CN110361155B - 一种弧形导线风荷载的风洞测试装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种弧形导线风荷载的风洞测试装置。在建筑风洞的转盘上设有钢隔板，在钢隔板上装有测力天平，开有正方形槽的木板支撑在转盘上；测试段的正方形铝板安装于测力天平上；左、右补偿段的正方形铝板对称固定在木板上；三段的弧形导线试件在空间上连续，转动风洞转盘，采用测力天平测试不同来流风向角下测试段弧形导线试件，获得弧形导线试件和钢圆杆的阻力、升力系数；拆去左补偿段和右补偿段，进行相同工况的测力试验，获得钢圆杆的阻力、升力系数；将两次测试结果进行相减，即能获得弧形导线试件的阻力、升力系数。采用补偿段考虑试验段导线无限长度气动干扰的边界效应，获得弧形导线的阻力、升力系数，为弧形导线的抗风设计提供依据。
Description
技术领域
本发明涉及风洞测力试验装置，尤其是涉及一种弧形导线风荷载的风洞测试装置。
背景技术
为了保障输电导线的抗风安全，需要精确获得输电导线在不同风向角下的风荷载。为了获得输电导线的风荷载，通常可采用在风洞中对导线模型进行测力的方法来获得，该方法也是目前国内外最常用的方法，其测试装置如图4、图5所示。该方法首先制作输电导线的截断模型，然后在风洞中利用测力天平测试截断模型的阻力系数和升力系数，测试装置可采用悬臂型测试装置(如图4所示)和两端固支型测试装置(如图5所示)。由于常规输电线路导线的垂跨比(垂度与跨度比值)通常小于4％，说明常规输电线路导线非常直，因此可以针对一定长度的模型进行考虑二维流效应的测力风洞试验，然后可将试验结果推广到整档输电导线中，因此如图5所示的测试方法可以成为直线形导线风荷载的风洞测试装置。
但是实际电力线路中还会存在一种弧形的输电导线，其特点为垂跨比较大，导线呈显著的弧形，常见的有软跳线和大跨越输电线路等。软跳线如图6所示，其垂跨比最大可达20％；大跨越输电线路如图7所示，其垂跨比最大可达8％。对于弧形输电导线，若采用直线形导线风荷载的测试装置，不管采用悬臂型测试装置(如图4所示)和两端固支型测试装置(如图5所示)，在面对弧形导线的试件后，均会出现安装困难、二维流效应难于应用、试验模型平面外不稳等问题，因此直线形导线风荷载的风洞测试装置不能用来测试弧形导线的阻力系数和升力系数。
发明内容
为了克服直线形导线风荷载测试装置的不足，本发明的目的在于提供一种弧形导线风荷载的风洞测试装置，可通过风洞测力试验直接获得弧形导线的阻力系数和升力系数。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
本发明是在建筑风洞内的风洞转盘上设有钢隔板，钢隔板与风洞转盘之间通过钢螺杆支撑连接，在钢隔板上表面装有测力天平，中间开有正方形槽的圆木板通过木杆支撑在风洞转盘上，测力天平位于正方形槽内；试验模型由测试段、结构相同的左补偿段和右补偿段组成；测试段包括弧形导线试件、钢圆杆和正方形铝板，钢圆杆的一端与弧形导线试件中心的凸面焊接，钢圆杆的另一端与正方形铝板中心焊接，正方形铝板安装于测力天平上，正方形铝板与钢圆杆焊接的一面和圆木板的顶面齐平；结构相同的左补偿段和右补偿段均包括弧形导线试件、钢圆杆和正方形铝板，钢圆杆的一端与弧形导线试件中心的凸面焊接，钢圆杆的另一端与正方形铝板中心焊接，两块正方形铝板对称固定在圆木板上；要求左补偿段和右补偿段的弧形导线试件与测试段的弧形导线试件在空间上连续，通过转动风洞转盘，采用测力天平测试不同来流风向角下测试段的弧形导线试件，获得弧形导线试件和钢圆杆的阻力系数和升力系数；拆去左补偿段和右补偿段，只留下测试段的钢圆杆和正方形铝板，进行相同工况的测力试验，获得钢圆杆的阻力系数和升力系数；将两次测试结果进行相减，即能获得弧形导线试件在不同风向角下的阻力系数和升力系数。
所述圆木板与风洞转盘之间的距离要超过风洞的粘滞层厚度，离风洞转盘的距离为15cm～20cm。
