一种用于悬索桥主缆内部送气除湿系统的评估方法

摘要

本发明公开了一种悬索桥主缆内部送气除湿系统的评估方法，所述悬索桥主缆内部送气除湿系统包括用于输送干燥空气的送气设备和开设有多个通气小孔的送气管道，送气管道连接到送气设备并埋置在悬索桥主缆内部，主缆外部还套装了多个索夹，索夹包括普通索夹和排气索夹；根据干燥空气在悬索桥主缆内部流动过程中产生的总阻力损失评估所述悬索桥主缆内部送气除湿系统。本发明的有益效果在于，根据干燥空气在悬索桥主缆内部流动过程中产生的总阻力损失对悬索桥主缆内部送气除湿系统进行评估，以确定主缆内部送气除湿系统的构造合理性及进气参数设定的合理性等，结果较为精确。

权利要求

1.一种用于悬索桥主缆内部送气除湿系统的评估方法，所述悬索桥主缆内部送气除湿系统包括用于输送干燥空气的送气设备和开设有多个通气小孔的送气管道(6)，送气管道(6)连接到送气设备并埋置在悬索桥主缆内部，主缆外部还套装了多个索夹，索夹包括普通索夹(7)和排气索夹(8)；其特征在于，干燥空气在悬索桥主缆内部流动过程中产生的总阻力损失ΔP，

ΔP＝ΔPf+ΔPe

式中，ΔPf为悬索桥主缆内部沿程气体阻力损失，ΔPe为悬索桥主缆内部局部气体阻力损失；

式中，s为送气管道的开孔间距，n为送气管道的开孔数目，d为送气管道的开孔直径，ε为主缆干燥空气沿程泄漏率，ξ为主缆截面的空隙率，v0为干燥空气的初始流速，ρ为干燥空气的密度，λ为干燥空气在主缆内部流动的沿程阻力系数，为干燥空气在主缆内部流动的局部阻力系数；

式中，mj为干燥空气流经的普通索夹(7)数目，vj为干燥空气的平均流速；

所述总阻力损失ΔP用于评估悬索桥主缆内部送气除湿系统的构造合理性以及进气参数的合理性。

说明书

一种用于悬索桥主缆内部送气除湿系统的评估方法

技术领域

[0001] 本发明涉及悬索桥缆索除湿技术领域，特别是一种用于悬索桥主缆内部送气除湿系统的评估方法。

背景技术

[0002] 悬索桥的主缆和吊索分别是其重要的承重和传力构件，故缆索构件的耐久性直接影响到大跨悬索桥的使用寿命。近年来，对部分大跨悬索桥主缆及吊索的检测发现，悬索桥
主缆及吊索内部高强钢丝的腐蚀问题相当严重，部分高强钢丝的镀锌层已锈蚀殆尽，高强
钢丝的强度也有不同程度的退化，耐久性问题十分突出，详见《大跨悬索桥主缆防腐及内部
温湿度变化机理研究综述》、《我国悬索桥主缆除湿系统研究的最新进展》等文献。因此，对
悬索桥的缆索构件实施有效的防腐保护有重要的工程价值。

[0003] 传统的主缆防腐体系是在主缆外部涂抹防腐层阻隔雨水及湿空气进入到主缆内部。该防腐体系在一定程度上延缓了主缆高强钢丝的腐蚀，但无法从根本上解决其腐蚀问
题。因为随着防腐层的老化开裂，外部水汽可从防腐层裂缝处进入到主缆内部，进而腐蚀高
强钢丝。此外，传统的防腐涂层方案无法除去主缆架设期间进入到其内部的水分。近年来，
从主缆外部通入干燥空气的除湿方案已在实际工程中广泛应用，但从主缆外部送气除湿存
在着送气能耗大、除湿效率低、对主缆气密性要求高及对于大尺寸主缆截面干燥空气难以
压送到主缆中央等缺陷。在此工程背景下，考虑从主缆构件内部输送干燥空气进行除湿。具
体方案是在主缆正中央埋置一根送气管道，送气管道上开设有通气小孔，干燥空气首先通
过风机输送到送气管道内部，再通过通气小孔扩散到主缆内部，最后通过排气索夹排出到
主缆外部。干燥空气在流动过程中带走主缆内部的水分，以达到除湿的目的。主缆内部送气
除湿系统具有送气能耗低、除湿效率高、对于大尺寸主缆截面除湿彻底等优势，然而尚缺少
有效的评估方法。

发明内容

[0004] 本发明的目的是提供一种用于悬索桥主缆内部送气除湿系统的评估方法。

[0005] 实现本发明目的的技术方案如下：

[0006] 一种用于悬索桥主缆内部送气除湿系统的评估方法，所述悬索桥主缆内部送气除湿系统包括用于输送干燥空气的送气设备和开设有多个通气小孔的送气管道(6)，送气管
道(6)连接到送气设备并埋置在悬索桥主缆内部，主缆外部还套装了多个索夹，索夹包括普
通索夹(7)和排气索夹(8)；干燥空气在悬索桥主缆内部流动过程中产生的总阻力损失ΔP，

[0007] ΔP＝ΔPf+ΔPe

[0008] 式中，ΔPf为悬索桥主缆内部沿程气体阻力损失，ΔPe为悬索桥主缆内部局部气体阻力损失；

[0009]

