意图；

图2为本发明图1的局部放大图；

图3为本发明旋转盘的结构示意图；

图4为滚动装置结构示意图；

图5为测试冷却塔模型和干扰冷却塔模型固定示意图；

图6常规模型试验不同风向角下的阻力系数差异；

图7测试冷却塔模型表面平均风压分布；

图8实验设备误差的影响示意图；

图9本发明使用方法流程图。

图中： 1. 测试冷却塔模型、2. 竖直杆、3. 十字型压紧杆、4. 支撑板、5. 旋转盘、6. 固定块、7. 立杆、8. 端板、9. 第一齿轮、10. 阶梯导轨、11. 齿盘、12. 圆形固定板、13. 减速器固定架、14. 减速器、15. 电机、16. 支撑架、17. 垫块、18. 干扰冷却塔模型、19. 滚动装置、20. 第一环形板、21. 第二环形板、22. 第三环形板、23. 限位块、24.滚轮、25. 轴承、26. 滚球、27. 转轴。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

如图1-9所示：本发明所述的一种冷却塔群塔表面风压干扰效应试验设备，包括支撑架16、动力装置和传动装置，所述的动力装置设置在支撑架16内，传动装置和动力装置的输出端连接；

传动装置包括圆形固定板12，圆形固定板12水平固定在支撑架16上端面，圆形固定板12上端面沿圆形固定板12周向设置有阶梯导轨10，所述的阶梯导轨10为环形的导轨，阶梯导轨10的内侧面设置有阶梯，旋转盘5设置在阶梯导轨10上方，且旋转盘5的第三环形板22下表面沿周向设置有固定块6，固定块6外侧面均设置有滚轮24，滚轮24设置在阶梯导轨10上，所述的旋转盘5下方设置有齿盘11，旋转盘5和齿盘11之间设置多个垫块17，旋转盘5和齿盘11通过螺栓连接，螺栓穿过垫块17；旋转盘5、圆形固定板12和齿盘11同轴设置。

动力装置采用电机15，电机15输出轴朝上竖直设置，电机15上端固定设置有减速器14，减速器14通过减速器固定架13固定在圆形固定板12下端面，减速器14的输出轴穿过圆形固定板12，且设置第一齿轮9，第一齿轮9和齿盘11相啮合。

包括旋转盘5和支撑装置，所述旋转盘5水平设置，旋转盘5与传动装置传动连接，所述的旋转盘5包括从内到外依次同轴套设的第一环形板20、第二环形板21和第三环形板22，且第一环形板20、第二环形板21和第三环形板22在同一个平面，第一环形板20和第二环形板21之间、第二环形板21和第三环形板22之间均固定设置有多个滚动装置19，滚动装置19以旋转盘5中心为圆心沿旋转盘5周向等间隔分布，所述的滚动装置19包括转轴27和转动设置在转轴27上的滚球26，滚球26等间隔设置在转轴27上，所述的滚球26两端的转轴27上均设置有限位块23，滚球26能在其两端的限位块23上的转轴27上转动。

所述的支撑装置包括支撑板4、立杆7和端板8，支撑板4水平设置在旋转盘5中部，所述的立杆7上端和支撑板4下表面中部固定连接，第三环形板22内径大于支撑板4直径，立杆7下端分别从第一环形板20中心，齿盘11中心和圆形固定板12中心穿过，且立杆7与第一环形板20、齿盘11和圆形固定板12之间均设置有轴承25，立杆7下端穿过第一环形板20设置在支撑架16内，立杆7下端设置有端板8，端板8的外端与支撑架16固定，所述的端板8外端固定在电机15下端。所述的支撑板4上表面设置有压紧装置，压紧装置包括十字型压紧杆3和竖直杆2，竖直杆2下端固定在十字型压紧杆3上端面中部，竖直杆2上端顶在天花板上，十字型压紧杆3压覆在支撑板4上端面。

一种冷却塔群塔表面风压干扰效应试验设备的使用方法包括以下操作步骤：

（1）在支撑板4上表面设置测试冷却塔模型1模型，测试冷却塔模型1模型下端通过螺钉固定在支撑板4上端面，测试冷却塔模型1表面根据试验需要设置一定数量的测压点。

（2）压紧装置设置在支撑板4上端面中部，使压紧装置上端顶在天花板上，下端压紧支撑板4。

（3）在测试冷却塔模型1外表面沿子午向和环向布置 9× 36 = 324个测压点作为测试塔。测试冷却塔模型1表面风压的测量与采集、数据处理系统采用由美国 Scanivalve扫描阀公司生产的 DSM3000 电子式压力扫描阀系统、PC 机、信号采集程序及数据处理软件组成，共使用了 6 个 ZOC33 压力扫描阀模块，保证同步采样点数达到 9×36=324 个。

