[發明專利]避免渦激共振對鋼管避雷針機械強度影響的方法

在審

• 申請號: 201811346715.7
• 申請日: 2018-11-13
• 公開（公告）號: CN109768474A
• 公開（公告）日: 2019-05-17
• 發明（設計）人: 孫濤
• 申請（專利權）人: 國網甘肅省電力公司電力科學研究院
• 主分類號: H01T19/04
• 分類號: H01T19/04;G06F17/10
• 代理公司: 北京輕創知識產權代理有限公司 11212
• 代理人: 談杰

1.避免渦激共振對鋼管避雷針機械強度影響的方法，其特征在于，該方法包括以下步驟：

一、計算避雷針渦振疲勞壽命；步驟為：(1)估算起振臨界風速；(2)計算渦激力；(3)計算渦激疲勞應力；(4)計算鋼管避雷針基頻；(5)估算渦激疲勞壽命；

二、依據現有220kV、330kV、500kV、750kV變電站構架避雷針結構參數，利用上述計算方法對可能的一階、二階起振臨界風速進行估算；

三、根據計算結果，在獨立式鋼管避雷針的外表，布置矩形擾流板，纏繞螺旋線或包裹帶有螺旋肋條的外衣，以及設置交錯的魚鰭板。

2.根據權利要求1所述的避免渦激共振對鋼管避雷針機械強度影響的方法，其特征在于，

步驟一中計算步驟為：

(1)起振臨界風速估算

取鋼管避雷針長度l為27m，以中間截面表征整個結構的計算截面，外徑D為0.47m，回轉半徑i_x為0.164m，避雷針長細比λ＝l/i_x為164，懸臂約束，其一階起振臨界風速為：

v_α1＝0.41×10⁵λ^-2

二階起振臨界風速

v_α1＝2.54×10⁵λ^-2

(2)渦激力計算

假定渦激力以集中力作用于27m長避雷針的中間部位，其一階渦激力和渦激力矩：

二階渦激力和渦激力矩：

(3)渦激疲勞應力計算

采用套接方式后，基底整個環形截面共同承受渦激力作用下的彎剪應力，基底截面外徑為0.8m，內徑0.78m，環形截面面積A為0.0992m2，環形截面抗彎截面系數

各階渦振彎剪應力計算

(4)鋼管避雷針基頻計算

在自然條件下，渦振發生時，多與結構的一階及二階基頻發生鎖定，即渦振頻率與結構的一階、二階基頻相一致；估算渦振累積頻次，需要首先對結構的一、二階基頻進行計算；考慮到分析對象為變截面鋼管結構，一般的簡化計算公式無法獲取準確的頻率，故建立有限元模型，進行模態分析得到了鋼管避雷針的一階頻率和二階頻率；

(5)渦激疲勞壽命估算

根據鋼結構設計規范，微風振動鋼管構件疲勞容許應力幅值計算

按第5類連接考慮，C的值為1.47x10¹²，β為3；大于一階起振臨界風速1.52m/s的風速幾乎每時每刻都在發生，則一階渦振的發生次數可按下式計算：

n₁＝365×24×3600×1.04＝3.27×10⁷

對于二階渦振，計算在二階疲勞應力最大值的往復作用下，結構的最大耐受疲勞次數如下：

其中σ_2max為二階疲勞應力最大值，通過初試設計資料可以查詢；假定全天24小時不間斷發生渦振的情況下，最大耐受天數為：