1                      背景概述

1.1                      項目信息

（1）                      項目建設(shè)方：XXX

（2）                      項目建設(shè)地：新疆吐魯番

1.2                      建設(shè)背景

我國西北地區(qū)風(fēng)沙較大,沙塵暴頻繁發(fā)生，在沙塵暴的作用下沉積在絕緣子表面的沙塵量嚴(yán)重增大，沉積的沙塵使絕緣子工作環(huán)境發(fā)生變化，一旦絕緣子工作環(huán)境發(fā)生變化其電場分布將會發(fā)生畸變，絕緣子沿面電場大于空氣擊穿場強時，閃絡(luò)事故可能發(fā)生，因此通過建設(shè)沙塵風(fēng)洞實驗室分析接觸網(wǎng)復(fù)合絕緣子在沙塵地區(qū)染污后的沿面電場分布，可為沙塵地區(qū)絕緣子閃絡(luò)機理的研究提供一定的參考。

沙塵風(fēng)洞可開展研究風(fēng)沙地區(qū)環(huán)境物理及其對材料和電力系統(tǒng)的影響機制，包括風(fēng)沙天氣、沙塵暴對電網(wǎng)活動的影響，如模擬塵暴和塵卷風(fēng)條件下的電力系統(tǒng)評估試驗；模擬設(shè)備表面砂塵的聚集和吹除作用，同時還承擔(dān)研究風(fēng)致砂塵運動等大氣風(fēng)蝕過程。

目前我國已有單位設(shè)有人工積污類的風(fēng)洞，該類風(fēng)洞只是利用風(fēng)洞對各種型式的絕緣子作吹灰試驗，達(dá)不到更寬的風(fēng)速適應(yīng)性以及更均勻的濃度效果，目前我國還沒有真正的電網(wǎng)系統(tǒng)專用的風(fēng)沙環(huán)境風(fēng)洞實驗室。

1.3                     國家電網(wǎng)1.5m沙塵風(fēng)洞方案 本項目技術(shù)難點

沙塵風(fēng)洞建設(shè)主要的技術(shù)難點為：

（1）                      高風(fēng)速的收集技術(shù)難點。過濾器在高風(fēng)速下會產(chǎn)生更高的風(fēng)道壓阻，考慮到本項目需要實現(xiàn)55m/s量級的高風(fēng)速，超高的風(fēng)速帶來更高的風(fēng)阻，對風(fēng)洞氣動設(shè)計帶來較高的設(shè)計難點，且對風(fēng)沙試驗不利。

（2）                      氣動輪廓構(gòu)型難點。對于本項目而言，采用不同的氣動輪廓構(gòu)型會帶來不同的影響，直流式雖然風(fēng)洞本體的建設(shè)成本低，但是對過濾的要求高，風(fēng)洞能量效率低，需要更高功率的風(fēng)機，綜合建設(shè)成本更高?；亓魇诫m然風(fēng)洞本體建設(shè)成本高，但能量比高，對過濾要求不高，試驗和維護(hù)更便利，但需要更精準(zhǔn)的設(shè)計，尋求適合本項目工況的氣動方案。

1.4                      項目創(chuàng)新性

（1）                      采集回流立式布局方案，避免了采用風(fēng)阻式過濾收集裝置帶來的能量損失，利用沙塵自重提高了收集效率，降低了沙塵的投入量。

（2）                      采用長駐室結(jié)構(gòu)，兼顧了擴展電網(wǎng)大型絕緣設(shè)備的試驗?zāi)芰Γ咏匀伙L(fēng)沙環(huán)境空間，便于后期開展各類中大型試驗。

（3）                      使用矢量流量稱配合喂料，精確控制進(jìn)行砂塵供給，同時采用大周期滯后的控制策略，保證控制精度滿足試驗要求。

1.5                      重要說明

本報告只作為初步項目評估使用，不作為最終實施依據(jù)。

2                      技術(shù)指標(biāo)

（1）                      風(fēng)洞類型：沙塵風(fēng)洞

（2）                      風(fēng)洞形式：回流式風(fēng)洞，立式

（3）                      現(xiàn)有廠房約束：W10m×L40m×H13m

（4）                      環(huán)境溫度：-10°C～室溫

（5）                      試驗段尺寸：試驗段尺寸為1.0m（寬）×1.5m（高）×3.0m（長）

（6）                      試驗段風(fēng)速范圍：2m/s~55m/s（29m/s以上時的沙塵試驗技術(shù)指標(biāo)不作為驗收指標(biāo)）

