CN109186932A - 一种大高差塔线体系风洞试验装置 - Google Patents

Abstract

本申请提供一种大高差塔线体系风洞试验装置，包括设置在风洞设备中的转向盘、底板以及与实际输电设备等比例结构的模拟输电塔和模拟导线，以及架杆和检测件。试验装置可用来研究大高差塔线体系的风振响应特性，通过对风洞试验室风速与风向角的调整来模拟实际风场环境；装置中第二导线为六分裂导线，与设置在上方的第一导线配合，可得到不同风速与风向角下两种导线偏移的对比情况；架杆上设置的调节部件可以实现调节不同高差下，以得到不同高差下塔线体系气弹模型，探究不同高差下塔线体系风洞试验装置的风振响应特性。以等比例模型代替实际电力设备进行试验，解决传统试验方法中试验受环境影响较大，效率低的问题。

Description

一种大高差塔线体系风洞试验装置

技术领域

本申请涉及高压输电设备技术领域，尤其涉及一种大高差塔线体系风洞试验装置。

背景技术

电力产业是国民经济发展中的能源供给与动力支持，是我国国民经济中重要的支柱产业。输电线路上以输电塔线体系为主，输电塔线体系中的设备直接跨越长距离并且与线路周围环境直接接触，很容易受到环境中的各种风雨侵蚀，即在输电过程中极容易承受风载荷。为保证输电塔线体系在风荷载作用下的安全性和稳定性，现有技术进行了一系列的输电塔线体系的风载荷试验。

大高差塔线体系作为电能输送载体，其安全性和可靠性在电力产业的飞速发展中受到社会的日益关注，也是目前风载荷试验研究对象中的一种。输电塔线体系是由导线、绝缘子、输电塔和连接金具等构件组成的复杂耦联体系，具有强烈的几何非线性。在风荷载作用下，高柔性的输电塔和大跨度的导线相互作用，整体结构的风振响应显著，结构极易发生振动疲劳破坏和倒塌破坏。由此可见，在风况影响下，对大高差塔线体系的风振响应特性进行深入研究，保证输电线路的安全运行具有非常重要的现实意义。

但目前的试验方法中，通常在实际环境中直接从事相关风载荷参数的测量，即在输电塔上的多个位置上，设置检验输电塔体形变的应变片和加速度传感器，当环境中出现大风天气时，通过应变片和加速度传感器测量输电塔在风载荷的作用下产生的变形情况。可见，现有的试验方法中，需要合适的天气条件才能够实施试验，受环境因素影响较大。并且由于实际输电塔线体系的设备体积较大，在布置传感器和检测过程中，都存在诸多不便，使试验的效率大大降低。

发明内容

本申请提供了一种大高差塔线体系风洞试验装置，以解决传统试验方法中试验受环境影响较大，效率低的问题。

本申请提供的一种大高差塔线体系风洞试验装置，包括设置在风洞设备中的转向盘、底板以及与实际输电设备等比例结构的模拟输电塔和模拟导线；所述试验装置还包括架杆和检测件；

其中，所述转向盘为圆盘形结构，可以圆盘的中心为转轴在水平方向转动，所述转向盘上均匀设有多个固定孔；所述底板为长条矩形的板状结构，所述底板通过所述固定孔设置在所述转向盘上；所述模拟输电塔可拆卸地固定安装在所述底板的中部位置，所述模拟输电塔上的多处位置设有所述检测件；

所述底板上还设有所述架杆，所述架杆包括两个T形结构且高度不同的第一架杆和第二架杆，所述第一架杆和第二架杆分别设置在所述模拟输电塔的两侧，所述模拟导线依次将所述第一架杆、所述模拟输电塔和所述第二架杆连接；所述第一架杆和第二架杆上均设有调节所述模拟导线连接位置高度的调节部件。

可选的，所述模拟输电塔上设有位于所述模拟输电塔顶部位置的第一绝缘子组，在所述第一绝缘子组下方位置还设有第二绝缘子组；所述模拟导线包括连接所述第一绝缘子组的第一导线，以及连接所述第二绝缘子组的第二导线。

