JP4332718B2

JP4332718B2 - 絶縁碍子

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Publication number: JP4332718B2
Application number: JP2003367240A
Authority: JP
Inventors: 潔森田; 和之杉村; 貴裕眺野; 守成服部; 克史橋本; 健栗田
Original assignee: Hitachi Ltd; East Japan Railway Co
Current assignee: Hitachi Ltd; East Japan Railway Co
Priority date: 2003-10-28
Filing date: 2003-10-28
Publication date: 2009-09-16
Anticipated expiration: 2023-10-28
Also published as: JP2005135602A; EP1528576A2; EP1528576A3

Description

本発明は、絶縁碍子に係り、特に、高速走行する鉄道車両の集電装置などの空力騒音が問題となる絶縁碍子の騒音低減手段に関する。

鉄道車両の高速化に伴う空力騒音は、速度の６〜８乗程度に比例して増加するため、車両速度の向上に伴い急激に増加する。一方、環境の保全に対する要求は、今後ますます高まると予想される。

このため、高速で走行する車両では、主たる空力音源である集電装置の騒音低減が求められており、集電装置の一部品である絶縁碍子も騒音低減のための重要な対象である。

絶縁碍子の騒音低減手段として、絶縁碍子横断面形状を楕円または長円とし、絶縁碍子笠径寸法を３種類以上としてそれらを交互にかつ繰り返し配置する構造が提案されている(例えば、特許文献１参照)。

特開２００２−３２９４３３号公報 (第２頁〜３頁、図１〜図１１)

上記従来の構造は、気流が絶縁碍子の笠に略平行に流れている場合には騒音を低減できる。

しかし、気流が上下方向の速度を持っており、側面から見た時に笠に対して略平行に流れない場合は、絶縁碍子笠部および上部金具部で気流が剥離し、騒音を発生する。また、絶縁碍子上部に構造物がある場合は、この構造物によって乱された気流が絶縁碍子笠に当たり、騒音を発生する。さらに、絶縁碍子上部金具および下部金具において、その平滑表面で気流が速度を増し、その後に大規模な気流の剥離を生じ、規則的な渦放出が起こり、騒音を発生している。

図１１は、従来の絶縁碍子周りの気流場を数値シミュレーションで求めた結果を示す側面図である。

従来技術の絶縁碍子では、絶縁碍子の上部において絶縁碍子を乗り越えようとする上方向の気流が発生し、絶縁碍子笠および上部金具の先端１０１，１０２において気流が表面に沿って流れることができずに剥離し、表面に大きな圧力変動を生じている。流体の速度が音速に比べて低い領域においては、空力騒音は物体表面の圧力変動が音源と見なせることから、上記気流が剥離し圧力変動の大きい領域は、大きな音源となっている。

図１２は、絶縁碍子上部に集電用舟体を支持する円柱２１，導電ケーブル等が設置された実際の集電装置用絶縁碍子における気流場を数値シミュレーションで求めた結果を示す斜視図である。

絶縁碍子上部に構造物が無い場合と同様に、絶縁碍子笠および上部金具の先端１０４，１０５において気流が剥離し、表面に大きな圧力変動を生じている。また、集電用舟体支持用の円柱から発生する渦１０６が下流に流され、さらに絶縁碍子周りの主流が下向きであるから、前記渦１０７も下側に流され、上部金具および絶縁碍子笠に強い圧力変動を励起している。

このように、従来技術の絶縁碍子での騒音の主要因は、先端部での気流の剥離と、絶縁碍子上部に設置する他の構造物の下流に発生する渦と部材との衝突である。

いずれも上下方向の気流がその要因であるので、騒音低減のためには上下方向の気流を抑制すればよいと考えられる。

本発明の目的は、絶縁碍子に対して気流が上下方向の速度を持っている場合においても騒音を低減する手段を備えた絶縁碍子を提供することである。

本発明は、上記目的を達成するために、絶縁碍子上部に絶縁碍子笠径以上の大きさの笠を配置した絶縁碍子を提案する。
絶縁碍子に上部金具を設置した絶縁碍子において、
本発明は、また、絶縁碍子上部に絶縁碍子笠径以上の大きさの笠を前記上部金具と一体化して配置した絶縁碍子を提案する。

