适用于悬挑屋面的遥控气动优化装置及其使用方法与流程

1.本发明属于悬挑屋面气动优化领域，涉及一种适用于悬挑屋面的遥控气动优化装置及其使用方法。


背景技术：

2.近年来，随着结构设计和建造技术的飞速发展，结构趋势向高、大、柔方向发展，对风作用的敏感性日益增强，风荷载已成为这些大型结构设计中的控制荷载，而风荷载又是结构风工程的研究内容之一，风洞试验是结构风工程最主要的研究方法。
3.对于大跨度悬挑屋面而言，如何进行屋面板的气动优化是一个难题。屋面板的气动优化措施有在其前端安装开有阵列孔洞的无缝管，但无缝管的阵列孔洞的截面、孔径、间距密度没有规范规定，另外，风洞实验中一般有多种工况，一个无缝管无法应对不同工况，导致每种工况都需更换不同截面、不同孔径、不同间距、不同密度的无缝管，过于麻烦，无法根据不同风向来流改变入风口位置以调整悬挑屋面板表面风压。


技术实现要素：

4.本发明实施例的目的在于提供一种适用于悬挑屋面的遥控气动优化装置，以解决现有的用于悬挑屋面的气动优化装置无法根据不同风向来流改变入风口的角度和位置而无法很好的适应多种工况的问题。
5.本发明实施例的另一目的在于提供一种适用于悬挑屋面的遥控气动优化装置的使用方法。
6.本发明实施例所采用的技术方案是：一种适用于悬挑屋面的遥控气动优化装置，包括内筒，内筒设置于悬挑屋面的前缘处并与悬挑屋面固定连接，内筒的筒身开设有第一进风口和第一出风口，以及套设在内筒上并与内筒转动连接的外筒，外筒的筒身开设有第二进风口和第二出风口；以及驱动装置，和外筒连接驱动外筒转动；其中，所述第二进风口对应的圆心角小于第一进风口对应的圆心角，第一出风口对应的圆心角大于第二出风口对应的圆心角。
7.进一步的，所述第一出风口位于内筒顶部，第一进风口位于内筒远离悬挑屋面一侧，且从侧面看，第一进风口对应圆心角的分角线与水平线重合，第一出风口对应圆心角的分角线与第一进风口对应圆心角的分角线相互垂直。
8.进一步的，从侧面看，所述第二进风口对应圆心角的分角线与第二出风口对应圆心角的分角线相互垂直。
9.进一步的，所述第一进风口对应的圆心角为60
°
，第一出风口对应的圆心角为10
°
；所述第二进风口对应的圆心角为10
°
，第二出风口对应的圆心角为60
°
。
10.进一步的，所述驱动装置包括滚轴、转动盘和电机，滚轴由滚轴内层和部分套设在滚轴内层上的滚轴外层组成，且滚轴外层与滚轴内层转动连接；滚轴外层与滚轴内层重合部分的端部与外筒一端固定连接，滚轴内层远离其与滚轴外层重合部分的端部与内筒一端固定连接；电机的输出轴经转动盘与滚轴外层远离滚轴外层与滚轴内层重合部分的端部固定连接。
11.进一步的，还包括固定板，固定板安装在滚轴的内腔中并与滚轴内层固定连接，电机固定在固定板上；所述滚轴内层的外径与内筒的外径一致，滚轴外层的外径与外筒的外径一致。
12.进一步的，还包括红外接收器，红外接收器用于接收遥控信号，并根据接收的遥控信号控制驱动装置的电机开始/停止工作；所述电机通过固定在其输出轴上的齿轮与转动盘固定连接；所述内筒通过水平支撑固定于悬挑屋面的前缘处，外筒上开设有用于避让水平支撑的水平支撑转动缝。
13.本发明实施例所采用的另一技术方案是：一种适用于悬挑屋面的遥控气动优化装置的使用方法，通过红外遥控器与所述适用于悬挑屋面的遥控气动优化装置的红外接收器通信，控制驱动装置驱动外筒转动；通过红外遥控器与红外接收器通信来控制驱动装置驱动外筒转动时，根据来流风向驱动外筒顺时针或逆时针旋转，使外筒上的第二进风口垂直于来流风向。
14.进一步的，驱动装置驱动外筒转动，使外筒上的第二进风口垂直于来流风向时，保持第二进风口始终位于第一进风口的开口范围内，保持第一出风口始终位于第二出风口的开口范围内。
15.进一步的，通过红外遥控器与红外接收器通信来控制驱动装置驱动外筒转动时，以每10
°
旋转角为一个工况，使用红外遥控器每按一下开始按钮，所述适用于悬挑屋面的遥控气动优化装置的红外接收器接收到信号控制电机带动第二进风口顺时针旋转 10
°
；使用红外遥控器每按一下后退按钮，红外接收器接收到信号控制电机带动第二进风口逆时针旋转 10
