CN112134147B - 一种降低风致疲劳影响的构架避雷针 - Google Patents

一种降低风致疲劳影响的构架避雷针 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种降低风致疲劳影响的构架避雷针，涉及电力设备技术领域。该构架避雷针从上往下依次包括尖端部、支撑部和底座，所述的支撑部包括中心筒和外套筒，且所述的外套筒通过轴承组件与所述的中心筒转动连接，所述中心筒的两端分别固定设置有第二连接法兰，所述的外套筒上设置有旋转叶片，且在气流和旋转叶片的配合作用下，所述的外套筒可绕所述的中心筒转动。该避雷针能够避免在其周围形成规律的涡旋，进而避免稳定的涡旋引起振动，能够有效防止高强螺栓的松动和疲劳损坏，提高了避雷针的抗疲劳强度，保证避雷针的安全运营。

Description

一种降低风致疲劳影响的构架避雷针
技术领域
本发明涉及电力设备技术领域，具体地说是一种降低风致疲劳影响的构架避雷针。
背景技术
卡门涡街是流体力学中重要的现象，在一定条件下的定常来流绕过某些物体时，物体两侧会周期性地脱落出旋转方向相反、排列规则的双列线涡，经过非线性作用后，形成卡门涡街。如水流过桥墩，风吹过高塔、烟囱、电线等都会形成卡门涡街。如果涡街的交替脱落频率与物体的声学驻波频率相重合，还会出现共振，造成破坏。
近年来，我国西北地区大风频发，新疆、甘肃等地平均风速风速甚至达到30m/s以上，发生了多起因卡门涡街引起的避雷针跌落事故，构件严重变形损坏，造成了较大的经济损失和社会影响。究其原因，是因为钢管避雷针在风的作用下产生涡激振动，长期风致振动产生的交变应力造成避雷针构件连接法兰板的高强螺栓发生疲劳破坏，从而导致避雷针掉落。
避雷针的掉落不仅直接影响这安全稳定供电，而且会造成难以挽回的生命财产损失，造成不良的社会影响。
发明内容
针对上述问题，本发明提供了一种降低风致疲劳影响的构架避雷针，该避雷针能够避免在其周围形成规律的涡旋，进而避免稳定的涡旋引起振动，能够有效防止高强螺栓的松动和疲劳损坏，提高了避雷针的抗疲劳强度，保证避雷针的安全运营。
本发明解决其技术问题所采取的技术方案是：
一种降低风致疲劳影响的构架避雷针，从上往下依次包括通过法兰首尾相连的尖端部、中间支撑段和底座，所述的中间支撑段包括若干个支撑部，且若干个所述的支撑部通过法兰连接的方式依次首尾相连，所述的支撑部包括中心筒和外套筒，且所述的外套筒通过轴承组件与所述的中心筒转动连接，所述中心筒的两端分别固定设置有第二连接法兰，所述的外套筒上设置有旋转叶片，且在气流和旋转叶片的配合作用下，所述的外套筒可绕所述的中心筒转动。
进一步地，所述的外套筒上沿圆周方向铰接设置有多个旋转叶片，所述旋转叶片的上和/或下方设置有与所述的外套筒固定连接的导向板，所述的导向板上设置有以旋转叶片的铰接点为圆心的弧形导向槽，且所述导向槽的起始端圆心与所述铰接点的连线经过所述外套筒的圆心，各个导向槽的终止端均位于起始端的同一侧，所述的旋转叶片上设置有与所述的导向槽相配合的导向柱。
进一步地，所述导向槽所对应的圆心角为90°。
进一步地，所述旋转叶片的内端呈弧形面，并与所述外套筒的外侧圆柱面外切。
进一步地，所述的第二连接法兰通过可拆卸的固定方式与所述的中心筒固定连接。
进一步地，所述第二连接法兰的内侧面上设置有与所述的中心筒相配合的插接块，两个所述的第二连接法兰之间位于所述的中心筒内设置有拉紧杆，且两个所述的第二连接法兰在所述拉紧杆的拉紧作用下压紧在所述中心筒的端面上。
进一步地，所述插接块的截面呈非圆形结构。
进一步地，所述第二连接法兰的外侧面上设置有用于容纳所述拉紧杆压紧部的沉孔。
进一步地，所述的底座包括第一连接法兰，所述的第一连接法兰上固定设置有两个斜向外下方延伸的立柱，且两个所述的立柱对称布置，所述的尖端部包括尖端和设置于所述尖端下端的第三连接法兰，且所述第三连接法兰的下侧面上设置有与所述的沉孔相配合的限位块。
进一步地，所述旋转叶片的内端与所述的外套筒固定连接，且所述的旋转叶片均沿所述外套筒的切线方向延伸。