これらの絶縁碍子においては、絶縁碍子上部に設置する笠の横断面形状を楕円または長円とすることができる。

これらの絶縁碍子においては、絶縁碍子上部に設置する笠の横断面形状を円としてもよい。

本発明は、上記目的を達成するために、絶縁碍子に上部金具および下部金具を設置した絶縁碍子において、前記上部金具または下部金具表面の少なくとも一方に笠を設置した絶縁碍子を提案する。

本発明は、さらに、絶縁碍子に上部金具および下部金具を設置した絶縁碍子において、前記上部金具または下部金具表面の少なくとも一方に笠を設置し、絶縁碍子の上部金具または下部金具表面の少なくとも一方に設置する笠の径を２種類以上とした絶縁碍子を提案する。

本発明においては、絶縁碍子上部に絶縁碍子笠径以上の大きさの径を持つ笠を設置するので、絶縁碍子上下方向の気流を抑制できる。

また、上記笠を設置すると、絶縁碍子上部に設置される集電用舟体等の構造物の下流に発生する渦により励起される絶縁碍子笠部の圧力変動を抑制できる。

さらに、絶縁碍子の絶縁体部以外の絶縁碍子上部金具および下部金具等の気流にさらされるすべての部位に笠形状を設置したので、表面の気流の増速を抑制でき、また表面から剥離する位置を下流にすることができる。その結果として、絶縁碍子から発生する空力騒音を低減できる。

本発明においては、絶縁碍子の横断面形状を楕円または長円とし、その上部に絶縁碍子笠以上に径の大きい楕円または長円の笠を設置する。

また、絶縁碍子上部に設置される上部金具および下部に設置される下部金具に２種類以上の笠径寸法とした複数の笠を設置する。

さらに、絶縁碍子上部に設置する横断面形状が楕円または長円となる笠を絶縁碍子上部に設置する上部金具と一体として設置してもよい。

実施形態１

図１は、本発明による絶縁碍子の実施形態１を構造を示す断面図である。図２は、本発明による絶縁碍子の実施形態１の側面図である。

軸Ａ方向が走行方向である。絶縁碍子１の上部金具２の上面に絶縁碍子笠径以上の大きさの笠すなわちスプリッタプレート３１を設置してある。このスプリッタプレート３１の横断面形状を楕円または長円とし、ほぼ流線形とし、気流の乱れを最小限にすることにより、スプリッタプレート３１が単独で空力騒音を発生しないようにしている。

図３は、本発明による絶縁碍子の実施形態１の上面図である。

スプリッタプレート３１は、絶縁碍子１の笠径以上の径とし、上方から絶縁碍子１を視認できないようにしている。

図４は、実施形態１おける気流を示す側面図である。

このような形状とすることで、絶縁碍子１先端部での上方向の気流が抑制され、気流は笠に略平行に流れ、絶縁碍子笠先端部での剥離を抑制できるので、騒音の音源となる表面の圧力変動を低減し、騒音を低減できる。

図５は、実施形態１おける気流を示す斜視図である。

スプリッタプレート３１の設置により、上下方向の気流が抑制され、絶縁碍子１先端での気流の剥離による圧力変動を低減できる。また、集電用舟体支持円柱２１により発生する渦１０３は、下流に流されるが、上下方向の気流が抑制され、下側に流される現象が抑制され、絶縁碍子笠部の圧力変動を励起する現象を低減できる。

実施形態２

図６は、本発明による絶縁碍子の実施形態２を正面から見た構造を示す断面図である。

実施形態１では、絶縁碍子１の上部金具２の上面に絶縁碍子笠径以上の大きさのスプリッタプレート３１を設置した。これに対して、本実施形態２においては、上部金具２の周りにリング状のスプリッタプレート３１を嵌めて一体化してある。

実施形態２においても、実施形態１と同様に、空力騒音の音源となる物体表面の圧力変動が低減され、騒音が低減される。

図９は、本発明による絶縁碍子の実施形態１〜３における風洞試験の騒音測定結果を併せて示す図である。

各実施形態において、スプリッタプレートを設置すると、２００Ｈｚ以上の周波数域で騒音を大幅に低減できる。

実施形態３

図７は、本発明による絶縁碍子の実施形態３を正面から見た構造を示す断面図である。図８は、本発明による絶縁碍子の実施形態３を示す側面図である。

軸Ａ方向が走行方向である。本実施形態３が実施形態１と異なる点は、絶縁碍子１の上部金具２および下部金具３の表面に２種類以上の笠径寸法を持った横断面形状が楕円または長円の笠４１ａ〜４２ｄを設置したことである。