可选的，所述第一绝缘子组和所述第二绝缘子组各自均包括两个对称设置的绝缘子串；所述第二绝缘子组中的两个绝缘子串之间的夹角，大于所述第一绝缘子组中的两个绝缘子串之间的夹角。

可选的，所述第一导线包括至少两条按实际输电线长度等比例缩小的铜质导线，所述第一导线上还套设有多个塑料管。

可选的，所述第二导线为六分裂导线，所述第二导线包括六条规格相同的输电导线，所述第二导线上还设有环形件，所述环形件为垂直于所述第二导线的中轴线的圆环铝片，所述环形件上均布六个用于穿过每条输电导线的圆孔。

可选的，所述调节部件为均匀设置在所述第一架杆和/或所述第二架杆的多个导线连接孔，所述模拟导线通过连接不同高度位置上的所述导线连接孔，实现与所述模拟输电塔之间不同的高度差。

可选的，所述底板包括固定部和距离调节部，所述固定部通过所述固定孔螺接在所述转向盘上，所述距离调节部设置在所述固定部的两侧，可以通过与所述固定部在不同的位置点连接调节整个所述底板的长度。

可选的，所述检测件包括设置在所述模拟输电塔上多个预设位置上的应变片和加速度传感器。

由以上技术方案可知，本申请提供一种大高差塔线体系风洞试验装置，包括设置在风洞设备中的转向盘、底板以及与实际输电设备等比例结构的模拟输电塔和模拟导线；所述试验装置还包括架杆和检测件。其中，转向盘上安装底板，可以圆盘的中心为转轴在水平方向转动，模拟输电塔可拆卸地固定安装在底板的中部位置，架杆包括分别设置在模拟输电塔的两侧的第一架杆和第二架杆，模拟输电塔的两侧所述模拟输电塔上的多处位置设有检测件；模拟导线依次将第一架杆上的调节部件、模拟输电塔和第二架杆上的调节部件顺次连接。

本申请提供的试验装置可用来研究大高差塔线体系的风振响应特性，通过对风洞试验室风速与风向角的调整来模拟实际风场环境；装置中第二导线为六分裂导线，与设置在上方的第一导线配合，可得到不同风速与风向角下两种导线偏移的对比情况；架杆上设置的调节部件可以实现调节不同高差下，以得到不同高差下塔线体系气弹模型，探究不同高差下塔线体系风洞试验装置的风振响应特性。以等比例模型代替实际电力设备进行试验，解决传统试验方法中试验受环境影响较大，效率低的问题。

附图说明

为了更清楚地说明本申请的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本申请一种大高差塔线体系风洞试验装置的结构示意图；

图2为本申请一种大高差塔线体系风洞试验装置架杆的结构示意图；

图3为本申请一种大高差塔线体系风洞试验装置第二导线的局部结构示意图；

图4为本申请一种大高差塔线体系风洞试验装置底板的结构示意图；

图示说明：

其中，1-转向盘；11-固定孔；2-底板；21-固定部；22-距离调节部；3-模拟输电塔；31-第一绝缘子；32-第二绝缘子；4-架杆；41-第一架杆；42-第二架杆；43-调节部件； 5-模拟导线；51-第一导线；52-第二导线；53-环形件；6-检测件。

具体实施方式

下面将详细地对实施例进行说明，其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下实施例中描述的实施方式并不代表与本申请相一致的所有实施方式。仅是与权利要求书中所详述的、本申请的一些方面相一致的系统和方法的示例。

参见图1，为一种大高差塔线体系风洞试验装置的结构示意图。本申请所称的高差是指输电线两端的固定高度之间的相对高度差，具体的高度差程度，根据输电线两端连接的线塔的形状确定，例如，在部分实施例中，将高度比例大于或等于1:2的高度差称为大高差，显然，在大高差下，输电线的形状不同，相应的对两端线塔的作用力大小和方向也不同。