°
。
16.本发明实施例的有益效果是：可根据不同工况需求遥控调节第一进风口的角度，自动改变第一进风口的位置，进而改变屋面板风压分布，并通过风洞试验验证，能有效减小悬挑屋面表面平均风荷载，有效解决了现有的用于悬挑屋面的气动优化装置无法根据不同风向来流改变入风口的角度和位置而无法很好的适应多种工况的问题。结构合理，操作简单，安装方便。
附图说明
17.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
18.图1是本发明实施例的适用于风洞试验中悬挑屋面的遥控气动优装置的整体结构示意图。
19.图2是本发明实施例的滚轴外部结构示意图。
20.图3是本发明实施例的滚轴内部结构示意图。
21.图4是本发明实施例的内筒和外筒的立体结构示意图。
22.图5是本发明实施例的内筒和外筒结构的侧视示意图。
23.图6是悬挑屋面上的测点分布图。
24.图7是a测点层风荷载幅值变化图。
25.图8是b测点层风荷载幅值变化图。
26.图中，1.悬挑屋面，2.水平支撑，3.滚轴，4.第二进风口，5.第二出风口，6.内筒，7.外筒，8.转动盘，9.滚轴外层，10.滚轴内层，11.固定板，12.红外接收器，13.电机，14.齿轮，15.水平支撑转动缝。
具体实施方式
27.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
28.如图1所示，本发明实施例的适用于悬挑屋面的遥控气动优化装置，包括内筒6、外筒7和驱动装置，如图4~5所示，内筒6设置于悬挑屋面1的前缘处并与悬挑屋面1固定连接，外筒7套设在内筒6上并与内筒6转动连接，内筒6的筒身开设有第一进风口和第一出风口，外筒7的筒身开设有第二进风口4和第二出风口5，第二进风口4对应的圆心角小于第一进风口对应的圆心角，第一出风口对应的圆心角大于第二出风口5对应的圆心角；外筒7与驱动装置固定连接，驱动装置驱动外筒7转动，改变外筒7上的第二进风口4的位置和角度。
29.进一步的，所述第一出风口位于内筒6顶部，第一进风口位于内筒6远离悬挑屋面1一侧，且从侧面看，第一进风口对应圆心角的分角线与水平线重合，第一出风口对应圆心角的分角线与第一进风口对应圆心角的分角线相互垂直。如图5所示，为内筒6和外筒7的左视示意图，以内筒6和外筒7的中心点为坐标轴，以内筒6和外筒7的长度方向为y轴、以竖直方向为z轴建立空间三维坐标系，可看到，第一进风口对应圆心角的分角线与x轴重合，第一出风口对应圆心角的分角线与z轴重合。
30.进一步的，从侧面看，第二进风口4对应圆心角的分角线与第二出风口5对应圆心角的分角线相互垂直，使得对来流风向干扰最大。
31.进一步的，第一进风口对应的圆心角为60
°
，第一出风口对应的圆心角为10
°
，第二进风口4对应的圆心角为10
°
，第二出风口5对应的圆心角为60
°
，进一步的，如图2~3所示，所述驱动装置包括滚轴3、转动盘8和电机13，滚轴3由滚轴内层10和部分套设在其上的滚轴外层9组成，且滚轴外层9与滚轴内层10转动连接；滚轴外层9与滚轴内层10重合部分的端部与外筒7一端固定连接，滚轴内层10远离其与滚轴外层9重合部分的端部与内筒6一端固定连接；电机13的输出轴经转动盘8与滚轴外层9远离其与滚轴内层10重合部分的端部固定连接；具体的，内筒6与滚轴内层10为一体，外筒7与滚轴外层9为一体。驱动电机13旋转工作，电机13通过转动盘8带动滚轴外层9和外筒7旋转，达到改变外筒7的第二进风口4角度和位置的作用，外筒7的第二出风口5的风速进而改变，进而改
变悬挑屋面1表面的风压分布，减小其表面风荷载。
32.进一步的，本发明实施例的一种适用于悬挑屋面的遥控气动优化装置，还包括红外接收器12，红外接收器12用于接收遥控信号，并根据接收的遥控信号控制电机13开始/停止工作。
33.进一步的，本发明实施例的一种适用于悬挑屋面的遥控气动优化装置，还包括水平支撑2，所述内筒6通过水平支撑2固定于悬挑屋面1的前缘处，外筒7上开设有用于避让水平支撑2的水平支撑转动缝15，如图4所示。