気流にさらされる上部金具２および下部金具３においては、側面が平滑な単一の横断面形状であることから、平滑面における主流と剥離域との境界面の速度せん断層によりカルマン渦が発生し、これに起因するエオルス音が発生すると考えられる。

このエオルス音を低減する手段としては、気流方向に通気口を設ける構造が知られている(特開平６−３１１６０５号公報参照)。

しかし、絶縁碍子１は、内部に導電ケーブル等を通す必要があるため、内部に通気口を設けることは困難である。

そこで、本実施形態３では、上部金具２および下部金具３に笠４１ａ〜４２ｄを設置し、金具表面での気流の増速機能を抑制し、金具２，３表面からの気流の剥離を制御し、下流の渦領域を制御するとともに、渦径を縮小した。金具２，３に設置する笠４１ａ〜４２ｄは、電気絶縁性を持っていなくてもよい。

実施形態３によれば、上部金具および下部金具それぞれの空力騒音が低減されて、絶縁碍子全体の騒音を低減できる。

図９に示したように、本実施形態３の上部金具２および下部金具３を設置すると、６３０Ｈｚの周波数帯域を中心に騒音を低減できる。

実施形態４

図１０は、本発明による絶縁碍子の実施形態４を示す上面図である。

本実施形態４が、実施形態１〜３と異なるのは、スプリッタプレート３１，絶縁碍子の上部金具２，絶縁碍子の下部金具３に設置する笠の横断面形状を円形としたことである。このような形状とした場合にも、実施形態１〜３と同様に騒音を低減できる。

笠の横断面形状を円形にした実施形態４の絶縁碍子は、横断面上で方向性が無いので、適用対象は、高速走行する鉄道車両の集電装置などに限らない。すなわち、台風．海風，吹雪などの強風が吹き付ける送電塔などの絶縁碍子に適用しても、本実施形態４の絶縁碍子は、横断面上であらゆる方向の風による騒音を低減できる。

本発明による絶縁碍子の実施形態１を正面から見た構造を示す断面図である。本発明による絶縁碍子の実施形態１の側面図である。本発明による絶縁碍子の実施形態１の上面図である。実施形態１おける気流を示す側面図である。実施形態１おける気流を示す斜視図である。本発明による絶縁碍子の実施形態２を正面から見た構造を示す断面図である。本発明による絶縁碍子の実施形態３を正面から見た構造を示す断面図である。本発明による絶縁碍子の実施形態３を示す側面図である。本発明による絶縁碍子の実施形態１〜３における風洞試験の騒音測定結果を併せて示す図である。本発明による絶縁碍子の実施形態４を示す上面図である。従来の絶縁碍子周りの気流場を数値シミュレーションで求めた結果を示す側面図である。絶縁碍子上部に集電用舟体を支持する円柱，導電ケーブル等が設置された実際の集電装置用絶縁碍子における気流場を数値シミュレーションで求めた結果を示す斜視図である。

符号の説明

１絶縁碍子
２上部金具
３下部金具
２１集電用舟体の支持柱
３１スプリッタプレート
４１ａ上部金具笠
４１ｂ上部金具笠
４２ａ下部金具笠
４２ｂ下部金具笠
４２ｃ下部金具笠
４２ｄ下部金具笠
１０１絶縁碍子笠１の気流の剥離領域
１０２上部金具２の気流の剥離領域
１０３集電用舟体の支持柱の後流渦
１０４気流の剥離による絶縁碍子笠１の圧力変動の強い領域
１０５気流の剥離による上部金具２の圧力変動の強い領域
１０６集電用舟体支持柱２１の後流による上部金具２の圧力変動の強い領域
１０７集電用舟体支持柱２１の後流による絶縁碍子笠１の圧力変動の強い領域

Claims

絶縁碍子に上部金具および下部金具を設置した絶縁碍子において、
前記上部金具または下部金具表面の少なくとも一方に笠を設置し、
絶縁碍子の上部金具または下部金具表面の少なくとも一方に設置する笠の径を２種類以上としたことを特徴とする絶縁碍子。
請求項１に記載の絶縁碍子において、
絶縁碍子上部金具または下部金具の少なくとも一方に設置する笠の横断面形状を楕円または長円としたことを特徴とする絶縁碍子。
請求項１に記載の絶縁碍子において、
絶縁碍子上部金具または下部金具の少なくとも一方に設置する笠の横断面形状を円としたことを特徴とする絶縁碍子。