Etude expérimentale sur les caractéristiques de galop d'une glace unique

Rapports scientifiques volume 13, Numéro d'article : 5172 (2023) Citer cet article

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Le galop des lignes de transmission recouvertes de glace est parfois observé sous des directions de vent obliques. Cependant, la plupart des recherches actuelles sur les mécanismes de galop portent sur un écoulement perpendiculaire à l'envergure des lignes de transport. Afin de combler cette lacune, cette recherche étudie les caractéristiques de galop des lignes de transmission recouvertes de glace sous écoulements obliques sur la base d'essais en soufflerie. Le déplacement induit par le vent d'un modèle de ligne de transmission aéroélastique à revêtement de glace a été mesuré avec un équipement de mesure de déplacement sans contact dans une soufflerie à différentes vitesses et directions du vent. Les résultats montrent que le galop est caractérisé par des trajectoires elliptiques et un amortissement négatif, qui est plus susceptible de se produire sous écoulement oblique que sous écoulement direct (0°). À une direction de vent de 15°, un galop en direction verticale a été observé à des vitesses de vent supérieures à 5 m/s. À une direction du vent de 30°, un galop a été observé sur toute la plage des vitesses de vent testées. De plus, les amplitudes de galop sous écoulements obliques sont observées comme étant plus grandes que celles sous écoulement direct. Par conséquent, lorsque la direction du vent entre l'azimut principal de la mousson d'hiver et la direction latérale du tracé de la ligne de transmission est comprise entre 15° et 30°, des dispositifs anti-galop appropriés sont fortement recommandés en pratique.

Le galop d’une ligne de transmission recouverte de glace est caractérisé comme une vibration auto-excitée de basse fréquence et de grande amplitude sous l’excitation du vent. Le galop peut provoquer de la fatigue et endommager les lignes de transmission et les raccords de câblage. De plus, cela pourrait même provoquer l’effondrement de la tour de transmission1. Le mécanisme de galop des lignes de transport recouvertes de glace est un problème crucial dans la prévention des catastrophes et l’atténuation des systèmes de lignes de transport. Les méthodes analytiques, les simulations numériques, les mesures sur le terrain et les essais en soufflerie sont les principales méthodes permettant d'étudier le mécanisme de galop des lignes de transmission recouvertes de glace.

En termes de théories analytiques du galop, Den Hartog2 a proposé un modèle quasi-stationnaire simplifié à un seul degré de liberté pour considérer la vibration verticale. Nigel3 a proposé un mécanisme de galop excité en torsion en étendant la théorie de Den Hartog. Yu et al.4,5 ont développé un mécanisme de couplage par inertie. Il est indiqué qu'en raison du changement de l'angle d'attaque provoqué par l'inertie excentrique résultant du givrage, la force de portance fournit une rétroaction positive à la vibration latérale, formant ainsi un phénomène de galop substantiel. En utilisant les méthodes analytiques mentionnées ci-dessus, les conditions qui se produisent et les facteurs d'influence du galop sont discutés. Par conséquent, la compréhension du galop a été améliorée pour la pratique. Liu et al.6 ont ajouté une charge d'excitation externe à l'équation régissant les lignes de transmission gelées en fonction de la condition de vent stable, établissant ainsi un nouveau modèle de vibration auto-excitée forcée pour le galop. Liu et al.7 ont analysé la précision des solutions approximatives obtenues par la méthode de perturbation sur les équations galopantes. Sur la base de ces recherches, des critères de conception théoriques utiles pour limiter ou éliminer le galop des lignes de transmission ont été proposés. Cependant, en ingénierie pratique, le galop se produit même occasionnellement au-delà des conditions calculées sur la base des théories classiques, ce qui indique que des situations réalistes plus complexes doivent être étudiées plus en détail.

Des tentatives massives sont réalisées pour simuler le processus de galop des lignes de transmission à l’aide de méthodes numériques. Sur la base de la théorie spatiale des poutres courbes, Yan et al.8,9 ont établi deux types de modèles de galop de conducteurs glacés, à savoir un modèle de poutre courbe finie et un modèle mixte, pour simuler le galop des lignes de transmission. Par conséquent, une formule pour la vitesse critique du vent a été proposée. Wu et al.10 ont utilisé le logiciel commercial CFD FLUENT pour simuler le flux d'air autour de deux faisceaux de conducteurs. Une méthode de simulation numérique de l'oscillation de sillage a été proposée, validée par les données de soufflerie. Les résultats ont montré que, lors du galop, la trajectoire d'un sous-conducteur est proche de l'ellipse horizontale. Meynen et al.11 ont simulé numériquement les caractéristiques d'entrée d'énergie d'un seul conducteur en résolvant un problème de cylindre d'oscillation harmonique simple laminaire bidimensionnel. Clunia et al.12 ont analysé la durée de vie en fatigue d'une ligne de transmission par des simulations numériques en écoulement laminaire et turbulent. Desai et al.13 ont proposé un élément de câble avec un degré de liberté de torsion pour simuler un conducteur gelé. Xiong et al.14 ont effectué une analyse modale sur des conducteurs glacés et ont déterminé leurs performances de galop en utilisant un modèle de poutre incurvée tridimensionnelle. Zhang et al.15 ont effectué un test aéroélastique de quatre conducteurs groupés et analysé les modes de vibration en considérant différents types d'isolateurs. Sur la base de ces investigations, le processus de galop des lignes de transmission peut être reproduit numériquement. Les interactions entre le vent et les lignes de transmission ont été discutées. Cependant, en raison de la complexité et des lacunes dans le calcul de la précision et de l’efficacité, leurs applications à l’ingénierie pratique étaient limitées.