所述左补偿段和右补偿段的弧形导线试件与测试段的弧形导线试件在空间上连续，保持间隙为2mm～5mm。
所述不同来流风向角为0°～90°。
本发明具有的有益效果是：
本发明可以实现风洞中不同来流风向下弧形导线风荷载的测试，采用补偿段考虑试验段导线无限长度气动干扰的边界效应，可以获得弧形导线的阻力系数和升力系数，为弧形导线的抗风设计提供依据。同时还具有安装简单、使用方便的特点。
附图说明
图1是本发明的测试装置示意图。
图2是本发明的带试验段的测试工况图。
图3是本发明的仅直杆的测试工况图。
图4是直线形导线风荷载的风洞悬臂型测试装置图。
图5是直线形导线风荷载的风洞两端固支型测试装图。
图6是现实线路中的弧形导线(软跳线)示意图。
图7是现实线路中的弧形导线(大跨越输电线)示意图。
图中：1、建筑风洞，2、风洞转盘，3、钢隔板，4、钢螺杆，5、测力天平，6、正方形槽，7、圆木板，8、木杆，9、测试段，10、左补偿段，11、右补偿段，12、弧形导线试件，13、钢圆杆，14、正方形铝板。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。
如图1所示，本发明是在建筑风洞1内的风洞转盘2上设有钢隔板3，钢隔板3与风洞转盘2之间通过钢螺杆4支撑连接，在钢隔板3上表面装有测力天平5，中间开有正方形槽6的圆木板7通过木杆8支撑在风洞转盘2上，测力天平5位于正方形槽6内；试验模型由测试段9、结构相同的左补偿段10和右补偿段11组成；测试段9包括弧形导线试件12、钢圆杆13和正方形铝板14，钢圆杆13的一端与弧形导线试件12中心的凸面焊接，钢圆杆13的另一端与正方形铝板14中心焊接，正方形铝板14安装于测力天平5上，正方形铝板14与钢圆杆焊接的一面和圆木板7的顶面齐平；结构相同的左补偿段10和右补偿段11均包括弧形导线试件12、钢圆杆13和正方形铝板，钢圆杆13的一端与弧形导线试件12中心的凸面焊接，钢圆杆13的另一端与正方形铝板14中心焊接，两块正方形铝板14对称固定在圆木板7上；要求左补偿段10和右补偿段11的弧形导线试件12与测试段9的弧形导线试件12在空间上连续，通过转动风洞转盘2，采用测力天平5测试不同来流风向角下测试段9的弧形导线试件12，获得弧形导线试件12和钢圆杆13的阻力系数和升力系数，如图2所示；拆去左补偿段10和右补偿段11，只留下测试段9的钢圆杆13和正方形铝板14，如图3所示，进行相同工况的测力试验，获得钢圆杆13的阻力系数和升力系数；将两次测试结果进行相减，即能获得弧形导线试件12在不同风向角下的阻力系数和升力系数。
左补偿段10、测试段9和右补偿段11中的弧形导线试件的弧度是连续的，直径相同，比例没有必要严格，只要起到补充的作用，测试段9弧形导线试件的长度，相当于很长一截中测其中的一大段。
所述圆木板7与风洞转盘2之间的距离要超过风洞的粘滞层厚度，离风洞转盘2的距离为15cm～20cm。
所述左补偿段10和右补偿段11的弧形导线试件12与测试段9的弧形导线试件12在空间上连续，保持间隙为2mm～5mm。
所述不同来流风向角为0°～90°。
实施例：
现以某风洞试验装置及试验过程为例来说明本发明的使用方法。
如图1所示，试验过程如下：
1)在浙江大学ZD-1建筑风洞1的3.5m直径风洞转盘2上设置有钢隔板3，钢隔板3尺寸长宽高尺寸分别为30cm×30cm×1cm，离风洞底部距离为20cm，钢隔板3与风洞转盘2之间通过四根钢螺杆4连接，钢螺杆4的直径为2cm，在钢隔板3上安装有测力天平5，测力天平5为扬州科动电子有限责任公司生产的KD46040型六分量天平。
2)将中间开有正方形槽6的圆木板7通过六根木杆8支撑在风洞转盘2上，圆木板7的直径为1.5cm，正方形槽6的边长为20cm，测力天平5放置于正方形槽6内，圆木板7与风洞转盘2的距离为20cm，超过风洞的粘滞层厚度。