本发明的有益效果是：
1、本发明涉及的构架避雷针通过旋转叶片减小了传统被动承受的风荷载，将一部分风荷载转化为了旋转叶片的动能，降低了避雷针周围风荷载对其作用。
2、旋转叶片在风力的作用下可以绕轴线转动，这样可以对避雷针周围的气流形成扰动的效果，使避雷针附近的气流方向和大小均不能保持稳定，避免在避雷针周围形成规律的涡旋，从而引起避雷针的振动，降低了高强螺栓的松动和疲劳损坏的几率，进而降低安全隐患。
3、该构架避雷针的旋转叶片可以在自然风力的作用下进行旋转，不需要任何的动力输入，节约能源，降低能耗。
4、该构架避雷针，结构简单，且采用纯机械结构，成本低，维修率低，方便安装和维护。
附图说明
图1为构架避雷针的立体结构示意图；
图2为图1的爆炸视图；
图3为支撑部的立体结构示意图；
图4为支撑部的主视图；
图5为图4中的A-A剖视图；
图6为图5中A部分的放大结构示意图；
图7为图4中的B-B剖视图；
图8为图7中B部分的放大结构示意图；
图9为第二连接法兰的立体结构示意图一；
图10为第二连接法兰的立体结构示意图二；
图11为旋转套筒的立体结构示意图；
图12为图11中C部分的放大结构示意图；
图13为外套筒的俯视图；
图14为尖端部的立体结构示意图；
图15为实施例三中旋转套筒的结构示意图。
图中：1-尖端部，11-尖端，12-第三连接法兰，121-限位块，
2-支撑部，21-中心筒，211-第三通孔，212-压紧螺母，22-外套筒，221-导向板，222-导向槽，2221-起始端，2222-终止端，223-孔用弹性挡圈，23-旋转叶片，231-导向柱，24-第二连接法兰，241-插接块，242-沉孔，243-第四通孔，25-加长螺栓，251-锁紧螺母，26-铰接轴，27-轴承组件，
3-底座，31-第一连接法兰，32-立柱。
具体实施方式
实施例一
如图1和图2所示，一种降低风致疲劳影响的构架避雷针从上往下依次包括尖端部1、支撑部2和底座3，其中所述的支撑部2设置有若干个，且若干个所述的支撑部2依次收尾相连形成一个沿竖直方向延伸的中间支撑段。所述的尖端部1、中间支撑段和底部依次收尾相连形成完整的避雷针。作为一种具体实施方式，本实施例中所述的尖端部1和底座3之间设置有两个支撑部2。
如图2所示，所述的底座3包括第一连接法兰31，所述第一连接法兰31的下侧面上通过焊接的方式固定设置有立柱32。作为一种具体实施方式，本实施例中所述第一连接法兰31的下侧面上设置有两个立柱32，两个所述的立柱32对称布置，且斜向外下方(以沿径向远离第一连接法兰31圆心的一侧为外侧)延伸，即两个所述的立柱32共同形成了人字形结构。
如图3、图4和图5所示，所述的支撑部2包括中心筒21和套设于所述中心筒21外部的外套筒22，且所述的外套筒22通过轴承组件27与所述的中心筒21转动连接。作为一种具体实施方式，如图5和图6所示，所述外套筒22的两端分别通过轴承组件27与所述的中心筒21转动连接。所述外套筒22的内侧圆柱面的两端分别呈台阶孔结构，所述中心筒21的外侧圆柱面的两端分别呈台阶轴，且所述轴承组件27的外圈和内圈的内侧面分别抵靠在外套筒22和中心筒21的台阶面上。所述的中心筒21上位于所述轴承组件27的外侧设置有用于压紧所述轴承组件27内圈外侧面的压紧螺母212，所述的外套筒22内位于所述轴承组件27的外侧设置有用于限制所述轴承组件27轴向自由度的孔用弹性挡圈223。
所述中心筒21的两端沿轴向延伸至所述外套筒22的外部，且所述中心筒21的两端(位于所述外套筒22的外部)分别固定设置有第二连接法兰24。所述外套筒22的外侧圆柱面上沿圆周方向设置有多个旋转叶片23，且在气流和旋转叶片23的配合作用下，所述的外套筒22可绕所述的中心筒21转动。所述的外套筒22和旋转叶片23共同形成了旋转套筒。
