CN114843979B - 一种基于超磁致伸缩效应的高压线缆除冰装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及高压线缆除冰领域,具体是一种基于超磁致伸缩效应的高压线缆除冰装置,包括至少两组无源振动模块;每组无源振动模块均包括贴覆于高压线缆上的呈环瓣状的超磁致伸缩铁磁片,分别贴靠于超磁致伸缩铁磁片圆周方向两端的弹性金属振动件,贴覆于超磁致伸缩铁磁片外缘面上的陶瓷固定件,所述陶瓷固定件圆周方向两端沿径向方向延伸且能够包覆超磁致伸缩铁磁片两端的弹性金属振动件,陶瓷固定件圆周方向两端均与高压线缆表面贴覆配合;各组无源振动模块相互对接形成的环部能够包覆于高压线缆。本发明利用高压线缆产生的磁场作为激励,可以起到无源激励的效果,本发明利用振动破碎小面积的粘结层,起到以柔克刚的作用。
Description
技术领域
本发明涉及高压线缆除冰领域,具体是一种基于超磁致伸缩效应的高压线缆除冰装置。
背景技术
目前高压线缆结冰带来的电网供电安全是电网维护的重要工作,现有除冰方法包括人工除冰、短路除冰、激光除冰以及其他非接触式除冰方法。其中人工除冰带来导线舞动以及需要人工操作的问题;短路除冰也需要检测环节;激光以及其他方式除冰都需要有源供电才可进行除冰作业。
发明内容
本发明提供一种基于超磁致伸缩效应的无源高压线缆除冰装置。本发明利用高压线缆自带的工频交流电产生的变化磁场作为激励源;同时利用超磁致伸缩效应将变化磁场转化为振动;再利用刚体导线将振动传播,在应力波传播的过程中导线表面振动会形成憎水层起到防结冰的效果;同时导线表面振动会破碎冰与导线的粘结层,达到除冰效果。
本发明是通过以下技术方案实现的:一种基于超磁致伸缩效应的无源高压线缆除冰装置,包括至少两组无源振动模块;
每组无源振动模块均包括贴覆于高压线缆上的呈环瓣状的超磁致伸缩铁磁片,分别贴靠于超磁致伸缩铁磁片圆周方向两端的弹性金属振动件,贴覆于超磁致伸缩铁磁片外缘面上的陶瓷固定件,所述陶瓷固定件圆周方向两端沿径向方向延伸且能够包覆超磁致伸缩铁磁片两端的弹性金属振动件,陶瓷固定件圆周方向两端均与高压线缆表面贴覆配合;
各组无源振动模块相互对接形成的环部能够包覆于高压线缆。
作为本发明技术方案的进一步改进,所述环部通过固定件安装于高压线缆上。
作为本发明技术方案的进一步改进,所述固定件为紧固环结构,所述紧固环结构能够绑扎于环部的外缘面上,且紧固环结构的对接处的连接耳之间通过螺栓紧固连接。
作为本发明技术方案的进一步改进,所述弹性金属振动件呈L型结构,且弹性金属振动件的其中一个边部贴靠于超磁致伸缩铁磁片的端部,弹性金属振动件的另外一个边部沿着高压线缆表面朝向超磁致伸缩铁磁片片体中部延伸,超磁致伸缩铁磁片圆周方向两端分别与相应的弹性金属振动件相适配。
作为本发明技术方案的进一步改进,所述陶瓷固定件圆周方向端部的外端面和内端面均位于高压线缆的直径方向上。
作为本发明技术方案的进一步改进,所述弹性金属振动件的其中一个边部沿着高压线缆的直径方向延伸。
作为本发明技术方案的进一步改进,所述弹性金属振动件的另外一个边部的内缘面和外缘面所在的圆心与高压线缆的圆心同心。
作为本发明技术方案的进一步改进,每组无源振动模块内的超磁致伸缩铁磁片、弹性金属振动件和陶瓷固定件在轴向方向上的长度相同。
作为本发明技术方案的进一步改进,所述环部内的各组无源振动模块的尺寸大小相同。
本发明所述的基于超磁致伸缩效应的无源高压线缆除冰装置,相对于现有技术,具有如下有益效果:
(1)结构简单:相比于其他的的融冰设备,本发明装置仅通过几个简单的特殊材料构件即可达到除冰效果,同时具有成本低优点。
(2)能耗低:本发明利用高压线缆产生的磁场作为激励,可以起到无源激励的效果,同时除冰原理与其他除冰原理不同,其他除冰设备均为融冰原理,即需要大功率的热能才可实现融冰,而本发明利用振动破碎小面积的粘结层,起到以柔克刚的作用。
