CN115102128B - 一种极限风载荷情况下输电塔-线断裂保护装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种极限风载荷情况下输电塔‑线断裂保护装置，包括两个风压板、弹簧系统和与环扣系统；环扣系统包括圆环卡箍、两个环形卡扣和松紧绳；圆环卡箍包括两个穿插连接、且可以相对旋转的圆弧形卡箍，圆弧形卡箍外侧上部连接受压板，两个环形卡扣均套在圆环卡箍上，松紧绳绕在圆弧形卡箍的外侧，松紧绳的两端分别固定在两个受压板外侧的下端；弹簧系统包括一个拉伸弹簧、两个压力弹簧和阻隔块，拉伸弹簧的两端分别固定在两个受压板相对的内侧面上，阻隔块固定在连接件上，压力弹簧的两端分别固定在受压板和风压板上。本发明保护装置结构简单，在极限情况下，舍弃导地线，消除导地线对输电塔的拉力，降低输电塔倒塌破坏的风险。

Description

一种极限风载荷情况下输电塔-线断裂保护装置

技术领域

本发明涉及输电线路装置技术领域，具体涉及一种极限风载荷情况下输电塔-线断裂保护装置。

背景技术

输电塔-线体系具有高度高，跨度大，重量轻，形状细长的结构特点，其对风载荷具有极高的敏感性。针对高压、超高压、特高压线路，输电塔-线体系的档距越大，输电塔架就越高，使得输电塔-线体系结构更加柔软，易遭受风载荷的破坏。如果因强风作用导致输电塔倒塌，不仅影响电能的正常输送，还会造成巨大的经济损失，消耗巨大的人力资源，危害性巨大。因此，研究强风作用下输电塔破坏机理，提高强风作用下输电塔的安全性能，降低输电塔倒塌带来的经济损失和人员伤亡是亟待解决的工程实际问题。

输电塔-线体系是非常复杂的耦联体系，导地线的位移响应对输电塔的牵扯作用不容忽视，输电塔破坏机理的研究十分重要。文献[1]研究得出长横担角钢输电塔存在的两个主要薄弱部位分别是塔头部位与塔身下部。文献[2]发现输电塔的破坏主要发生在塔身中下部。可见，强风不仅会造成输电塔大部分结构的报废，且重建需要消耗较长的时间成本，从而造成更大的经济损失。故有必要设计一种断裂保护装置，该装置采用“丢卒保车”的方法，在极端情况下，舍弃导地线，确保输电塔主体安全，防止输电塔倒塌，节约修复时间，减少经济损失。

[参考文献]

[1]楼文娟，姜雄，夏亮，等；长横担输电塔风致薄弱部位及加强措施[J]，浙江大学学报：工学版，2013(10):7。

[2]王亮；输电塔结构风致倒塔分析[D]，武汉理工大学，2011。

发明内容

针对上述现有技术强风作用下输电塔倒塌问题，本发明提供一种极限风载荷情况下输电塔-线断裂保护装置。

为了解决上述技术问题，本发明提出的一种极限风载荷情况下输电塔-线断裂保护装置，该装置包括两个风压板、弹簧系统和与环扣系统；所述环扣系统包括圆环卡箍、两个环形卡扣和一条松紧绳；所述圆环卡箍包括两个穿插连接、且可以相对旋转的圆弧形卡箍，两个圆弧形卡箍外侧的上部分别连接有一个受压板，两个圆弧形卡箍相互穿插连接后，两个环形卡扣均套在所述的圆环卡箍上，其中一个环形卡扣位于两个受压板之间、且与一连接件相连；另一个环形卡扣位于圆环卡箍的下部、且与绝缘子相连；所述松紧绳绕在圆弧形卡箍的外侧，所述松紧绳的两端分别固定在两个受压板外侧的下端；所述弹簧系统包括一个拉伸弹簧、两个压力弹簧和阻隔块，所述拉伸弹簧的两端分别固定在两个受压板相对的内侧面上，所述阻隔块布置在所述拉伸弹簧的正下方，所述阻隔块以所述连接件为中心安装并固定在所述连接件上，所述阻隔块的宽度与两个受压板内侧面初始间距相同，每个压力弹簧的一端分别固定在两个受压板的内侧面上，每个压力弹簧的另一端分别与所述的一个风压板固定。

