[發(fā)明專利]一種覆冰輸電桿塔的風(fēng)載荷計(jì)算方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201410837246.4
• 申請(qǐng)日: 2014-12-29
• 公開（公告）號(hào): CN104573352B
• 公開（公告）日: 2018-04-24
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 彭家寧;趙高煜;張棟梁;邊美華;張興森;盧展強(qiáng);施錦奎;梁世榮
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 廣西電網(wǎng)公司電力科學(xué)研究院;華中科技大學(xué)
• 主分類號(hào): G06F19/00
• 分類號(hào): G06F19/00
• 代理公司: 華中科技大學(xué)專利中心42201
• 代理人: 梁鵬

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于輸電線路中桿塔的設(shè)計(jì)及其結(jié)構(gòu)分析領(lǐng)域，更具體地，涉及一種覆冰輸電桿塔的風(fēng)載荷計(jì)算方法。

背景技術(shù)

作用在輸電桿塔上的載荷按性質(zhì)可分為永久載荷、可變載荷。其中可變載荷包括風(fēng)載荷、塔身上的覆冰載荷、電線和絕緣子上的覆冰載荷等，這些載荷計(jì)算正確與否，將影響輸電桿塔設(shè)計(jì)的強(qiáng)度、穩(wěn)定性，進(jìn)而影響到輸電線路的安全運(yùn)行。

目前在國家標(biāo)準(zhǔn)《110kV～750kV架空輸電線路設(shè)計(jì)規(guī)范》GB 50545－2010中給出的桿塔風(fēng)載荷標(biāo)準(zhǔn)值計(jì)算方法是先求出基準(zhǔn)高度為10m時(shí)的基準(zhǔn)風(fēng)壓標(biāo)準(zhǔn)值與輸電桿塔承受風(fēng)壓的投影面積計(jì)算值的乘積，然后通過風(fēng)壓高度變化系數(shù)、輸電桿塔的體型系數(shù)、桿塔風(fēng)載荷調(diào)整系數(shù)和覆冰時(shí)風(fēng)載荷增大系數(shù)等一系列系數(shù)進(jìn)行調(diào)節(jié)得到輸電桿塔承受的風(fēng)載荷，上述這些系數(shù)按一定條件查規(guī)范中相應(yīng)的表格獲得相應(yīng)數(shù)值，其中覆冰時(shí)風(fēng)載荷增大系數(shù)，5mm冰區(qū)取1.1，10mm冰區(qū)取1.2。

在上述的計(jì)算方式中，并沒有考慮輸電桿塔上不同的覆冰形狀對(duì)風(fēng)載荷的影響，只是粗略地按照兩種覆冰厚度分別乘系數(shù)；也沒有給出其他覆冰厚度時(shí)風(fēng)載荷增大系數(shù)的相應(yīng)值。因此，在此種情況下計(jì)算得到的作用在覆冰輸電桿塔塔身上的風(fēng)載荷與實(shí)際情況差別比較大，據(jù)此設(shè)計(jì)的桿塔可能存在安全隱患。

發(fā)明內(nèi)容

針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的以上缺陷或改進(jìn)需求，本發(fā)明提供了一種覆冰輸電桿塔的風(fēng)載荷計(jì)算方法，其目的在于提供一種與實(shí)際情況中的風(fēng)載荷更為吻合的算法來減小風(fēng)載荷計(jì)算的誤差，由此解決桿塔設(shè)計(jì)可能存在安全隱患的技術(shù)問題。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，按照本發(fā)明的一個(gè)方面，提供了一種覆冰輸電桿塔桿件的風(fēng)載荷計(jì)算方法，其特征在于，該方法包括如下步驟：

(a)通過計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)方法，數(shù)值模擬得到覆冰輸電桿塔桿件上的升力系數(shù)C_L(α)、阻力系數(shù)C_D(α)和扭矩系數(shù)C_M(α)，其中α為覆冰風(fēng)攻角；

