專利名稱：：一種輸電線路鋼管桿塔渦激風(fēng)振的抑制裝置及其方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及輸電線路設(shè)備
技術(shù)領(lǐng)域：
，尤其涉及一種輸電線路鋼管桿塔渦激風(fēng)振的抑制裝置及其方法。本發(fā)明能抑制鋼管輸電桿塔等截面圓管或外坡度小于2%的圓錐形桿件橫風(fēng)向渦激風(fēng)振。
背景技術(shù)：
：架空輸電線路鐵塔的風(fēng)振包括整塔的順風(fēng)向振動和局部鋼管桿件的橫風(fēng)向振動兩類。本發(fā)明涉及輸電桿塔的橫風(fēng)向風(fēng)振控制方法，屬于結(jié)構(gòu)振動被動控制范疇。圓柱體的橫向繞流會在柱體后產(chǎn)生旋渦，旋渦的運動特性由圓柱體在風(fēng)流中的雷諾數(shù)Re決定。當(dāng)4(^Re〈xl()S處于亞臨界范圍時，在柱體后生成兩列交替錯開、旋向相反、間距保持不變、周期性脫落的旋渦，稱為卡門渦街。旋渦脫落產(chǎn)生的脫落風(fēng)力，會使得柱體產(chǎn)生橫風(fēng)向運動。當(dāng)旋渦脫落主導(dǎo)頻率與柱體的某階固有頻率比較接近時，發(fā)生渦激共振。渦激風(fēng)振具有頻率鎖定的特性，增加了共振發(fā)生的幾率。02卯圓截面鋼管桿件在15m/s風(fēng)速下的雷諾數(shù)為3xl05。大多數(shù)情況下，桿塔的工況風(fēng)速要小于15m/s，桿件直徑也因之可達290mm以上。風(fēng)速與直徑的乘積組合使得通常情況下鋼管桿塔的大多數(shù)桿件在風(fēng)流中的雷諾數(shù)要小于3X105，容易發(fā)生橫風(fēng)向的渦激風(fēng)振。因此，鋼管桿塔的微風(fēng)振動是較低風(fēng)速時發(fā)生的由卡門渦街引起的橫風(fēng)向運動。.為了避免或減弱這種振動，DL/T5154-2002《架空送電線路桿塔結(jié)構(gòu)設(shè)計技術(shù)規(guī)定》要求，應(yīng)根據(jù)等直徑鋼管起振臨界風(fēng)速Vcr曲線(第一振型)，控制桿件的一階起振臨界風(fēng)速不小于15m/s。這種方法較好地滿足了安全性的要求，能夠抑制鋼管塔絕大部分桿件的微風(fēng)振動，但會明顯增加塔重。為了滿足鋼管塔大規(guī)模應(yīng)用時的經(jīng)濟性要求，目前這一風(fēng)速限值己從15m/s降低到8m/s，桿塔結(jié)構(gòu)設(shè)計時可以在更大的長細比范圍內(nèi)進行選材。但另一方面，降低起振風(fēng)速的限制值，必然增大了某些較大長細比桿件的振動幾率。微風(fēng)振動不會直接造成桿塔結(jié)構(gòu)破壞，但其破壞作用是累積的，在一定時間下會引起桿件端部、桿件連接法蘭的螺栓連接松動，焊縫疲勞破壞。因此，有必要采取一定的技術(shù)措施對振動進行抑制。相比于在結(jié)構(gòu)設(shè)計中縮小桿件長細比而增加塔重，后處理技術(shù)措施會更為經(jīng)濟。后處理技術(shù)措施主要包括兩種，一種方法是根據(jù)桿塔的實際結(jié)構(gòu)，在局部位置增加輔助支撐材，增大振動桿件的剛度，提高其起振臨界風(fēng)速。而對于某些固有頻率、特征尺寸等不易改變的桿件，則可以增大結(jié)構(gòu)的斯特羅哈數(shù)可以抑制微風(fēng)振動。在不改變圓截面基本形狀的前提下增大斯特羅哈數(shù)，需要在結(jié)構(gòu)上附加旋渦干擾裝置，如桿件表面纏繞擾流線、布置順軸向分布間斷短肋等，破壞有規(guī)則的卡門渦街。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的是提供一種能抑制鋼管輸電桿塔等截面圓管或外坡度小于2%的圓錐形桿件橫風(fēng)向渦激風(fēng)振的方法。采用螺旋形圓斷面擾流線纏繞在鋼管表面，結(jié)構(gòu)簡單，易于安裝、維護，成本低，能同時控制大長細比桿件的一、二階微風(fēng)振動，且效果好。