3)试验模型由测试段9、左补偿段10和右补偿段11组成；测试段9含有弧形导线试件12、钢圆杆13和正方形铝板14。弧形导线试件12总长度为1.2m，左、右补偿段长度各取0.3m；杆件采用2.4cm的圆钢杆件组成，导线周围由螺旋绞线旋绕包裹，直径为0.4cm，每26.67cm绕一圈，垂跨比为0.14。钢圆杆13的直径为1cm，高度为15cm。将弧形导线试件12与钢圆杆13进行焊接，将钢圆杆13与正方形铝板14进行焊接，将正方形铝板14安装于测力天平5上，要求正方形铝板14与钢圆杆焊接的一面和圆木板7的顶面齐平。左补偿段10和右补偿段11的组成与测试段9一致，均由弧形导线试件12、钢圆杆13和正方形铝板14组成，此时弧形导线试件12的长度可取1.4m。正方形铝板14固定在圆木板7上，要求左补偿段10和右补偿段11的弧形导线试件12与测试段9的弧形导线试件12在空间上连续，但存在微小间隙，微小间隙取为3mm。
4)通过转动风洞转盘2，采用测力天平5测试不同来流风向角下测试段9弧形导线试件12，获得弧形导线试件12和钢圆杆13的阻力系数和升力系数，如图2所示，风向角取5°为一个间隔，考虑弧形导线的双轴对称性，风向角测试范围为0°～90°，测试风向角为19个。撤去所有试验模型，只留下测试段9的钢圆杆13和正方形铝板14，如图3所示，进行相同工况的测力试验，获得钢圆杆13的阻力系数和升力系数，该工况由于对称性，风向角只有1个。将两次测试结果进行相减，即可以获得弧形导线试件12在不同风向角下的阻力系数和升力系数。
有试件的时候风向角测试范围0°～90°，而只有钢圆杆的时候，一个圆柱是各向同性的，因此，只要测试一个风向角就可以，其他风向角同这个风向角。
上述具体实施方式用来说明本发明，而不是对本发明进行限制，在本发明的精神和权利要求保护范围内，对本发明作出的任何修改和变更，都落入本发明的保护范围。
Claims (4)
1.一种弧形导线风荷载的风洞测试装置，其特征在于：在建筑风洞(1)内的风洞转盘(2)上设有钢隔板(3)，钢隔板(3)与风洞转盘(2)之间通过钢螺杆(4)支撑连接，在钢隔板(3)上表面装有测力天平(5)，中间开有正方形槽(6)的圆木板(7)通过木杆(8)支撑在风洞转盘(2)上，测力天平(5)位于正方形槽(6)内；试验模型由测试段(9)、结构相同的左补偿段(10)和右补偿段(11)组成；测试段(9)包括弧形导线试件、钢圆杆和正方形铝板，钢圆杆的一端与弧形导线试件中心的凸面焊接，钢圆杆的另一端与正方形铝板中心焊接，正方形铝板安装于测力天平(5)上，正方形铝板与钢圆杆焊接的一面和圆木板(7)的顶面齐平；结构相同的左补偿段(10)和右补偿段(11)均包括弧形导线试件、钢圆杆和正方形铝板，钢圆杆的一端与弧形导线试件中心的凸面焊接，钢圆杆的另一端与正方形铝板中心焊接，两块正方形铝板对称固定在圆木板(7)上；要求左补偿段(10)和右补偿段(11)的弧形导线试件与测试段(9)的弧形导线试件在空间上连续，通过转动风洞转盘(2)，采用测力天平(5)测试不同来流风向角下测试段(9)的弧形导线试件，获得弧形导线试件和钢圆杆的阻力系数和升力系数；拆去左补偿段(10)和右补偿段(11)，只留下测试段(9)的钢圆杆和正方形铝板，进行相同工况的测力试验，获得钢圆杆的阻力系数和升力系数；将两次测试结果进行相减，即能获得弧形导线试件(12)在不同风向角下的阻力系数和升力系数。
2.根据权利要求1所述的一种弧形导线风荷载的风洞测试装置，其特征在于：所述圆木板(7)与风洞转盘(2)之间的距离要超过风洞的粘滞层厚度，离风洞转盘(2)的距离为15cm～20cm。
3.根据权利要求1所述的一种弧形导线风荷载的风洞测试装置，其特征在于：所述左补偿段(10)和右补偿段(11)的弧形导线试件与测试段(9)的弧形导线试件在空间上连续，保持间隙为2mm～5mm。
4.根据权利要求1所述的一种弧形导线风荷载的风洞测试装置，其特征在于：所述不同来流风向角为0°～90°。
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