Технические науки /5. Энергетика

д.т.н., профессор Буторин В.А.

Челябинская агроинженерная академия, Россия

Ляховецкая Л.В.

аспирант ЧГАА

Аэродинамический гаситель колебаний проводов линий электропередачи

Одной из характерных причин нарушения функционирования линий электропередачи, в частности, линий сельских распределительных сетей напряжением 35 кВ, является повреждения и обрывы проводов, вызванные знакопеременными порывами скоростного напора ветра. Знакопеременные нагрузки на провод вызывают его значительные колебания (вибрацию) [1], которые приводят к усталостному разрушению проволок верхнего повива с последующим обрывом провода.

Колебательный процесс провода представляет вынужденные колебания [2], в которых возмущающейся силой является усилие скоростного напора ветра, а восстанавливающей – сила упругости провода.

В таких случаях эффективным способом гашения колебательного процесса проводов может оказаться применение гасителей, способствующих создавать силу, противодействующую усилию скоростного напора ветра, уменьшая тем самым возмущающую силу колебательного процесса, а, следовательно, амплитуду, частоту и период колебаний проводов.

Принцип работы аэродинамического гасителя предложенной конструкции заключается в создании импульса реактивной силы, направленной противоположно скоростному напору ветра. Импульс реактивной силы при попадании в аэродинамический гаситель ветрового потока возникает на основании теоремы об изменении количества движения [2], математическое выражение которой при условии неизменности массы объекта за период перемещения в пространстве в интервале скоростей от до имеет вид:

(1)

где суммарная масса провода, гирлянд изоляторов, линейной арматуры и гасителя, кг;

скорость ветра в момент входа в гаситель, м/с;

скорость ветра в момент выхода из гасителя, м/с;

импульс реактивной силы, вызванной изменением скорости воздушного потока от значения до , Н·с.

В свою очередь

(2)

где реактивная сила, которая в соответствии с законом сохранения импульса выбрасываемого вещества [3] всегда направлена в сторону, противоположную равнодействующей скоростного напора ветра, Н;

период изменения скоростей воздушного потока от величины до , сек.

В связи с тем, что реактивная сила направлена противоположно усилию воздушного потока, воздействующего на гаситель, возмущающая сила колебательного процесса проводов будет равна их разности, то есть её величина будет значительно снижена.

Авторское право на предложенную конструкцию аэродинамического гасителя колебаний проводов подтверждено патентом на изобретение Российской Федерации [4].

На рис. 1 приведена схема главной составляющей аэродинамического гасителя колебаний проводов – конструкция сопла с насадкой.

Рисунок 1. Схема конструкции аэродинамического комплекта: сопла 1 с насадкой 2.

Гаситель состоит из входного сопла 1, выполненного в виде полого усечённого конуса и выходного сопла (насадки) 2, выполненного также в виде полого усечённого конуса с углом конусности 8⁰ …12⁰. Обе детали изготовлены из стального листа толщиной 2…3 мм. Соединение их осуществляется «встык» электросваркой или с помощью соединительного пояска (на схеме не показан). Длина насадки, с участком у входа в сопло 1 длиной, равной диаметру , образует комбинированное сопло Лаваля [5; 6]. Оно предназначено для увеличения скорости истечения воздушного потока из выходной части сопла 1 и соответственно увеличению величины реактивной силы , направленной противоположно направлению скоростного напора воздушного потока, входящего в сопло 1.

Сопло 1 вместе с насадкой 2 представляет аэродинамический комплект, который крепится на продолговатом элементе, состоящем из двух полуклемм, соединённых болтами. Продолговатый элемент присоединяет гаситель к проводу. На одном продолговатом элементе устанавливается несколько описанных аэродинамических комплектов с двух диаметрально расположенных сторон противоположно друг другу.

В качестве варианта гаситель может крепиться к проводу на двух подвесках в виде стальных канатов диаметром 8мм с зажимами для присоединения к проводу.

Литература:

1. Андриевский В.Н. и др. Эксплуатация воздушных линий электропередачи. Изд. 3-е, перераб. и доп.-М.: «Энергия»,1976. –616 с.

2.Гернет М.М. Курс теоретической механики. Изд. 3-е, перераб. и доп. – М.: Высшая школа, 1973. – 464 с.

3. Военная кафедра ГУАП. Основы теории реактивного движения. Конспект лекций. - М., 2010.

4. РФ. Решение о выдачи патента на изобретение (21). Заявка № 2010144716/07 (064441)

5. Нащокин В.В. Техническая термодинамика и теплопередача: Уч. пособие для ВУЗов – 3-е изд., испр. и доп. М.: Высшая школа, 1980. –469 с.

6. Рабинович О.М. Сборник задач по технической термодинамике. – М.: Машиностроение, 1973. – 344с.