[0010] 式中，s为送气管道的开孔间距，n为送气管道的开孔数目，d为送气管道的开孔直径，ε为主缆干燥空气沿程泄漏率，ξ为主缆截面的空隙率，v0为干燥空气的初始流速，ρ为干
燥空气的密度，λ为干燥空气在主缆内部流动的沿程阻力系数，为干燥空气在主缆内部流
动的局部阻力系数；

[0011]

[0012] 式中，mj为干燥空气流经的普通索夹(7)数目，vj为干燥空气的平均流速；

[0013] 所述总阻力损失ΔP用于评估悬索桥主缆内部送气除湿系统的构造合理性以及进气参数的合理性。

[0014] 本发明的有益效果在于，根据干燥空气在悬索桥主缆内部流动过程中产生的总阻力损失对悬索桥主缆内部送气除湿系统进行评估，以确定主缆内部送气除湿系统的构造合
理性及进气参数设定的合理性等，结果较为精确。

附图说明

[0015] 图1是悬索桥主缆内部送气除湿系统的结构示意图。

[0016] 图2是本发明的原理图。

[0017] 图中：1.高压风机，2.转轮除湿机，3.静压箱，4.调节阀，5.涡街流量计，6.送气管道，7.普通索夹，8.排气索夹，9.防腐层，10.主缆内部气体流动，11.主缆气体沿程泄漏，12.
主缆节段，13.进气流量Q，14.微段1，15.微段2，16.微段3，17.微段n‑3，18.微段n‑2，19.微
段n‑1，20.微段n。

具体实施方式

[0018] 下面结合附图对本发明作进一步的说明。

[0019] 如图1，在悬索桥主缆内部埋置不锈钢送气管道，管道上开设通气小孔。采用送气设备向送气管道内部输送干燥空气，干燥空气通过通气小孔扩散到主缆内部，并与主缆中
的湿空气发生热和质的交换形成饱和湿空气，饱和湿空气达到一定的气压后从安装在主缆
上的排气索夹处排出。经过多次的进气与排气过程，干燥空气逐渐带走主缆内部的水分，以
达到除湿降潮的目的。

[0020] 主缆内部送气除湿过程中，主缆内部送气除湿系统干燥空气的阻力损失直接影响其效果。例如，主缆内部送气除湿系统的干燥空气阻力损失过大，则为了保证一定的送气距
离，势必会提高进气口的进气压力，而提高进气压力不仅会增加送气能耗和送气设备的成
本，还会增加主缆沿程干燥空气的泄漏，造成额外的浪费。那么，这种构造形式的主缆内部
送气除湿系统的设计就是不合理的。因此，可以通过确定干燥空气的阻力损失大小来评估
悬索桥主缆内部送气除湿系统的构造合理性以及进气参数的合理性，也可用于送气设备选
型等工作。

[0021] 干燥空气的阻力损失原理如图2所示。首先，作以下三个假定：①干燥空气在主缆内部的流动方向为从送气管道开孔处往排气索夹处流动；②干燥空气从送气管道开孔处往
排气索夹处流动过程中沿主缆截面均匀分布；③干燥空气在主缆沿程的泄漏率为定值。

[0022] 设主缆内部送气除湿系统的进气流量为 送气管道开孔率为η、长度为L、管道开孔间距为S，将主缆划分为n＝L/S个区间；主缆截面直径为D；气体沿程阻力系数为λ、局部阻
力系数为 ；主缆气体沿程泄漏率为ε；主缆截面的空隙率为ξ；主缆内部空隙的总面积为A。

[0023] 第一步，计算干燥空气在主缆钢丝间流动过程中产生的沿程气体阻力损失ΔPf，如下：

[0024] 送气管道内部的干燥空气输送到x米距离后，送气管道各开孔处的气体出流量为：

[0025]

[0026] 主缆截面空隙的面积为：

[0027]

[0028] 则该处的气体流速为：

[0029]

[0030]

[0031] 式中，v0为各孔口出流气体在主缆内部流动时的初始速度，则各孔口出流气体从出流到排放过程中的沿程阻力损失如下：

[0032] 第1个孔口出流气体沿程阻力损失为：

[0033]

[0034] 第2个孔口出流气体沿程阻力损失为：

[0035]

[0036] 第n个孔口出流气体沿程阻力损失为：

[0037]

[0038] 则总的沿程阻力损失为：

[0039]

[0040] 式中，D0为主缆的当量直径，按流体力学的计算公式如下：

[0041]

[0042] 将(9)代入到(8)得到总的沿程阻力损失为：

[0043]

[0044] 第二步，计算干燥空气通过索夹区域时产生的局部气体阻力损失ΔPj，如下：

[0045] 流体力学中流体在管道中流动产生的局部阻力损失计算公式为：

[0046]

[0047] 设送气管道上第j个孔口出流的气体流动至排气索夹时，流经了mj个索夹，则该孔口出流气体的局部阻力损失为：

[0048]

[0049] 式中：vj为第j个孔口出流气体流动过程中的平均速度，vj的计算方法如下：

[0050]

[0051] 则干燥空气流动过程中总的气体局部阻力损失为：

[0052]

[0053] 第三步，叠加干燥空气流动过程中的沿程阻力损失ΔPf和局部阻力损失ΔPj，得到总的气体阻力损失计算公式如下：

[0054] ΔP＝ΔPf+ΔPe     (15)。