34.进一步的，本发明实施例的一种适用于悬挑屋面的遥控气动优化装置，还包括固定板11，固定板11安装在滚轴3的内腔中并与滚轴内层10固定连接，电机13固定在固定板11上。
35.进一步的，所述红外接收器12固定在固定板11上。
36.进一步的，所述滚轴内层10的外径与内筒6的外径一致，滚轴外层9的外径与外筒7的外径一致。
37.进一步的，所述水平支撑2、滚轴3、内筒6、外筒7、转动盘8、固定板11的材料均为q235钢或其他类似材料，该材料密度为7.85kg/m
³
，材质均匀，质量轻、强度高，具有很好的塑性与韧性，能承受风荷载的动力冲击，本发明实施例的适用于风洞试验中悬挑屋面的气动优化装置的长度可随悬挑屋面1的跨度而定。
38.进一步的，所述电机13通过固定在其输出轴上的齿轮14与转动盘8固定连接，增加齿轮14的目的是使电机13与转动盘8的接触面积增加，增大转动效率，避免长期使用器械疲劳，产生滑动。
39.使用时，通过红外遥控器与所述适用于悬挑屋面的遥控气动优化装置的红外接收器12通信，控制驱动装置驱动外筒7转动；通过红外遥控器与红外接收器12通信来控制驱动装置驱动外筒7转动时，根据来流风向驱动外筒7顺时针或逆时针旋转，使外筒7上的第二进风口4垂直于来流风向；且驱动装置驱动外筒7转动时，保持第二进风口4始终位于第一进风口的开口范围内，保持第一出风口始终位于第二出风口5的开口范围内，风依次经第二进风口4、第一进风口、第一出风口、第二出风口5流出，由于第二进风口4以及第一出风口的角度和位置的设置，第二出风口5的风速改变，从第二出风口5流出的风形成扰流，改变悬挑屋面1表面的风压分布，使悬挑屋面1表面的风荷载减小。
40.当以每10
°
旋转角为一个工况时，操作者使用红外遥控器每按一下开始按钮，红外接收器12接收到信号控制电机13顺时针旋转10
°
，电机13驱动转动盘8逆时针旋转 10
°
带动第二进风口4顺时针旋转 10
°
；操作者使用红外遥控器每按一下后退按钮，红外接收器12接收到信号控制电机13逆时针旋转10
°
，电机13驱动转动盘8逆时针旋转 10
°
带动第二进风口4逆时针旋转 10
°
，每按一次后退按钮和开始按钮，第二进风口4旋转的角度可依据需求增大或减小。
41.在正常情况下，迎风面来流增大到一定值时，悬挑屋面1会出现上吸下压的现象，存在悬挑屋面1被风荷载掀翻的危害。在风洞实的工况为正面来流，风向垂直于悬挑屋面1的前缘时，在悬挑屋面1的前缘处设置本发明实施例的适用于悬挑屋面的遥控气动优化装置，并使得第二进风口4的角度为 10
°
，即圆心角为10
°
的第二进风口4位于水平线上方，第二进风口4底端与水平线重叠，使第二出风口5的气流干扰悬挑屋面1表面的风压分布，同时
减小悬挑屋面1的表面风荷载，防止悬挑屋面1被风荷载掀翻。为测量悬挑屋面1表面风荷载幅值变化，在悬挑屋面1上设置a~h七个测点层，每个测点层设置15个测点，边沿的测点层距离悬挑屋面1的边线lcm，延长度方向每个测点距离5cm，延宽度方向每个测点距离4cm，如图6所示。以距离本发明实施例的适用于悬挑屋面遥控气动优化装置距离最近的a测点层和b测点层为例，其风荷载幅值变化如图7~8所示，图7~8中，优化装置指本发明是实力的适用于悬挑屋面的遥控气动优化装置，圆形孔洞指带有圆形阵列孔洞的无缝管，该带有圆形阵列孔洞的无缝管的倾斜角度也为 10
°
，由图7~8可知，与现有的带有阵列孔洞的无缝管相比较，采用本发明实施例的适用于悬挑屋面的遥控气动优化装置后，悬挑屋面1表面风荷载最大能降低40%左右，对悬挑屋面1的表面的气动优化效果显著。且在风洞实验中针对不同工况时，通过遥控控制电机13转动即可调整第二进风口4的位置和角度，操作简单，可应用于风洞试验中，也可应用于实际大跨度悬挑屋面，对大跨度悬挑屋面进行保护，并根据来流风向遥控调节第二进风口4的位置，使其气动优化最佳，操作简单，气动优化效果好。
42.以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均包含在本发明的保护范围内。