作为一种具体实施方式，如图11所示，本实施例中外套筒22的外侧圆柱面的上、下两端分别设置有导向板221，所述的导向板221上设置有用于容纳所述外套筒22的第一通孔，所述的外套筒22插入到所述的第一通孔内，并通过焊接的方式与所述的导向板221固定连接。优选的，所述的导向板221呈圆形且与所述的外套筒22同轴布置。两个所述的导向板221之间设置有旋转叶片23，且如图12所示，所述旋转叶片23的内端(以靠近外套筒22圆心的一端为内端)与所述的导向板221转动连接。作为一种具体实施方式，本实施例中两个所述的导向板221之间固定设置有铰接轴26，所述旋转叶片23的内端设置有用于容纳所述铰接轴26的第二通孔。
如图11和图12所示，所述旋转叶片23的上、下两端分别固定设置有导向柱231，所述的导向板221上分别设置有与所述的导向柱231相配合的导向槽222。如图13所示，所述的导向槽222整体呈以铰接点为圆心的弧形结构(即所述导向槽222的圆心位于所述铰接轴26的轴线上)，且所述导向槽222的端部在水平面内的投影呈弧形。所述导向槽222的起始端2221圆心与所述铰接点的连线经过所述外套筒22的圆心，且各个导向槽222的终止端2222均位于起始端2221的同一侧(顺时针侧或逆时针侧)。作为一种具体实施方式，本实施例中各个导向槽222的终止端2222均匀为起始端2221的逆时针侧。
如图7所示，这样，当气流从某一方向吹来时，顺着气流吹拂的方向，位于左侧的旋转叶片23的导向柱231会在气流的吹拂作用下抵靠在所述导向槽222的起始端2221，此时，所述的旋转叶片23沿所述外套筒22的径向延伸，呈张开状态。位于右侧的旋转叶片23的导向柱231会在气流的吹拂作用下抵靠在所述导向槽222的终止端2222，此时，所述的旋转叶片23与所述外套筒22的径向呈一定的夹角，呈合拢状态。由于位于左侧的旋转叶片23在垂直于气流吹拂方向的平面上的投影大于位于右侧的旋转叶片23在垂直于气流吹拂方向的平面上的投影，因此，气流作用在左侧旋转叶片23上的作用力大于作为在右侧旋转叶片23上的作用力，外套筒22会在气流的吹拂作用下沿顺时针转动。
优选的，所述导向槽222所对应的圆心角为90°，即当所述的旋转叶片23处于合拢状态时，所述的旋转叶片23沿所述外套筒22的切线方向延伸。
如图14所示，所述的尖端部1包括尖端11和设置于所述尖端11下端的第三连接法兰12。
这样，如图2所示，相邻的两个第二连接法兰24通过连接螺栓固定连接，所述的第一连接法兰31通过连接螺栓与位于最下侧的第二连接法兰24固定连接，位于最上侧的第二连接法兰24通过连接螺栓与第三连接法兰12固定连接。
进一步地，如图8所示，所述旋转叶片23的内端在水平面内的投影呈半圆形，且与所述外套筒22的外侧圆柱面外切。这样设计的意图在于，避免部分气流从旋转叶片23和外套筒22之间的缝隙中流走，提高气流的作用效果(产生兜风的作用效果)。
进一步地，为了使安装之后的外套筒22能够被方便的拆卸下来，所述的第二连接法兰24通过可拆卸的固定方式与所述的中心筒21固定连接。作为本领域技术人员而言，一般常用的可拆卸的固定连接方式是通过螺钉连接，但是通过螺钉连接存在连接强度不高和容易松动的问题。
为此，如图5所示，所述的中心筒21呈两端开口的空心筒状结构，即所述的中心筒21包括一沿轴向贯穿所述中心筒21的第三通孔211。如图9所示，所述第二连接法兰24的内侧面上(以靠近所述中心筒21的一侧为内侧)设置有沿轴向插入到所述中心筒21的第三通孔211内的插接块241。如图5所示，两个所述的第二连接法兰24之间位于所述的中心筒21内设置有拉紧杆，且两个所述的第二连接法兰24在所述拉紧杆的拉紧作用下压紧在所述中心筒21的端面上。作为一种具体实施方式，本实施例中所述的拉紧杆为一加长螺栓25，所述第二连接法兰24的结合中心处分别设置有用于容纳所述加长螺栓25的第四通孔243，所述加长螺栓25的头部位于一侧第二连接法兰24的外部，所述加长螺栓25的杆端穿过另一侧所述的第二连接法兰24延伸至该第二连接法兰24的外部，且所述的加长螺栓25上位于另一侧第二法兰的外部设置有锁紧螺母251。如图5和图10所示，所述第二连接法兰24的外侧面上分别设置有用于容纳所述加长螺栓25头部或锁紧螺母251的沉孔242。
