可旋轉(zhuǎn)角度高壓套管彎曲試驗(yàn)裝置設(shè)計(jì)淺析

趙博，張敏，董永星

（西安高壓電器研究院有限責(zé)任公司，陜西 西安 710077）

隨著電力建設(shè)的高速發(fā)展，各類型的套管被越來越多地制造出來并廣泛運(yùn)行在電網(wǎng)系統(tǒng)中。根據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)GB／T26166—2010《±800kV直流系統(tǒng)用穿墻套管》、GB／T22674—2008《直流系統(tǒng)用套管》、GB／T4109—2008《交流電壓高于1000V的絕緣套管》型式試驗(yàn)的要求需要對(duì)套管進(jìn)行懸臂負(fù)荷試驗(yàn)，且套管與地面的水平夾角在0°～30°可調(diào)，從而達(dá)到對(duì)整體產(chǎn)品的相應(yīng)機(jī)械性能的試驗(yàn)考核。

以往套管采用搭建試驗(yàn)構(gòu)架見圖1所示，來完成懸臂負(fù)荷試驗(yàn)，這一方法存在以下幾個(gè)問題：（1）不能完全模擬特高壓套管實(shí)際運(yùn)行的安裝角度；（2）特高壓套管體積大、重量大，傾斜安裝時(shí)到位困難，試驗(yàn)周期較長(zhǎng)并且試驗(yàn)效率不高；套管與地面的水平夾角為一固定值，無法在0°～30°的任意角度進(jìn)行試驗(yàn)調(diào)節(jié)；（3）試驗(yàn)過程中不安全因素較多。

圖1 采用搭建試驗(yàn)構(gòu)架進(jìn)行套管懸臂負(fù)荷試驗(yàn)

為了解決上述問題，本文提出了套管懸臂負(fù)荷試驗(yàn)對(duì)裝置旋轉(zhuǎn)角度的設(shè)計(jì)要求，并對(duì)裝置U型旋轉(zhuǎn)架結(jié)構(gòu)在不同的轉(zhuǎn)動(dòng)角度下進(jìn)行了計(jì)算機(jī)仿真。

1 功能要求及仿真

通過對(duì)相關(guān)國家標(biāo)準(zhǔn)要求的研讀，提出試驗(yàn)裝置的功能要求：裝置的尺寸涵蓋各類型套管尺寸；套管可在水平0°～30°的任意角度進(jìn)行轉(zhuǎn)動(dòng)。

按照上述要求，利用有限元分析軟件soildwork對(duì)試驗(yàn)裝置的各部位應(yīng)力進(jìn)行了設(shè)計(jì)及仿真計(jì)算，關(guān)鍵部位的仿真過程如下所示。

U型旋轉(zhuǎn)架：安裝在旋轉(zhuǎn)架上的特高壓套管重105N，旋轉(zhuǎn)架垂直夾角（套管與地面的水平夾角）0°和30°時(shí)受力狀況見圖2、3所示。

結(jié)論：最大受力點(diǎn)未超過材料屈服極限，加載狀態(tài)可以滿足要求。

圖2 旋轉(zhuǎn)架垂直夾角0°受力圖

圖3 旋轉(zhuǎn)架垂直夾角30°受力圖

通過以上有限元分析，確定了本新型裝置核心結(jié)構(gòu)U型旋轉(zhuǎn)架的性能參數(shù)，長(zhǎng)度2.015m，高度1.55m，U型定位槽外側(cè)厚度0.12m見圖4所示，旋轉(zhuǎn)速度為3.8°/min，能承受最大載重105N，最大力矩為150kN/m，U型旋轉(zhuǎn)架的主體采用材料型號(hào)為Q235A的方形鋼材焊接而成。

2 裝置結(jié)構(gòu)