本申请提供大高差塔线体系风洞试验装置，包括设置在风洞设备中的转向盘1、底板2以及与实际输电设备等比例结构的模拟输电塔3和模拟导线5；所述试验装置还包括架杆4和检测件6。在本申请提供的技术方案中，风洞设备设置在风洞实验室中，能够提供一个具有不断空气流动的风洞，风洞中的风速可以根据实验需要实时进行调整。本申请中风洞设备所提供的风洞体积，要足够容纳整个风洞试验装置，即所述转向盘1、底板2、模拟输电塔3、架杆4和模拟导线5均设置在风洞设备中。

具体地，转向盘1为圆盘形结构，可以圆盘的中心为转轴在水平方向转动。转向盘1可以包括转轴和转盘两部分，转轴设置在圆盘的中心位置，转轴与转盘之间可以相对滑动的转动，也可以是相互固定的，通过转动转轴的方式实现转盘的转动。转向盘1上均匀设有多个固定孔11，转向盘1上设置的多个固定孔11用来安装底板2。底板2为长条矩形的板状结构，底板2通过固定孔11设置在转向盘1上，即底板2上也可以在对应的位置上设置多个孔，与固定孔11之间形成连接，具体的连接固定方式可以是螺纹连接，即在底板2上的孔也固定孔11的位置固定后，通过螺栓将连接位置紧固，实现将底板2 固定在转向盘1上。

模拟输电塔3可拆卸地固定安装在底板2的中部位置，在本申请提供的技术方案中，模拟输电塔3是根据实际输电塔进行等比例缩小制成的输电塔模型，根据实际要进行检测的输电塔的类型不同，可以更换不同形状的模拟输电塔3。示例地，模拟输电塔3可以是按照1:36的比例缩小建立的N46塔模型，N46塔模型主材杆件、斜杆和横杆面杆件均采用1.5mm厚的薄铝板加工成，与角钢形状相似的杆件。通过在底板2和模拟输电塔 3之间的可拆卸连接，便于更换多种不同形状的模拟输电塔3，具体的可拆卸连接形式可以采用螺纹连接的方式，或者在设置便于安装和拆卸的安装部件。

模拟输电塔3上的多处位置设有检测件6，其中，检测件6包括设置在模拟输电塔3上多个预设位置上的应变片和加速度传感器。本申请中所述预设位置是指在进行风洞试验中，模拟输电塔3上容易出现振动疲劳破坏和倒塌破坏的位置，例如模拟输电塔3上的杆件连接交汇的位置，或者设有开孔和连接部件的位置上。在进行风洞试验时，通过检测件6可以得到不同风速、不同风向角下塔线体系气弹模型的风振响应参数数据，结合相关测量仪器，如风洞设备记录相应的数据，最后对数据进行处理分析，可用于研究大高差塔线体系，在不同风况作用下的动力响应及风载荷特性。

如图2所示，底板2上还设有架杆4，架杆4包括两个T形结构且高度不同的第一架杆41和第二架杆42，不同高度的第一架杆41和第二架杆42可以用于与模拟输电塔3 之间形成大高差。T形结构的第一架杆41和第二架杆42可以在中间位置的竖杆上连接输电线，也可以在顶部位置的横杆上连接输电线，从而在更换不同形状的模拟输电塔3 时，实现连接不同布置形态的输电线，增加实验装置的应用范围。

第一架杆41和第二架杆42分别设置在模拟输电塔3的两侧，模拟导线5依次将第一架杆41、模拟输电塔3和第二架杆42连接。本实施例提供的实验装置中，左右两边T 型架杆4与模拟输电塔4排成一线固定在底板2上，以模拟实际输电环境。即如图1所示，模拟导线5可先在一端上连接第一架杆41，然后通过与实际下坠程度相同的方式使模拟导线5的中部连接模拟输电塔3，再以与实际电线下垂程度相同的方式使模拟导线5 的另一端与第二架杆42连接。本申请提供的技术方案中，模拟导线5是按照实际输电线等比例缩小的线材制成。例如，可以是长度缩尺比为1:432，以铜丝作为导线模型基本材料。

第一架杆41和第二架杆42上均设有调节模拟导线5连接位置高度的调节部件43。通过第一架杆41和第二架杆42上的调节部件43，可以通过调节部件43，调整模拟导线 5在第一架杆41和第二架杆42上的连接位置，从而调节模拟导线5两端连接位置的高度差。进一步地，调节部件43为均匀设置在第一架杆41和/或第二架杆42的多个导线连接孔，模拟导线5通过连接不同高度位置上的导线连接孔，实现与模拟输电塔3之间不同的高度差。T形架杆4的竖杆上等距离打孔，可以得到档距相同、不同高差下的塔线体系气弹模型。