本發(fā)明提供了一種輸電線路鋼管桿塔渦激風(fēng)振的抑制裝置，包括輸電線路鋼管桿塔的等截面圓管或外坡度小于2%的圓錐形桿件和纏繞在所述等截面圓管或圓錐形桿件上的擾流部件，所述擾流部件是擾流線、短肋或鰭板，所述短肋是在所述圓管或圓錐形桿件上的順軸向分布的間斷短肋，所述鰭板是在所述圓管或圓錐形桿件上的順軸向分布的交錯鰭板。其中，采用螺旋形圓斷面的擾流線螺旋纏繞在所述等截面圓管或圓錐形桿件上，來抑制圓管或桿件的橫風(fēng)向渦激風(fēng)振，所述擾流線的直徑為d，擾流線各螺旋節(jié)之間的間距為L，纏繞處的等截面圓管或圓錐形桿件的直徑為D，所述d、L、D之間滿足如下關(guān)系:d=D/10，L=1013D。其中，所述d-D/10,L=12D。其中，對于外坡度小于2%的圓錐形桿件，由于錐度很小，可以不考慮錐度對擾流線直徑和節(jié)距設(shè)置的影響。其中，所述擾流線的材料要求具有一定的強度，具有較好的耐大氣腐蝕性、耐氣侯變化性以及優(yōu)良的幾何穩(wěn)定性。其中，所述擾流線的材料沒有嚴格的限制，可以是如鋁合金、硬PVC塑料等。其中，所述鋁合金擾流線的加工工藝是拉絲成型，所述硬PVC塑料的繞流線的加工工藝是采取注塑模工藝制造。本發(fā)明還提供了一種輸電線路鋼管桿塔渦激風(fēng)振的抑制方法，根據(jù)所要求保護的輸電線路鋼管桿塔的等截面圓管或外坡度小于2%的圓錐形桿件的直徑D，制備好螺旋形圓斷面的擾流線，所述擾流線的直徑為d，然后將所述擾流線螺旋纏繞在所述等截面圓管或圓錐形桿件上，來抑制圓管或桿件的橫風(fēng)向渦激風(fēng)振，纏繞的螺旋線節(jié)距為L，并滿足如下的關(guān)系螺4旋線節(jié)距L與直徑d的比值區(qū)間為100130，d=D/10。其中，所述d二D/10，L=12D。本發(fā)明的有益效果是-1、結(jié)構(gòu)簡單，控制效果好，安裝、維護方便，成本低;2、能同時控制大長細比桿件的一、二階渦激風(fēng)振；3、對鋼管塔、鋼管桿均適用；4、對桿塔結(jié)構(gòu)本身的受力性能無不良影響。下面結(jié)合附圖對本發(fā)明進一步說明。圖1是依據(jù)本發(fā)明的抑制裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是依據(jù)本發(fā)明的抑制裝置的試驗圖3是依據(jù)本發(fā)明的抑制裝置的擾流線、短肋或鰭板的示意圖'具體實施例方式下面的表1列出了根據(jù)本發(fā)明的不同實施例的試驗結(jié)果表1不同節(jié)點構(gòu)造鋼管構(gòu)件振動幅值(mm)<table>tableseeoriginaldocumentpage5</column></row><table>表1結(jié)果表明，在起振臨界風(fēng)速附近，螺旋形索圈的減振效果最好，短肋的次之，相對來說鰭板的較差一些。其結(jié)構(gòu)形式如圖3所示。鋼管構(gòu)件焊接短肋增加設(shè)計、制造工作量。纏繞螺旋形擾流線簡單易行，便于工程應(yīng)用。所以，對于發(fā)生微風(fēng)振動的鋼管構(gòu)件，推薦在其表面纏繞擾流線，改變微風(fēng)共振產(chǎn)生的條件。附圖1為螺旋形圓斷面擾流線控制鋼管桿件微風(fēng)振動的示意圖。螺旋形擾流線的選擇及布置方法參見表2所示螺旋線直徑D/10;節(jié)距12D，D表示鋼管桿件的外徑。如附圖2所示。選取120、160兩種長細比的桿件進行振動控制的風(fēng)洞試驗。試驗中直接使用規(guī)格為①60x4的圓截面鋼管，對其在不同螺旋線直徑、節(jié)距情況下的風(fēng)振響應(yīng)進行測試。加裝螺旋線型擾流裝置后，渦激共振的加速度和位移響應(yīng)均可得到一定程度的抑制，具有較好的抑制效果時，可降低530倍，試驗數(shù)據(jù)參見附表所示。當(dāng)一階和二階共振都達到接近最優(yōu)的抑制效果時，螺旋線節(jié)距L與直徑d的比值區(qū)間為100~130。