（7）                      風(fēng)沙試驗：絕緣子測試，模擬新疆地區(qū)沙塵暴；沙塵試驗時最高風(fēng)速為29m/s；

（8）                      沙塵濃度為0~250mg/m3、250~500mg/m3、500~1000mg/m3；

（9）                      沙塵試驗時長：1h；

（10）                      流場性能(試驗區(qū)中心)：

1）       風(fēng)速范圍：2～55m/s ；

2）       模型區(qū)中心湍流度（最大風(fēng)速）：1％左右；

3）       速度均勻性（最大風(fēng)速）：不大于0.05；

（11）                      現(xiàn)場環(huán)境：白天空氣溫度最高55℃，地表溫度最高70℃，夜間低溫度-20℃；

實驗室凈空間尺寸，長度40米，寬度10米，高度13米以內(nèi)，配套轉(zhuǎn)盤機構(gòu)、加沙裝置、風(fēng)洞試驗的控制設(shè)備、測試設(shè)備，流場指標(biāo)按邊界層風(fēng)洞合格指標(biāo)，要求給出初步方案規(guī)劃、占地面積、用水、用電、用氣情況等。

3                      技術(shù)方案

3.1                      風(fēng)洞形式

回流下吸立式。 開口帶駐室風(fēng)洞總長： 30900mm。    

最大寬度：3500mm，風(fēng)洞總高9500mm。

圖 3?1 風(fēng)洞布置圖

3.2                      風(fēng)洞風(fēng)速控制

風(fēng)速通過PLC系統(tǒng)及軟件自動控制。

3.3                      沙塵實驗

3.3.1                      總處理風(fēng)量

噴口尺寸寬1.0m×高1.5m；

根據(jù)吹沙試驗時最大風(fēng)速29m/s，可得：

最大吹沙試驗風(fēng)量=1.5×1.0×29×3600=156,600m3/h；

3.3.2                      噴射砂塵流量

噴口尺寸寬1.0m×高1.5m；風(fēng)速29m/s；沙塵濃度為 0～1000mg/m3,按最大濃度1000mg/m3計算:

砂流量=1.0×29×1.0×1.5×3600= 156.6kg/h；

因試驗時砂塵采用循環(huán)使用方式，砂塵在試驗箱內(nèi)有少量懸浮和沉積，所以砂塵實際用量遠(yuǎn)小于計算數(shù)值。

3.3.3                      砂塵濃度測量

砂塵儀采用交流靜電感應(yīng)測量原理，當(dāng)帶電粒子接觸或經(jīng)過傳感器測量桿附近時，在測量桿上產(chǎn)生感應(yīng)電動勢，這個電動勢經(jīng)過測量放大，通過智能數(shù)字算法，過濾直流部分干擾信號，只有信號中的交流分布用于計算粉塵含量，對應(yīng)輸出4-20mA或者報警開關(guān)信號。

3.3.4                      收集

1)       砂塵循環(huán)

采用螺旋輸送機構(gòu)，將收塵斗下方的砂塵收集后輸送到下料器，再通過下料器下方的氣力輸送機構(gòu)將砂塵按試驗濃度要求進(jìn)行補料，試驗過程中部分砂塵可循環(huán)使用。輸送速度變頻可調(diào)，功率約11KW。

圖 3?2 俯視沙塵布置圖

圖 3?3螺旋輸送機構(gòu)參考圖

2)       砂塵收集和管道清潔

配置1套集塵系統(tǒng), 功率約22KW（暫估）。在收集料斗下方設(shè)有閥門和接口，通過管道連接到集塵器上，試驗結(jié)束清潔系統(tǒng)或更換砂塵時使用。可手動控制和自動控制，集塵箱采用抽屜式結(jié)構(gòu)，當(dāng)灰塵積滿后打開門板，即可將儲料器拉出進(jìn)行砂塵的清理，完成后再將儲料器送入即可。管道內(nèi)其余殘留砂塵采用人工清潔方式。

3.4                      風(fēng)洞主要幾何尺寸

考慮到上述指標(biāo)要求，風(fēng)洞主要幾何尺寸如下：

（1）                      試驗段

1000mm×1500mm×3000mm，采用開口射流封閉駐室形式，有效避免沙塵擴散，降低風(fēng)洞能量損耗。加長駐室設(shè)計，有效沉積沙塵，另外增加駐室長度，可以有充分條件用來模擬大氣邊界層。

（2）                      動力段

由異步電動機提供，Ф2000mm×5000mm，擬使用8片葉片，內(nèi)有整流裝置。

（3）                      收縮段

收縮比6，長3000mm。

（4）                      穩(wěn)定段

3000mm×3000mm，長2200mm。內(nèi)有二層紊流網(wǎng)及不銹鋼蜂窩器。

4                      廠房條件需求（甲方/最終用戶方提供）

（1）                      安裝場地由使用方提供，風(fēng)洞總體使用電源功率不低于400kVA（暫定，可優(yōu)化功率），并提供安裝和調(diào)試期間的電。