在本申请的部分实施例中，模拟输电塔3上设有位于模拟输电塔3顶部位置的第一绝缘子组31，在第一绝缘子组31下方位置还设有第二绝缘子组32。其中，第一绝缘子组31和第二绝缘子组32各自均包括两个对称设置的绝缘子串，用于使模拟输电塔3中位于上方的两根导线相互平行且在竖直平面内对称。第二绝缘子组32中的两个绝缘子串之间的夹角，大于第一绝缘子组31中的两个绝缘子串之间的夹角。模拟导线5包括连接第一绝缘子组31的第一导线51，以及连接第二绝缘子组32的第二导线52。

进一步地，如图3所示，第一导线51包括至少两条按实际输电线长度等比例缩小的铜质导线，第一导线51上还套设有多个塑料管。示例地，第一导线51上套有8cm长的塑料短管，铜丝穿过一定数量的塑料短管，且每个塑料短管间有一定的间距，以此作为输电导线模型。

第二导线52为六分裂导线，第二导线52包括六条规格相同的输电导线，第二导线52上还设有环形件53，环形件53为垂直于第二导线52的中轴线的圆环铝片，环形件 53上均布六个用于穿过每条输电导线的圆孔。设置在模拟输电塔3下方的第二导线52，仅单根连接在第二绝缘子组32的末端。作为六分裂导线，第二导线52可以与上方的第一导线51的连接方式相似，在进行风洞试验过程中，两种导线作为对比，探究其在不同风速与风向角下的偏移情况。

在本申请的部分实施例中，如图4所示，底板2包括固定部21和距离调节部22，固定部21通过固定孔11螺接在转向盘1上，距离调节部22设置在固定部21的两侧，可以通过与固定部21在不同的位置点连接调节整个底板2的长度。本实施例中通过调节底板2的长度，可以调整模拟输电塔3与两侧的第一架杆41和第二架杆42之间的距离，从而调节模拟导线5的跨度，松紧度等，输出多种不同的检测数据。

由以上技术方案可知，本申请提供的大高差塔线体系风洞试验装置具有以下特点。在进行缩尺模型的风洞试验前，可根据试验目的满足有关参数的相似准则，确定模型的比例；风洞试验室中风速一定范围内连续可调，保证了试验的稳定性和连续性；风洞试验室内的转向盘1可实现360°的旋转，底板2在相应位置处打孔，使固定螺钉能够穿过底板2旋入风洞试验室中的圆形转盘的螺孔中，使整个试验装置的旋转角度与转向盘1 的旋转角度相同。

模拟输电塔3中位于上方的两根第一导线51相互平行且在竖直平面内对称；模拟输电塔3中位于下方的单根第二导线52为六分裂导线，与第一导线51的连接方式相似，试验中两种导线作为对比，可探究其在不同风速与风向角下的偏移情况；试验装置中左右两边T型架杆4与模拟输电塔3排成一线固定在底板2上；通过安装的应变片来测量塔的风振响应，以及通过安装的加速度传感器来测量模拟输电塔3的加速度响应；在T 型架杆4的竖杆上等距离打孔，可以得到档距相同、不同高差下塔线体系气弹模型。

本申请提供的大高差塔线体系风洞试验装置在应用中，具有以下有益效果：可以通过建立输电设备模型在风洞设备中的风荷载作用下，通过高柔性的模拟输电塔3和大跨度的模拟导线5的相互作用，使装置的整体结构的风振响应更显著，便于深入研究大高差塔线体系的风振响应特性；在进行缩尺模型的风洞试验前，可实现根据试验目的满足有关参数的相似准则设计试验模型，得出模型与实际的比例，保证试验数据的准确性；考虑到实际情况下风速的变化，可通过对风洞试验室风速与风向角的调整来满足实际要求；通过安装在模拟输电塔3下方的六分裂导线，与上方的单根导线得到不同风速与风向角下两种导线偏移的对比情况；通过在T型架杆4的竖杆上等距离打孔，确定相同档距、不同高差下的导线长度，得到不同高差下塔线体系气弹模型，探究不同高差下塔线体系风洞试验装置的风振响应特性。