进一步讲，本发明所述的极限风载荷情况下输电塔-线断裂保护装置，其中：

所述连接件与输电塔连接，所述绝缘子与导地线连接，该装置通过两个环形卡扣连接在输电塔与绝缘子之间。

所述拉伸弹簧与两个压力弹簧按照轴线间隔来布置，且所述拉伸弹簧与两个压力弹簧相互之间是有距离的。

所述阻隔块用以阻止两个受压板相向移动。

风载荷情况下，所述压力弹簧的压力即为所述拉伸弹簧所受拉力，所述拉伸弹簧的破断张力为极限风速导致所述拉伸弹簧产生的拉力。

两个圆弧形卡箍的圆心角相同；所述的圆环卡箍闭锁时，两个圆弧形卡箍的上端交错重叠，两个圆弧形卡箍的上端点之间的圆心角为A，每个圆弧形卡箍与自身相连接的受压板外侧的连接点为C点，一个圆弧形卡箍的下端点与另一圆弧形卡箍上C点之间的圆心角为B，B＞A；在所述圆环卡箍打开的过程中，该圆心角A逐渐变小至0，在达到极限风载荷之前，A>0；A＝0时，所述圆环卡箍打开。

本发明中，一个圆弧形卡箍设有同轴弧形槽，另一个圆弧形卡箍为实心的、且横截面小于所述的同轴弧形槽的横截面轮廓；两个环形卡扣的内口轮廓大于所述圆环卡箍的横截面。

所述松紧绳的长短和弹力的确定是：在所述拉伸弹簧破断后，所述松紧绳拉拽两个受压板，所述受压板在松紧绳的作用下在圆弧形卡箍的同轴弧形槽的导向下做相反旋转，两个圆弧形卡箍的上部脱离，脱离的开口跨度大于环形卡扣的轴向尺寸。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

(1)保护装置结构简单，原理通俗易懂，通过“丢卒保车”的手段，在极限情况下，舍弃导地线，消除导地线对输电塔的拉力，对输电塔进行根本上的保护，降低输电塔倒塌破坏的风险。

(2)实际使用过程中，针对不同输电塔-线体系，风压板尺寸，弹簧系统(压力弹簧弹性系数与长度等，拉伸弹簧破断张力与长度等)，可旋转伸缩卡箍旋转角度及尺寸等可通过计算确定，适用范围广。

(3)保护装置结构简单，安装方便，使用寿命长，材料成本优廉，经济性能好。

(4)整体保护装置制造方便，易于运输，安装简单，能够从根本上保护输电塔的安全，减少输电塔倒塌的经济损失。

附图说明

图1为本发明所述保护装置的结构主视图；

图2为图1所示保护装置的结构侧视图；

图3为图1所示保护装置在极限风载荷作用下受拉弹簧断裂的主视图；

图4为图1所示保护装置在极限风载荷作用下环扣打开的主视图。

图中：

1-风，2-第一风压板，3-第二风压板，4-第一压力弹簧，5-第二压力弹簧，6-连接件，7-拉伸弹簧，8-第一受压板，9-第二受压板，10-第一圆弧形卡箍，11-第二圆弧形卡箍，12-松紧绳，13-第一环形卡扣，14-第二环形卡扣，15-绝缘子，16-导地线，17-阻隔块。

具体实施方式

下面结合附图及具体实施例对本发明做进一步的说明，但下述实施例绝非对本发明有任何限制。

本发明提出的一种极限风载荷情况下输电塔-线断裂保护装置，该装置包括两个反向风压板、弹簧系统和与环扣系统。该装置连接在连接件6与绝缘子15之间，所述连接件6与输电塔连接，所述绝缘子15与导地线16连接，如1和图2所示。

如图1和图2所示，所述环扣系统包括圆环卡箍、两个环形卡扣和一条松紧绳12；所述圆环卡箍包括两个穿插连接、且可以相对旋转的圆弧形卡箍，两个圆弧形卡箍外侧的上部分别连接有一个受压板，一个圆弧形卡箍设有同轴弧形槽，另一个圆弧形卡箍为实心的、且横截面小于所述的同轴弧形槽的横截面轮廓，两个圆弧形卡箍通过绕轴心旋转促使环扣进行打开与闭合。如图3所述，两个环形卡扣的内口轮廓大于所述圆环卡箍的横截面，即两个所述圆弧形卡箍的打开的空隙要大于环形卡扣的宽度，保证卡扣顺利脱离。两个圆弧形卡箍相互穿插连接后，两个环形卡扣均套在所述的圆环卡箍上，其中一个环形卡扣位于两个受压板之间，另一个环形卡扣位于圆环卡箍的下部，位于两个受压板之间的环形卡扣与连接件6连接，连接件6上固定与两个受压板内侧初始间距相同宽度的阻隔块17，位于圆环卡箍下部的环形卡扣与绝缘子15连接。两个圆弧形卡箍的圆心角相同；所述的圆环卡箍闭锁时，两个圆弧形卡箍的上端交错重叠，两个圆弧形卡箍的上端点之间的圆心角为A，每个圆弧形卡箍与自身相连接的受压板外侧的连接点为C点，一个圆弧形卡箍的下端点与另一圆弧形卡箍上C点之间的圆心角为B，B＞A，以保证受压板不影响圆环卡箍完全打开。在所述圆环卡箍打开的过程中，该圆心角A逐渐变小至0，在达到极限风载荷之前，A>0；A＝0时，所述圆环卡箍打开。所述松紧绳12绕在圆弧形卡箍的外侧，所述松紧绳12的两端分别固定在两个受压板外侧的下端；在所述拉伸弹簧破断后，所述松紧绳12拉拽两个受压板，所述受压板在松紧绳12的作用下在圆弧形卡箍的同轴弧形槽的导向下做相反旋转，导致两个所述圆弧形卡箍逆向旋转，最终圆环卡箍打开，打开瞬间两个圆弧形卡箍的上部脱离，脱离的开口跨度大于环形卡扣的轴向尺寸，即两个所述圆弧形卡箍的打开的空隙要大于环形卡扣的宽度，保证所述环形卡扣与圆环卡箍顺利脱离。