(3)传播距离远:低频振动波相较于超声高频振动波其衰减小传播距离更远,即本发明装置安装密度小可实现降本增效的功能。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案,下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍,显而易见地,下面描述中的附图是本发明的一些实施方式,对于本领域普通技术人员来讲,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为本发明所述基于超磁致伸缩效应的无源高压线缆除冰装置的安装示意图。
图2为本发明所述基于超磁致伸缩效应的无源高压线缆除冰装置的其中一组无源振动模块与高压线缆的配合示意图。
图3为各组无源振动模块的拆分示意图。
图4为各组无源振动模块与高压线缆的配合示意图。
图5为各组无源振动模块通过固定件与高压线缆的安装示意图。
图6为本发明所述基于超磁致伸缩效应的无源高压线缆除冰装置的磁场示意图(图中超磁致伸缩铁磁片中的箭头方向为磁场方向)。
图中:1-超磁致伸缩铁磁片、2-弹性金属振动件、3-陶瓷固定件、4-高压线缆、5-固定件。
具体实施方式
下面对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例是本发明一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都属于本发明保护的范围。
需要说明的是,在本发明全文上下中,“贴覆”、“贴靠”、“包覆”关系中的相邻部件之间可以是固定连接,也可以是非固定关系。其中,非固定关系指的是相邻部件之间呈紧密配合的接触关系。另外,本发明中,“圆周方向”、“周向”指的是以高压线缆4的轴心为圆心的圆周方向;“径向”指的是以高压线缆4的轴心为圆心的直径方向;“轴向”指的是高压线缆4的轴线方向或电流传播方向。
如图1至6所示,本发明提供了一种基于超磁致伸缩效应的无源高压线缆除冰装置的具体实施例,包括三组无源振动模块;
每组无源振动模块均包括贴覆于高压线缆4上的呈环瓣状的超磁致伸缩铁磁片1,分别贴靠于超磁致伸缩铁磁片1圆周方向两端的弹性金属振动件2,贴覆于超磁致伸缩铁磁片1外缘面上的陶瓷固定件3,所述陶瓷固定件3圆周方向两端沿径向方向延伸且能够包覆超磁致伸缩铁磁片1两端的弹性金属振动件2,陶瓷固定件3圆周方向两端均与高压线缆4表面贴覆配合;
各组无源振动模块相互对接形成的环部能够包覆于高压线缆4。
具体应用时,所述环部通过固定件5安装于高压线缆4上。
在本发明中,所述高压线缆4为高压以及超高压输电领域标准输电线缆,其配送电标准为工频50Hz、几十到几百安培不等的交流电,本实施例中沿电流传播方向为轴向,沿导线截面圆周方向为周向,即在标准配送电高压线缆中的工频50Hz交流电会产生周向磁场,在通常情况下由于导线裸露导致其磁场强度很低,但理论与仿真计算表明在50安培电流条件下,沿导线周向分布有软磁性构件则构件内磁场强度可达到特斯拉级,此磁场强度可用于驱动大多数的电磁机构。
所述超磁致伸缩铁磁片1利用磁场作为激励源产生振动,超磁致伸缩效应是一种利用铁磁材料磁畴方向与磁场方向一致以致沿磁场方向发生形变的效应,当磁场发生周期性变化时铁磁材料沿着磁场方向发生2倍频率的周期性伸缩,利用高压线缆4产生的工频50Hz的周向磁场超磁致伸缩铁磁片1发生周期性的周向伸缩,在超磁致伸缩铁磁片1发生固定频率的周向伸缩时由于与高压线缆4紧密配合即会在导线表面产生扭转波,扭转波沿导线传播并在传播路径上与粘结在导线的冰面发生剪切应力从而使得冰与导线的粘结层逐渐消失并在重力的作用下剥离导线。