(b)由下述公式(1)求出輸電桿塔桿件上的氣動(dòng)升力F_L、氣動(dòng)阻力F_D和氣動(dòng)扭矩M，即獲得了輸電桿塔桿件上的風(fēng)載荷的三個(gè)分量；

其中ρ、U、D分別為空氣密度、風(fēng)速和輸電桿塔桿件橫截面上的迎風(fēng)寬度。

進(jìn)一步地，該計(jì)算方法可應(yīng)用于角鋼或扁鋼型輸電桿塔桿件的風(fēng)載荷的計(jì)算。

本發(fā)明還提出了一種覆冰輸電桿塔桿端節(jié)點(diǎn)的風(fēng)載荷的計(jì)算方法，其特征在于，利用如權(quán)利要求1或2中的計(jì)算方法算出桿塔桿件的風(fēng)載荷矢量，將所述桿塔桿件的風(fēng)載荷在桿件端部的兩個(gè)節(jié)點(diǎn)上均分，均分后其中一個(gè)節(jié)點(diǎn)上對(duì)應(yīng)于該桿件的風(fēng)載荷矢量按照公式(2)來進(jìn)行計(jì)算：

其中分別為桿塔桿件端部節(jié)點(diǎn)上的氣動(dòng)升力、氣動(dòng)阻力和氣動(dòng)扭矩，l為桿件長度，D為桿件橫截面上的迎風(fēng)寬度。將構(gòu)成同一節(jié)點(diǎn)的所有桿件上作用的這部分風(fēng)載荷矢量疊加即可得到該節(jié)點(diǎn)上的風(fēng)載荷。總體而言，通過本發(fā)明所構(gòu)思的以上技術(shù)方案與現(xiàn)有技術(shù)相比，由于將風(fēng)載荷按載荷方向分解為氣動(dòng)升力、氣動(dòng)阻力和氣動(dòng)扭矩三個(gè)方向的分量，并考慮不同覆冰形狀、覆冰厚度的影響，能夠獲得更接近真實(shí)工況的輸電桿塔風(fēng)載荷的計(jì)算方法，提高輸電桿塔的安全性。

附圖說明

圖1是按照覆冰圓形截面桿件風(fēng)載荷及風(fēng)攻角示意圖；

圖2是按照本發(fā)明實(shí)現(xiàn)的在風(fēng)速20m/s、厚度15mm新月形覆冰工況下不同風(fēng)攻角下圓形截面桿件氣動(dòng)力系數(shù)的試驗(yàn)曲線圖。

具體實(shí)施方式

為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。此外，下面所描述的本發(fā)明各個(gè)實(shí)施方式中所涉及到的技術(shù)特征只要彼此之間未構(gòu)成沖突就可以相互組合。

本發(fā)明的主要思路是：運(yùn)用CFD(計(jì)算流體動(dòng)力學(xué))方法，計(jì)算覆冰輸電桿塔在不同覆冰厚度時(shí)的風(fēng)載荷阻力系數(shù)，然后乘以空氣密度、風(fēng)速和輸電桿塔承受風(fēng)壓的投影面積計(jì)算值，得到輸電桿塔承受的分布載荷。為方便起見，可將輸電桿塔桿件承受的風(fēng)載荷，折算成集中力作用在同一桿件的兩端節(jié)點(diǎn)上。將輸電桿塔上各個(gè)節(jié)點(diǎn)上相應(yīng)的風(fēng)載荷分量疊加起來，就得到桿塔各節(jié)點(diǎn)上作用的風(fēng)載荷。

按照本發(fā)明的覆冰輸電桿塔風(fēng)載荷計(jì)算方法，根據(jù)輸電桿塔的實(shí)際參數(shù)計(jì)算，不用粗略的系數(shù)調(diào)節(jié)，可以考慮不同覆冰厚度情形，桿塔分段也可以更細(xì)致，計(jì)算結(jié)果更接近實(shí)際工況。