所述弹簧系统包括一个拉伸弹簧、两个压力弹簧和阻隔块，所述拉伸弹簧的两端分别固定在两个受压板相对的内侧面上，每个压力弹簧的一端分别固定在两个受压板的内侧面上，每个压力弹簧的另一端分别与所述的一个风压板固定。所述拉伸弹簧与两个压力弹簧的按照轴线间隔来布置，且所述拉伸弹簧与两个压力弹簧相互之间是有距离的。所述阻隔块固定在连接件上，其宽度与两个受压板内侧初始宽度相同。风载荷情况下，所述压力弹簧的压力即为所述拉伸弹簧所受拉力，所述拉伸弹簧的破断张力为极限风速导致所述拉伸弹簧产生的拉力。所述风载荷沿导地线顺流向的前后方向，风载荷对其中一个风压板产生作用，从而对其连接的受压板产生压力，受到压力的风压板产生位移，在阻隔块的作用下，另一个风压板静止不动，拉伸弹簧由于风压板移动受到拉力，在极限风速情况会导致所述拉伸弹簧断裂。所述拉伸弹簧断裂之后导致所述两个受压板在松紧绳作用下进行反向旋转，从而打开圆环卡箍。所述保护装置不受风载荷方向限制，整体结构制造简单，安装方便，可广泛用于输电塔-线体系。

当顺流向风速达到极限，断裂保护装置启动，对绝缘子15及导地线16进行脱离，风向不受限制。为了清楚的描述本发明是如何实现在极限风载荷情况下对输电塔的保护，本实施例中，两个风压板分别记为第一风压板2和第二风压板3，如图1所示，第一风压板2和第二风压板3的表面与导地线16顺流向方向垂直。如图1和图2所示，两个环形卡扣分别记为第一环形卡扣13和第二环形卡扣14，本发明中对两个环形卡扣的形状不受限制，本实施例中所述第一环形卡扣13和第二环形卡扣14均为椭圆形卡扣。两个圆弧形卡箍分别记为第一圆弧形卡箍10和第二圆弧形卡箍11，两个圆弧形卡箍外侧的上部分别连接的一个受压板，其中，第一圆弧形卡箍10上部外侧连接的受压板记为第一受压板8，第二圆弧形卡箍11上部外侧连接的受压板记为第二受压板9；两个压力弹簧中，固定在第一受压板8与第一风压板2之间的压力弹簧记为第一压力弹簧4，固定在第二受压板9与第二风压板3之间的压力弹簧记为第二压力弹簧5。本发明中，第一压力弹簧4、第二压力弹簧5与拉伸弹簧7不在同一水平面，也不再同一垂直面，弹簧间隔布置，互不影响。下面以第一风压板2受到风载荷为例进行具体阐述，第二风压板3受到风载荷情况与之相同，不再赘述。