弹性金属振动件2为弹性模量较低的弹性金属,其主要作用为将周向振动转变为径向振动。超磁致伸缩铁磁片1在周向工频磁场激励作用下产生周向振动,周向振动仅带来周向扭转波,为最大化除冰效果,需激发更多模态的应力波,利用弹性金属振动件将超磁致伸缩铁磁片1的周向振动转换为径向振动从而作用在高压线缆4表面激发出更多模态的固体表面波以优化除冰效果。其转化原理是任何固体材料在受到某个方向的压力时其在压力方向发生收缩而在非压力方向发生膨胀,在本发明中当超磁致伸缩铁磁片1沿周向形变挤压弹性金属振动件2时,由于陶瓷固定件3的弹性模量较高,在固定件5的紧固作用下弹性金属振动件2只能沿径向方向发生形变,从而作用在高压线缆4表面激发一定频率的表面波。
陶瓷固定件3起到绝缘与优化磁场的作用,如果此处陶瓷固定件3采用导电金属材料则磁场磁路发生变化,即磁场主要集中在紧固件表面而不能穿过超磁致伸缩铁磁片1从而降低振动效率,因而陶瓷固定件3必须具备高压绝缘与磁导率低的特点,这是陶瓷材料容易实现的。
本发明的具体工作过程:
安装:在高压输电线架设过程中,每隔一定距离在高压线缆上安装一个本发明所述装置,具体安装过程为将多组包含超磁致伸缩铁磁片1、弹性金属振动件2与陶瓷固定件3的无源振动模块紧贴高压线缆4然后通过固定件5紧固连接即可。
除冰:本发明装置安装后只要高压线缆4配送电即处于工作状态发出低频振动从而激发导线产生低频表面波,当气候变化时有雨凇雾凇出现时高压线缆4表面的低频振动会形成憎水层,起到一定程度的预防结冰;当气候急剧变化时产生较大的雨凇雾凇的冰挂现象,本发明装置在高压线缆表面激发的的低频振动波在沿导线传播的过程中会引起导线表面应力形变,此形变是包含扭曲在内的多模态波形变,即会在冰与导线的粘结层产生形变由于冰的韧性较差(即较脆),在一定时间的振动下粘结层将发生断裂以至于不存在冰与高压线缆的粘结层即冰不可附着与高压线缆,然后在重力的作用下发生断裂即可达到除冰效果。
在本发明中,所述超磁致伸缩铁磁片1是采用铁稼合金或铁铝合金等具有磁致伸缩效应的铁磁材料制成的;所述弹性金属振动件2是采用铜铍合金或铜钛合金等具有高弹性的金属材料制成的;陶瓷固定件3是采用氧化铝或氮化硼等绝缘陶瓷材料制成的。
本发明对固定件5的结构没有特殊规定,本领域技术人员可采用绑扎带、卡箍等固定部件将各组无源振动模块固定于高压线缆4上。另外,本发明提供了一种固定件5的具体实施例,如图1和5所示,所述固定件5为紧固环结构,所述紧固环结构能够绑扎于环部的外缘面上,且紧固环结构的对接处的连接耳之间通过螺栓紧固连接。
具体的,本发明还提供了弹性金属振动件2的一种具体实施方式,即所述弹性金属振动件2呈L型结构,且弹性金属振动件2的其中一个边部贴靠于超磁致伸缩铁磁片1的端部,弹性金属振动件2的另外一个边部沿着高压线缆4表面朝向超磁致伸缩铁磁片1片体中部延伸,超磁致伸缩铁磁片1圆周方向两端分别与相应的弹性金属振动件2相适配。L型结构的弹性金属振动件2能够充分利用超磁致伸缩铁磁片1圆周方向的两端的振动面,同时能够增大与导线的接触面,更高效地激发导线表面波。
如图2所示,所述陶瓷固定件3圆周方向端部的外端面和内端面均位于高压线缆4的直径方向上。这样能够使得相邻无源振动模块的对接处紧密贴合。超磁致伸缩铁磁片1在工频50Hz的激励下产生周向振动,弹性金属振动件2由于弹性较高,在超磁致伸缩铁磁片1的周向振动挤压下会发生形变,但是在陶瓷固定件3的约束下,形变方向变为径向,即周向振动转换为径向振动,在径向振动的激励下导线表面激发出更多模态的表面波,能更高效的起到预防结冰与除冰效果。
另外,所述弹性金属振动件2的其中一个边部沿着高压线缆4的直径方向延伸。
进一步的,所述弹性金属振动件2的另外一个边部的内缘面和外缘面所在的圆心与高压线缆4的圆心同心。各部件同心设计一方面利于机械加工,另一方面能保证各部件紧密配合,保证高效地激发导线表面波。