表2風(fēng)洞試驗工況及一階振動減振效果螺旋線參數(shù)渦激共振區(qū)加速度根方差極大值/m/s2匸況節(jié)距I宵好d桿件長細比1」Jt匕L-&1工U1201601無螺旋線3.6061.961822.474/2.2921.97048Z)Z)/15l屈0.275腦10.8260.1426/0.17273"3.034/85D1，1.1569108D10￡0.3890.1010.7050.6981112D0.1700.0451215D1,0620.101133D3扁/145D0,4260.2171516Z)/7.5腦0.1300.1310.0410.0341716D0.1740.0431820D0.5950.067此處己經(jīng)根據(jù)特定的示例性實施例對本發(fā)明進行了描述。對本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說在不6脫離本發(fā)明的范圍下進行適當(dāng)?shù)奶鎿Q或修改將是顯而易見的。示例性的實施例僅僅是例證性的，而不是對本發(fā)明的范圍的限制，本發(fā)明的范圍由所附的權(quán)利要求定義。權(quán)利要求1、一種輸電線路鋼管桿塔渦激風(fēng)振的抑制裝置，包括輸電線路鋼管桿塔的等截面圓管或外坡度小于2％的圓錐形桿件和纏繞在所述等截面圓管或圓錐形桿件上的擾流部件，所述擾流部件是擾流線、短肋或鰭板，所述短肋是在所述圓管或圓錐形桿件上的順軸向分布的間斷短肋，所述鰭板是在所述圓管或圓錐形桿件上的順軸向分布的交錯鰭板。2、如權(quán)利要求1所述的抑制裝置，其特征在于采用螺旋形圓斷面的擾流線螺旋纏繞在所述等截面圓管或圓錐形桿件上，來抑制圓管或桿件的橫風(fēng)向渦激風(fēng)振，所述擾流線的直徑為d，擾流線各螺旋節(jié)之間的間距為L，纏繞處的等截面圓管或圓錐形桿件的直徑為D，所述d、L、D之間滿足如下關(guān)系:d=D/10，L=1013D。3、如權(quán)利要求2所述的抑制裝置，其特征在于所述d、L、D之間滿足如下關(guān)系d=D/10，L=12D。4、如權(quán)利要求3所述的抑制裝置，其特征在于對于外坡度小于2%的圓錐形桿件，由于錐度很小，可以不考慮錐度對擾流線直徑和節(jié)距設(shè)置的影響。5、如權(quán)利要求4所述的抑制裝置，其特征在于所述擾流線的材料要求具有一定的強度，具有較好的耐大氣腐蝕性、耐氣侯變化性以及優(yōu)良的幾何穩(wěn)定性。6、如權(quán)利要求4-5所述的抑制裝置，其特征在于所述擾流線的材料沒有嚴格的限制，可以是如鋁合金、硬PVC塑料等。7、如權(quán)利要求6所述的抑制裝置，其特征在于所述鋁合金擾流線的加工工藝是拉絲成型，所述硬PVC塑料的繞流線的加工工藝是采取注塑模工藝制造。8、一種輸電線路鋼管桿塔渦激風(fēng)振的抑制方法，其特征在于根據(jù)所要求保護的輸電線路鋼管桿塔的等截面圓管或外坡度小于2M的圓錐形桿件的直徑D，制備好螺旋形圓斷面的擾流線，所述擾流線的直徑為d，然后將所述擾流線螺旋纏繞在所述等截面圓管或圓錐形桿件上，來抑制圓管或桿件的橫風(fēng)向渦激風(fēng)振，纏繞的螺旋線節(jié)距為L，所述d、L、D之間滿足如下關(guān)系d=D/10，L=1013D。9、如權(quán)利要求8所述的抑制方法，其特征在于所述d、L、D之間滿足如下關(guān)系d=D/10，L=12D。全文摘要本發(fā)明提供了一種能抑制鋼管輸電桿塔等截面圓管或外坡度小于2％的圓錐形桿件橫風(fēng)向渦激風(fēng)振的裝置及其方法。采用短肋、鰭板或螺旋形圓斷面擾流線纏繞在鋼管表面，螺旋形擾流線的選擇及布置方法螺旋線直徑D/10；節(jié)距12D，D表示鋼管桿件的外徑。螺旋線擾流裝置結(jié)構(gòu)簡單，易于安裝、維護，成本低，能同時控制大長細比桿件的一、二階微風(fēng)振動，且效果好。文檔編號E04H12/08GK101672125SQ200910092539公開日2010年3月17日申請日期2009年9月17日優(yōu)先權(quán)日2009年9月17日發(fā)明者正李,楊靖波,楊風(fēng)利,王景朝,韓軍科申請人:中國電力科學(xué)研究院