（4）风洞吹风，对单个的测试冷却塔模型1模型，进行测试采集数据。

（5）根据设计图纸的多塔位置在旋转盘5上固定干扰冷却塔模型18模型。

（6）电机15工作，带动齿盘11转动，齿盘11带动旋转盘5转动，测试冷却塔模型1模型在支撑板4上静止，旋转盘5上方的干扰冷却塔模型18围绕测试冷却塔模型1转动。

（7）旋转盘5旋每次转动5°进行一次数据采集，旋转盘5旋转一周为一次完整测试。

本发明的能够克服传统的冷却塔风洞测试中的冷却塔模型制作精度误差、实验设备误差和测压点敏感性差异所导致的实验误差。

1.测试冷却塔模型1制作精度误差。作为圆截面结构，测试冷却塔模型1横截面形状的些许误差就将使测试冷却塔模型1的表面风压分布发生显著变化，因此对冷却塔模型制作精度有较高的要求。现阶段，测试冷却塔模型1刚体通常采用有机玻璃热塑压模工艺制成，每个塔筒由两个半圆沿子午向接缝粘合而成，但受加工工艺限制，测试冷却塔模型1截面的圆度难以控制。由于测试冷却塔模型1截面的圆度的误差，如果测试冷却塔模型1也随旋转盘5转动，则每个风向角下的迎风投影面也将发生变化，这必将导致风压分布的变化。对于这一影响，即使在单塔情况下，不同吹风角度下的风压分布和阻力系数仍有一定差异。（图6，Cd-Rms：阻力系数的根方差；Cd-Mean：阻力系数的均值；Mean：均值；Rms：根方差；θ：风向角下）给出了测压冷却塔模型单塔不同风向角下的阻力系数；即使是阻力系数均值，在四个吹风角度下的差异就超过15%。

当采用本发明的设备时，由于测试冷却塔模型1固定在支撑板4上表面在实验时支撑板4固定不动，即使有冷却塔模型截面的圆度的误差，由于测试冷却塔模型1不随旋转盘5转动，因此每个风向角下的迎风投影面也将不会发生变化，风压分布的不会变化，因此当采用本发明的设备能够有效避免由于冷却塔模型制作精度误差而导致的实验误差。

2.实验设备误差。作为圆截面结构，测试冷却塔模型1的风压沿环向角度θ变化极为显著（如图7 ，SW：侧风区；WW迎风区；LW背风区；Cp,e测点压力系数；θ：环向角度）。尤其是在迎风区和侧风区，即使测点角度θ有2°~3°的角度误差，测点压力就将出现显著变化。如图6中θ=24°和26°处，规范的风压系数相差0.084，误差达到21%；θ=46°和48°处，规范的风压系数相差0.1，误差达到16%。显然，在旋转盘5转动过程中，难以保证每次旋转盘5的转动角度一致，也即测试冷却塔模型1上测点角度θ在每个工况下未必是一致的。（图7）给出了这一影响的示意图，A点和B点为旋转盘5的转动角度一致时的准确位置，A’和B’为实际转动的位置，旋转盘5转动过程中，旋转盘5的转动角度偏差＆。

3.测压点敏感性差异。与实验设备误差的成因一样，这一影响也是因为冷却塔模型转动造成的。测压试验中，测试冷却塔模型1表面布置的测压点较多，需要多个测压模块同步测量。显然，每个测压点传感器对风压的敏感性并不是完全一致的。如果测试塔也随旋转盘5转动，则每一个测压点，如点A（图8），将随冷却塔模型的转动位于不同位置，如可能位于迎风区、侧风区或背风区。这也将导致每个风向角下测得的风压分布，所受测点敏感性的影响是变化的。

当采用本发明的设备时由于测试冷却塔模型1固定在支撑板4上表面在实验时支撑板4固定不动，只是旋转盘5在带动干扰冷却塔冷却塔模型在转动，避免出现2.实验设备误差，出现的难以保证每次旋转盘5的转动角度一致的情况；

同时由于测试冷却塔模型1的固定其测压点传感器不会变化，避免3.测压点敏感性差异中，出现的，测试塔也随旋转盘5转动位于位于迎风区、侧风区或背风区内的传感器也变化，避免了因每个测压点传感器对风压的敏感性并不是完全一致的而导致的实验误差。

本发明的工作原理：电机15通电转动，电机15的输出轴带动减速器14，减速器14的输出轴通过第一齿轮9带动齿盘11绕立杆7旋转，齿盘11带动带动旋转盘5绕立杆7转动，而支撑装置由于其端板8的外端固定在电机15上，支撑装置相对支撑架16保持静止，支撑装置的支撑板4与旋转盘5产生相对转动，旋转盘5上的滚动装置19对支撑板4起到支撑和减少其与旋转盘5的摩擦作用，支撑板4支撑其上表面的测试冷却塔模型1使其保持静止，旋转盘5带动其上表面的干扰冷却塔模型18围绕测试冷却塔模型1旋转。

旋转盘5的第一环形板20、第二环形板21、第三环形板22和滚动装置19的设置，使支撑装置的支撑板4在旋转盘5转动时保持平稳，支撑装置上方压紧装置的设置能够进一步压紧支撑装置的支撑板4，防止旋转盘5转动时，支撑板4在旋转盘5上发生侧歪，影响实验数据的准确性。