通过采用上述结构，不仅可以方便外套筒22的拆卸，还能够增加中心筒21的结构刚性和结构强度。
进一步地，为了提高第二连接法兰24和中心筒21之间连接结构的可靠性，如图9所示，所述插接块241的截面呈非圆形结构，相应的，所述第三通孔211的截面形状与所述插接块241的截面形状相吻合。优选的，所述插接块241的截面呈正六边形结构，且所述的拉紧杆与所述的中心筒21同轴布置。
进一步地，如图14所示，所述第三连接法兰12的下侧面上设置有与所述的沉孔242相配合的限位块121。当所述的尖端部1安装到位后，所述的限位块121插入到位于最上方的第二连接法兰24的沉孔242内。
实施列二
所述的外套筒22上位于所述旋转叶片23的上方或下方设置有导向板221，所述旋转叶片23的一端与所述的导向板221相铰接，所述旋转叶片23的另一端与设置于所述外套筒22上的耳板相铰接。相应的，所述旋转叶片23的靠近导向板221的一端设置有导向柱231，所述的导向板221上设置有与所述的导向柱231相配合的导向槽222。其余结构同实施例一。
实施例三
所述旋转叶片23的内端均通过焊接的方式与所述的外套筒22固定连接，所述的旋转叶片23均沿所述外套筒22的切线方向延伸，且多个所述的旋转叶片23共同所形成了逆时针的旋转结构，其余结构同实施例一。

Claims (9)

1.一种降低风致疲劳影响的构架避雷针，从上往下依次包括通过法兰首尾相连的尖端部、中间支撑段和底座，其特征在于：所述的中间支撑段包括若干个支撑部，且若干个所述的支撑部通过法兰连接的方式依次首尾相连，所述的支撑部包括中心筒和外套筒，且所述的外套筒通过轴承组件与所述的中心筒转动连接，所述中心筒的两端分别固定设置有第二连接法兰，所述的外套筒上设置有旋转叶片，且在气流和旋转叶片的配合作用下，所述的外套筒可绕所述的中心筒转动；
所述的外套筒上沿圆周方向铰接设置有多个旋转叶片，所述旋转叶片的上和/或下方设置有与所述的外套筒固定连接的导向板，所述的导向板上设置有以旋转叶片的铰接点为圆心的弧形导向槽，且所述导向槽的起始端圆心与所述铰接点的连线经过所述外套筒的圆心，各个导向槽的终止端均位于起始端的同一侧，所述的旋转叶片上设置有与所述的导向槽相配合的导向柱。
2.根据权利要求1所述的一种降低风致疲劳影响的构架避雷针，其特征在于：所述导向槽所对应的圆心角为90°。
3.根据权利要求1所述的一种降低风致疲劳影响的构架避雷针，其特征在于：所述旋转叶片的内端呈弧形面，并与所述外套筒的外侧圆柱面外切。
4.根据权利要求1所述的一种降低风致疲劳影响的构架避雷针，其特征在于：所述的第二连接法兰通过可拆卸的固定方式与所述的中心筒固定连接。
5.根据权利要求4所述的一种降低风致疲劳影响的构架避雷针，其特征在于：所述第二连接法兰的内侧面上设置有与所述的中心筒相配合的插接块，两个所述的第二连接法兰之间位于所述的中心筒内设置有拉紧杆，且两个所述的第二连接法兰在所述拉紧杆的拉紧作用下压紧在所述中心筒的端面上。
6.根据权利要求5所述的一种降低风致疲劳影响的构架避雷针，其特征在于：所述插接块的截面呈非圆形结构。
7.根据权利要求5所述的一种降低风致疲劳影响的构架避雷针，其特征在于：所述第二连接法兰的外侧面上设置有用于容纳所述拉紧杆压紧部的沉孔。
8.根据权利要求6所述的一种降低风致疲劳影响的构架避雷针，其特征在于：所述的底座包括第一连接法兰，所述的第一连接法兰上固定设置有两个斜向外下方延伸的立柱，且两个所述的立柱对称布置，所述的尖端部包括尖端和设置于所述尖端下端的第三连接法兰，且所述第三连接法兰的下侧面上设置有与所述的沉孔相配合的限位块。
9.根据权利要求1所述的一种降低风致疲劳影响的构架避雷针，其特征在于：所述旋转叶片的内端与所述的外套筒固定连接，且所述的旋转叶片均沿所述外套筒的切线方向延伸。
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