如图1所示,每组无源振动模块内的超磁致伸缩铁磁片1、弹性金属振动件2和陶瓷固定件3在轴向方向上的长度相同。
如图1所示,所述环部内的各组无源振动模块的尺寸大小相同。每组无源振动模块以及其内部的超磁致伸缩铁磁片1、弹性金属振动件2和陶瓷固定件3尺寸一致,一方面可以保证在导线上激发出的表面波频率一致、相位一致、强度一致;另一方面便于更换维修。
最后应说明的是:以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案,而非对其限制;尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明,本领域的普通技术人员应当理解:其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改,或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换;而这些修改或者替换,并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。
Claims (9)
1.一种基于超磁致伸缩效应的无源高压线缆除冰装置,其特征在于,包括至少两组无源振动模块;
每组无源振动模块均包括贴覆于高压线缆(4)上的呈环瓣状的超磁致伸缩铁磁片(1),分别贴靠于超磁致伸缩铁磁片(1)圆周方向两端的弹性金属振动件(2),贴覆于超磁致伸缩铁磁片(1)外缘面上的陶瓷固定件(3),所述陶瓷固定件(3)圆周方向两端沿径向方向延伸且能够包覆超磁致伸缩铁磁片(1)两端的弹性金属振动件(2),陶瓷固定件(3)圆周方向两端均与高压线缆(4)表面贴覆配合;
各组无源振动模块相互对接形成的环部能够包覆于高压线缆(4)。
2.根据权利要求1所述的一种基于超磁致伸缩效应的无源高压线缆除冰装置,其特征在于,所述环部通过固定件(5)安装于高压线缆(4)上。
3.根据权利要求2所述的一种基于超磁致伸缩效应的无源高压线缆除冰装置,其特征在于,所述固定件(5)为紧固环结构,所述紧固环结构能够绑扎于环部的外缘面上,且紧固环结构的对接处的连接耳之间通过螺栓紧固连接。
4.根据权利要求1所述的一种基于超磁致伸缩效应的无源高压线缆除冰装置,其特征在于,所述弹性金属振动件(2)呈L型结构,且弹性金属振动件(2)的其中一个边部贴靠于超磁致伸缩铁磁片(1)的端部,弹性金属振动件(2)的另外一个边部沿着高压线缆(4)表面朝向超磁致伸缩铁磁片(1)片体中部延伸,超磁致伸缩铁磁片(1)圆周方向两端分别与相应的弹性金属振动件(2)相适配。
5.根据权利要求1所述的一种基于超磁致伸缩效应的无源高压线缆除冰装置,其特征在于,所述陶瓷固定件(3)圆周方向端部的外端面和内端面均位于高压线缆(4)的直径方向上。
6.根据权利要求4所述的一种基于超磁致伸缩效应的无源高压线缆除冰装置,其特征在于,所述弹性金属振动件(2)的其中一个边部沿着高压线缆(4)的直径方向延伸。
7.根据权利要求4所述的一种基于超磁致伸缩效应的无源高压线缆除冰装置,其特征在于,所述弹性金属振动件(2)的另外一个边部的内缘面和外缘面所在的圆心与高压线缆(4)的圆心同心。
8.根据权利要求1所述的一种基于超磁致伸缩效应的无源高压线缆除冰装置,其特征在于,每组无源振动模块内的超磁致伸缩铁磁片(1)、弹性金属振动件(2)和陶瓷固定件(3)在轴向方向上的长度相同。
9.根据权利要求1所述的一种基于超磁致伸缩效应的无源高压线缆除冰装置,其特征在于,所述环部内的各组无源振动模块的尺寸大小相同。
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