（2）                      甲方提供滿足風(fēng)洞的地面載荷基礎(chǔ)。

（3）                      滿足風(fēng)洞部段和相關(guān)設(shè)備進(jìn)出的物流通道和安裝空間。

（4）                      安裝和調(diào)試期間的基本生活條件。

5                      項目建設(shè)周期

本項目預(yù)計建設(shè)周期：6-8個月（非冬季時期，考慮新疆地區(qū)，工期略長）。

6                      已建成有風(fēng)洞業(yè)績

6.1                      蘭州大學(xué)沙塵風(fēng)洞

蘭州大學(xué)多功能環(huán)境風(fēng)洞實驗室是西部災(zāi)害與環(huán)境力學(xué)教育部重點實驗室的重要研究平臺，建設(shè)過程中得到“985工程"、“雙很好建設(shè)"的強力支持，總投資超過2000萬元，2006年已驗收。

該風(fēng)洞為直流下吹式風(fēng)洞，由動力段、整流段、實驗段和擴散段四部分組成，風(fēng)速由3m/s至40 m/s連續(xù)可調(diào)，洞體總長55m，實驗段長20m，實驗段截面積1.30 m （寬）×1.45 m （高），是中國西北地區(qū)尺寸最大的環(huán)境風(fēng)洞平臺，主要用于近地層風(fēng)環(huán)境模擬，開展與之相關(guān)的風(fēng)沙（雪）運動機理、土壤侵蝕過程、風(fēng)成地貌機制，荒漠化治理方案以及建筑物風(fēng)載等方面的實驗研究。風(fēng)洞實驗室配備有粒子圖像測速儀（PIV）、多普勒粒子動態(tài)分析儀（PDA）、熱線風(fēng)速儀、多通道壓力掃描閥、高速攝影儀、風(fēng)速廓線儀、超聲風(fēng)速儀、氣溶膠粒度譜儀、集沙儀、六分力天平、粒徑分析儀等專業(yè)測量設(shè)備，同時還配備大量的實驗輔助設(shè)備以及自主研發(fā)的專業(yè)型測量裝置，為相關(guān)科研實驗的開展提供了堅實的設(shè)備支持。

圖 6?1蘭州大學(xué)沙塵風(fēng)洞

6.2                      中國XX集團(tuán)XX所沙塵風(fēng)洞

?       大型砂塵環(huán)境模擬設(shè)施，是世界上目前最大尺寸的砂塵試驗風(fēng)洞。

?       具有砂塵混合試驗?zāi)芰Α?/span>

?       空氣溫度：20?C～72?C；

?       風(fēng)速：V=1.5m/s～29m/s（噴口處）；

?       可模擬吹砂、吹塵及砂塵混合試驗。

?       2023年(已驗收)

圖 6?2 北京XX所沙塵風(fēng)洞

6.3                      西南部地區(qū)-某整車沙塵實驗箱

砂塵試驗箱的主要試驗對象是大型猛士車以及車載部件、同等尺寸規(guī)模以下的電子信息裝備。具備砂塵環(huán)境模擬能力，滿足吹砂和吹塵試驗要求。

?                      出風(fēng)口尺寸：不小于2m×2m；

?                      風(fēng)速： 0m/s～29m/s（±1m/s）；

?                      砂塵濃度：

吹塵試驗濃度：10.6±7g/m3；

吹砂試驗濃度：低砂、中砂、高砂。

圖 6?3某整車砂塵試驗箱

6.4                      中國火星沙塵風(fēng)洞

火星風(fēng)洞可開展火星自主探測的相關(guān)研究，包括研究火星表面風(fēng)致沙塵運動、沙塵暴的形成機理等火星大氣風(fēng)蝕過程、火星大氣邊界層、沙礫遷移、地表面風(fēng)蝕過程、塵埃光譜特性、塵埃的物理等特性。

火星風(fēng)洞全長約4米，試驗段凈空間寬約0.21m，高約0.21m，真空容器為臥式結(jié)構(gòu)，長度約5米，試驗時可使容器內(nèi)真空壓力達(dá)到100Pa。容器上設(shè)有多個功能的法蘭接口，風(fēng)洞上設(shè)有多個觀察窗，可進(jìn)行PIV試驗。

圖 6?4火星沙塵風(fēng)洞

6.5                      中國科學(xué)院新疆生態(tài)與地理研究所風(fēng)洞實驗室

6.6                      內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學(xué)風(fēng)沙物理實驗室

試驗段尺寸為1.2×1.2×16m，風(fēng)洞主要以風(fēng)沙環(huán)境試驗研究、教學(xué)觀摩試驗為主，同時兼顧建筑學(xué)院、交通學(xué)院的教學(xué)科研需求。

(1) 微風(fēng)速段：風(fēng)速3～10.0m/s，測量精度：＜土1%（FS）

(2) 中風(fēng)速段：風(fēng)速10.0～40.0m/s，測量精度：＜土0.5%(FS)

圖 6?5 內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學(xué)風(fēng)沙物理實驗室

6.7                      新疆交通科學(xué)研究院

6.8                      國家電網(wǎng)武漢電力科學(xué)研究院人工積污風(fēng)洞