下面結(jié)合圖5，對(duì)本裝置結(jié)構(gòu)進(jìn)行簡(jiǎn)要說明。

圖中：1.套管；2.U型旋轉(zhuǎn)架；3.三角形旋轉(zhuǎn)臂；4.絲杠千斤頂。

圖4 U型旋轉(zhuǎn)架結(jié)構(gòu)側(cè)視和正視示意圖

各種類型的套管經(jīng)過過度件均可安裝在該旋轉(zhuǎn)裝置的通用快插法蘭上，過度件可在地面安裝，這樣各類型套管在高空上就可直接快插安裝，十分方便；第二部分為三角形旋轉(zhuǎn)臂，臂長(zhǎng)1.33m、0.96m，臂厚0.1m，一端與U型旋轉(zhuǎn)架連接，另外一端與絲杠千斤頂連接；第三部分為絲杠千斤頂，2.2kW的電機(jī)經(jīng)過兩級(jí)減速帶動(dòng)蝸桿，然后蝸桿帶動(dòng)渦輪，渦輪中心的絲杠產(chǎn)生上下移動(dòng)帶動(dòng)三角形旋轉(zhuǎn)臂到達(dá)指定位置后自動(dòng)鎖死，使得套管在水平0°～30°的任意角度進(jìn)行旋轉(zhuǎn)，絲杠伸縮長(zhǎng)度決定套管的水平安裝角度，絲杠推力最大為100kN，通過安裝在U型旋轉(zhuǎn)架上的角度傳感器，角度的變化實(shí)時(shí)反饋到遠(yuǎn)程控制臺(tái)上，從而實(shí)現(xiàn)套管水平角度的精準(zhǔn)旋轉(zhuǎn)。

圖5 裝置0°和30°結(jié)構(gòu)正視示意圖

3 試驗(yàn)方法

（1）套管水平安裝：?jiǎn)?dòng)遠(yuǎn)程控制臺(tái)上的復(fù)位按鈕將設(shè)備頂部旋轉(zhuǎn)裝置調(diào)整到初始位置0°，如圖6所示，然后使用吊帶將套管固定好，使用吊車將套管吊入頂部旋轉(zhuǎn)裝置的U型定位槽內(nèi)，將吊帶卸載，并保持一定間隙（起到異常斷裂緩沖作用），確保轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)的各個(gè)角度不干涉。

（2）套管角度旋轉(zhuǎn)：?jiǎn)?dòng)遠(yuǎn)程控制臺(tái)上的旋轉(zhuǎn)角度按鈕（水平角度0°～30°），并觀察屏幕的角度到設(shè)定值時(shí)按停止按鈕，角度調(diào)整完畢；當(dāng)轉(zhuǎn)動(dòng)過程突然出現(xiàn)異?，F(xiàn)象時(shí)，可啟動(dòng)急停按鈕，同時(shí)吊車的緩沖帶接住產(chǎn)品，防止直接掉落砸傷設(shè)備。

4 試驗(yàn)驗(yàn)證

試驗(yàn)室工作人員使用該裝置完成了空載狀態(tài)下絕緣子安裝法蘭（U型旋轉(zhuǎn)架）角度的變化試驗(yàn)，試驗(yàn)參數(shù)：套管水平角度30°，對(duì)應(yīng)的絕緣子安裝法蘭（U型旋轉(zhuǎn)架）水平角度60°，試驗(yàn)過程持續(xù)60s，該裝置從初始位置旋轉(zhuǎn)到試驗(yàn)要求的狀態(tài)，該試驗(yàn)裝置能實(shí)現(xiàn)旋轉(zhuǎn)角度的穩(wěn)定輸出，各項(xiàng)試驗(yàn)數(shù)據(jù)符合可旋轉(zhuǎn)角度高壓套管試驗(yàn)裝置的功能要求。

圖6 裝置初始位置

5 裝置特點(diǎn)

具有以下3個(gè)特點(diǎn)：

（1）數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性高和應(yīng)用范圍寬：完全符合國家相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)高壓套管試驗(yàn)的安裝角度要求，各種類型高壓套管均可適用于本裝置。

（2）操作靈活簡(jiǎn)便：使用時(shí)只需將套管裝到頂部旋轉(zhuǎn)裝置的U型旋轉(zhuǎn)架內(nèi)即可進(jìn)行試驗(yàn)，省時(shí)省力。

（3）試驗(yàn)周期短和安全性高：不需要像以前那樣布置臨時(shí)試驗(yàn)構(gòu)架完成試驗(yàn)，使用該裝置后試驗(yàn)周期大幅縮短，且試驗(yàn)效率得到了大幅提高，同時(shí)杜絕了使用試驗(yàn)構(gòu)架存在的不安全隱患。

6 使用效果

本裝置在高壓套管懸臂負(fù)荷試驗(yàn)使用后，試驗(yàn)效率得到了大幅提高，滿足相關(guān)國家標(biāo)準(zhǔn)對(duì)高壓套管水平安裝角度要求的同時(shí)，安全性也得到了保障。

7 結(jié)語

本文研制了一種經(jīng)濟(jì)耐用、可旋轉(zhuǎn)角度的高壓套管試驗(yàn)裝置，解決了以往在高壓套管懸臂負(fù)荷試驗(yàn)中，為了達(dá)到高壓套管水平安裝角度的要求，使用試驗(yàn)構(gòu)架進(jìn)行試驗(yàn)存在的布置周期長(zhǎng)、傾斜安裝時(shí)到位困難、試驗(yàn)效率低、試驗(yàn)不能完全滿足標(biāo)準(zhǔn)要求和不安全隱患的弊端。