本发明结构简单巧妙，旋转盘5和支撑装置的设置，能使测试冷却塔模型1固定，而干扰冷却塔模型18围绕测试冷却塔模型1转动，从而有效排除了传统冷却塔群塔表面风压干扰效应试验中，因测试冷却塔模型1随旋转盘转动而导致的试验结果误差。

Claims (8)

1.一种冷却塔群塔表面风压干扰效应试验设备，其特征在于：包括支撑架、动力装置和传动装置，所述的动力装置设置在支撑架内，传动装置和动力装置的输出端连接；还包括旋转盘和支撑装置，所述旋转盘水平设置，旋转盘与传动装置传动连接，所述的旋转盘包括从内到外依次同轴套设的第一环形板、第二环形板和第三环形板，且第一环形板、第二环形板和第三环形板在同一个平面，第一环形板和第二环形板之间、第二环形板和第三环形板之间均固定设置有多个滚动装置，滚动装置以旋转盘中心为圆心沿旋转盘周向等间隔分布，所述的滚动装置包括转轴和转动设置在转轴上的滚球，滚球等间隔设置在转轴上；

所述的支撑装置包括支撑板、立杆和端板，支撑板水平设置在旋转盘中部，所述的立杆上端和支撑板下表面中部固定连接，立杆下端穿过第一环形板设置在支撑架内，立杆下端设置有端板，端板的外端与支撑架固定；

所述的传动装置包括圆形固定板，圆形固定板水平固定在支撑架上端面，圆形固定板上端面沿圆形固定板周向设置有阶梯导轨，所述的阶梯导轨为环形的导轨，阶梯导轨的内侧面设置有阶梯，旋转盘设置在阶梯导轨上方，且旋转盘的第三环形板下表面沿周向设置有固定块，固定块外侧面均设置有滚轮，滚轮设置在阶梯导轨上，所述的旋转盘下方设置有齿盘，旋转盘和齿盘之间设置多个垫块，旋转盘和齿盘通过螺栓连接，螺栓穿过垫块；旋转盘、圆形固定板和齿盘同轴设置；

在支撑板上表面设置测试冷却塔模型，测试冷却塔模型下端通过螺钉固定在支撑板上端面；在测试冷却塔模型外表面沿子午向和环向布置测压点；根据设计图纸的多塔位置在旋转盘上固定干扰冷却塔模型。

2.根据权利要求1所述的一种冷却塔群塔表面风压干扰效应试验设备，其特征在于：所述的支撑板上表面设置有压紧装置，压紧装置包括十字型压紧杆和竖直杆，竖直杆下端固定在十字型压紧杆上端面中部，竖直杆上端顶在天花板上，十字型压紧杆压覆在支撑板上端面。

3.根据权利要求2所述的一种冷却塔群塔表面风压干扰效应试验设备，其特征在于：所述的动力装置采用电机，电机输出轴朝上竖直设置，电机上端固定设置有减速器，减速器通过减速器固定架固定在圆形固定板下端面，减速器的输出轴穿过圆形固定板，且设置第一齿轮，第一齿轮和齿盘相啮合。

4.根据权利要求3所述的一种冷却塔群塔表面风压干扰效应试验设备，其特征在于：所述的立杆下端分别从第一环形板中心、齿盘中心和圆形固定板中心穿过，且立杆与第一环形板、齿盘和圆形固定板之间均设置有轴承一种冷却塔群塔测；所述的端板外端固定在电机下端。

5.根据权利要求4所述的一种冷却塔群塔表面风压干扰效应试验设备，其特征在于：所述的第三环形板内径大于支撑板直径。

6.根据权利要求5所述的一种冷却塔群塔表面风压干扰效应试验设备 ，其特征在于：所述的滚球两端的转轴上均设置有限位块，滚球能在其两端的限位块上的转轴上转动。

7.如权利要求6所述的一种冷却塔群塔表面风压干扰效应试验设备的使用方法，其特征在于：包括以下操作步骤：

（1）在支撑板上表面设置测试冷却塔模型，测试冷却塔模型表面根据试验需要设置一定数量的测压点，测试冷却塔模型下端通过螺钉固定在支撑板上端面；

（2）压紧装置设置在支撑板上端面中部，使压紧装置上端顶在天花板上，下端压紧支撑板；

（3）在测试冷却塔模型外表面沿子午向和环向布置测压点；

（4）风洞吹风，对单个的测试冷却塔模型，进行测试采集数据；

（5）根据设计图纸的多塔位置在旋转盘上固定干扰冷却塔模型；

（6）电机工作，带动齿盘转动，齿盘带动旋转盘转动，测试冷却塔模型在支撑板上静止，旋转盘上方的干扰冷却塔模型围绕测试冷却塔模型转动；

（7）旋转盘旋每次转动5°进行一次数据采集，旋转盘旋转一周为一次完整测试。

8.根据权利要求7所述的一种冷却塔群塔表面风压干扰效应试验设备的使用方法，其特征在于：测试冷却塔模型表面风压的测量与采集、数据处理系统采用由美国Scanivalve扫描阀公司生产的DSM3000电子式压力扫描阀系统、PC 机、信号采集程序及数据处理软件组成，共使用了6个ZOC33 压力扫描阀模块。

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