第一风压板2受到风载荷作用对第一压力弹簧4进行压缩，第一压力弹簧4对第一受压板8产生压力，第一压力弹簧4将风载荷有效的转移到第一受压板8上，导致第一受压板8进行移动，所述第一受压板8移动带动所述第一圆弧形卡箍10旋转。在达到极限风载荷之前，第一压力弹簧4对第一受压板8产生压力，导致第一受压板8进行移动，第二受压板9在阻隔块17阻挡下静止不动，第一圆弧形卡箍10在第一受压板8的移动下发生旋转，其旋转角度不会使闭合的圆环卡箍打开。极限风载荷情况下，所述第一风压板2受到最大风载荷，所述第一压力弹簧4受到最大压力，进而导致所述第一受压板8在压力作用下产生最大位移，第二受压板9在阻隔块17阻挡下静止不动，极限风载荷作用下第一受压板8移动的距离导致拉伸弹簧7达到破断张力而断裂，拉伸弹簧7破裂之后，第一圆弧形卡箍10与第二圆弧形卡箍11在松紧绳12作用下逆向旋转，进而打开圆环卡箍，此时，圆环卡箍的间隙足以使第一环形卡扣13滑出，如图3所示，本发明的断裂保护装置随绝缘子15与导地线16一起从连接件6中脱离开来，消除导地线16在极限风载荷作用下对输电塔的拖拽作用，进而保护输电塔不至倒塌，如图4所示。

尽管上面结合附图对本发明进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨的情况下，还可以做出很多变形，这些均属于本发明的保护之内。

Claims (8)

1.一种极限风载荷情况下输电塔-线断裂保护装置，其特征在于，该装置包括两个风压板、弹簧系统与环扣系统；

所述环扣系统包括圆环卡箍、两个环形卡扣和一条松紧绳；所述圆环卡箍包括两个穿插连接、且可以相对旋转的圆弧形卡箍，两个圆弧形卡箍外侧的上部分别连接有一个受压板，两个圆弧形卡箍相互穿插连接后，两个环形卡扣均套在所述的圆环卡箍上，其中一个环形卡扣位于两个受压板之间、且与一连接件相连；另一个环形卡扣位于圆环卡箍的下部、且与绝缘子相连；所述松紧绳绕在圆弧形卡箍的外侧，所述松紧绳的两端分别固定在两个受压板外侧的下端；

所述弹簧系统包括一个拉伸弹簧、两个压力弹簧和阻隔块，所述拉伸弹簧的两端分别固定在两个受压板相对的内侧面上，所述阻隔块布置在所述拉伸弹簧的正下方，所述阻隔块以所述连接件为中心安装并固定在所述连接件上，所述阻隔块的宽度与两个受压板内侧面初始间距相同，每个压力弹簧的一端分别固定在两个受压板的内侧面上，每个压力弹簧的另一端分别与所述的一个风压板固定。

2.根据权利要求1所述的极限风载荷情况下输电塔-线断裂保护装置，其特征在于，所述连接件与输电塔连接，所述绝缘子与导地线连接。

3.根据权利要求1所述的极限风载荷情况下输电塔-线断裂保护装置，其特征在于，所述拉伸弹簧与两个压力弹簧按照轴线间隔来布置，且所述拉伸弹簧与两个压力弹簧相互之间是有距离的。

4.根据权利要求1所述的极限风载荷情况下输电塔-线断裂保护装置，其特征在于，风载荷情况下，所述压力弹簧的压力即为所述拉伸弹簧所受拉力，所述拉伸弹簧的破断张力为极限风速导致所述拉伸弹簧产生的拉力。

5.根据权利要求1所述的极限风载荷情况下输电塔-线断裂保护装置，其特征在于，两个圆弧形卡箍的圆心角相同；所述的圆环卡箍闭锁时，两个圆弧形卡箍的上端交错重叠，两个圆弧形卡箍的上端点之间的圆心角为A，每个圆弧形卡箍与自身相连接的受压板外则的连接点为C点，一个圆弧形卡箍的下端点与另一圆弧形卡箍上C点之间的圆心角为B，B＞A；在所述圆环卡箍打开的过程中，该圆心角A逐渐变小至0，在达到极限风载荷之前，A>0；A＝0时，所述圆环卡箍打开。

6.根据权利要求1所述的极限风载荷情况下输电塔-线断裂保护装置，其特征在于，一个圆弧形卡箍设有同轴弧形槽，另一个圆弧形卡箍为实心的、且横截面小于所述的同轴弧形槽的横截面轮廓；两个环形卡扣的内口轮廓大于所述圆环卡箍的横截面。

7.根据权利要求6所述的极限风载荷情况下输电塔-线断裂保护装置，其特征在于，所述松紧绳的长短和弹力的确定是：在所述拉伸弹簧破断后，所述松紧绳拉拽两个受压板，所述受压板在松紧绳的作用下在圆弧形卡箍的同轴弧形槽的导向下做相反旋转，两个圆弧形卡箍的上部脱离，脱离的开口跨度大于环形卡扣的轴向尺寸。

8.根据权利要求1所述的极限风载荷情况下输电塔-线断裂保护装置，其特征在于，所述阻隔块用以阻止两个受压板相向移动。

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