本申请提供的实施例之间的相似部分相互参见即可，以上提供的具体实施方式只是本申请总的构思下的几个示例，并不构成本申请保护范围的限定。对于本领域的技术人员而言，在不付出创造性劳动的前提下依据本申请方案所扩展出的任何其他实施方式都属于本申请的保护范围。

Claims (8)

1.一种大高差塔线体系风洞试验装置，其特征在于，包括设置在风洞设备中的转向盘(1)、底板(2)以及与实际输电设备等比例结构的模拟输电塔(3)和模拟导线(5)；所述试验装置还包括架杆(4)和检测件(6)；

其中，所述转向盘(1)为圆盘形结构，可以圆盘的中心为转轴在水平方向转动，所述转向盘(1)上均匀设有多个固定孔(11)；所述底板(2)为长条矩形的板状结构，所述底板(2)通过所述固定孔(11)设置在所述转向盘(1)上；所述模拟输电塔(3)可拆卸地固定安装在所述底板(2)的中部位置，所述模拟输电塔(3)上的多处位置设有所述检测件(6)；

所述底板(2)上还设有所述架杆(4)，所述架杆(4)包括两个T形结构且高度不同的第一架杆(41)和第二架杆(42)，所述第一架杆(41)和第二架杆(42)分别设置在所述模拟输电塔(3)的两侧，所述模拟导线(5)依次将所述第一架杆(41)、所述模拟输电塔(3)和所述第二架杆(42)连接；所述第一架杆(41)和第二架杆(42)上均设有调节所述模拟导线(5)连接位置高度的调节部件(43)。

2.根据权利要求1所述的风洞试验装置，其特征在于，所述模拟输电塔(3)上设有位于所述模拟输电塔(3)顶部位置的第一绝缘子组(31)，在所述第一绝缘子组(31)下方位置还设有第二绝缘子组(32)；所述模拟导线(5)包括连接所述第一绝缘子组(31)的第一导线(51)，以及连接所述第二绝缘子组(32)的第二导线(52)。

3.根据权利要求2所述的风洞试验装置，其特征在于，所述第一绝缘子组(31)和所述第二绝缘子组(32)各自均包括两个对称设置的绝缘子串；所述第二绝缘子组(32)中的两个绝缘子串之间的夹角，大于所述第一绝缘子组(31)中的两个绝缘子串之间的夹角。

4.根据权利要求2所述的风洞试验装置，其特征在于，所述第一导线(51)包括至少两条按实际输电线长度等比例缩小的铜质导线，所述第一导线(51)上还套设有多个塑料管。

5.根据权利要求2所述的风洞试验装置，其特征在于，所述第二导线(52)为六分裂导线，所述第二导线(52)包括六条规格相同的输电导线，所述第二导线(52)上还设有环形件(53)，所述环形件(53)为垂直于所述第二导线(52)的中轴线的圆环铝片，所述环形件(53)上均布六个用于穿过每条输电导线的圆孔。

6.根据权利要求1所述的风洞试验装置，其特征在于，所述调节部件(43)为均匀设置在所述第一架杆(41)和/或所述第二架杆(42)的多个导线连接孔，所述模拟导线(5)通过连接不同高度位置上的所述导线连接孔，实现与所述模拟输电塔(3)之间不同的高度差。

7.根据权利要求1所述的风洞试验装置，其特征在于，所述底板(2)包括固定部(21)和距离调节部(22)，所述固定部(21)通过所述固定孔(11)螺接在所述转向盘(1)上，所述距离调节部(22)设置在所述固定部(21)的两侧，可以通过与所述固定部(21)在不同的位置点连接调节整个所述底板(2)的长度。

8.根据权利要求1所述的风洞试验装置，其特征在于，所述检测件(6)包括设置在所述模拟输电塔(3)上多个预设位置上的应变片和加速度传感器。