新型預(yù)絞式拉線金具開發(fā)方法分析

李 華

（中國(guó)電建集團(tuán)成都電力金具有限公司，四川 成都 610000）

近年來(lái)，隨著巴西經(jīng)濟(jì)的迅速發(fā)展，巴西輸電網(wǎng)工程線路快速擴(kuò)張。初步統(tǒng)計(jì)，輸電線路總長(zhǎng)從2007 年的8.9 萬(wàn)千米增至2011 年的10.3 萬(wàn)千米。預(yù)計(jì)到2021 年，巴西將新增168 條線路，輸電線路總長(zhǎng)將增至15.05 萬(wàn)千米。巴西輸電線路市場(chǎng)潛力巨大，以成都某金具公司（以下簡(jiǎn)稱成金）為代表的很多國(guó)內(nèi)金具公司已逐步布局巴西市場(chǎng)，成金公司在眾多國(guó)內(nèi)公司競(jìng)爭(zhēng)中拔得頭籌，成功完成了巴西美麗山±800kV 直流輸電線路、巴西500kV TPT 項(xiàng)目等項(xiàng)目的供貨。成金作為巴西特高壓線路工程的重要供應(yīng)商，主要提供常規(guī)線路金具，對(duì)其他金具如拉線金具、變電金具、閥廳金具尚未完成供貨。成金公司結(jié)合巴西市場(chǎng)，以滿足巴西輸電線路工程的工程需要為前提，對(duì)尚未供貨的拉線金具、變電金具、閥廳金具進(jìn)行設(shè)計(jì)開發(fā)。其中，以容易形成系列化、標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)的拉線金具為著手點(diǎn)，以即將建設(shè)的巴西IG 工程為契機(jī)，確定巴西拉線金具的項(xiàng)目研發(fā)。

該拉線金具研發(fā)項(xiàng)目在基于以上開發(fā)步驟的基礎(chǔ)上。項(xiàng)目研發(fā)著重從研發(fā)背景、國(guó)內(nèi)外拉線金具對(duì)比分析、預(yù)交式拉線金具計(jì)算校核、預(yù)交式拉線金具試驗(yàn)方法等方面作切入點(diǎn)，逐步對(duì)拉線金具的開發(fā)做詳細(xì)分析[1]。

1 研發(fā)背景

巴西拉線金具市場(chǎng)目前基本為帕爾普公司所壟斷，壟斷市場(chǎng)導(dǎo)致金具成本節(jié)節(jié)攀升，高價(jià)拉線金具令巴西業(yè)主苦不堪言，巴西國(guó)內(nèi)無(wú)成熟廠家可以提供有競(jìng)爭(zhēng)力的拉線金具。因此，巴方亟待尋求第二個(gè)實(shí)力雄厚的廠家與之合作，共同抵抗帕爾普公司的壟斷。成金公司已經(jīng)成功供貨巴西美麗山±800kV 直流輸電項(xiàng)目工程、并有500kV TPT 項(xiàng)目成功的應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)。因此，巴西業(yè)主希望與我司合作，共同完成拉線金具的研發(fā)。

經(jīng)巴西輸電線路現(xiàn)場(chǎng)考察調(diào)研，巴西線路工程中拉線塔（如圖1）應(yīng)用較多，平地地形條件下，單回線路拉線塔比例一般為80%左右，在雙回線路中因考慮安全等因素拉線塔采用比例較低。經(jīng)計(jì)算分析，拉線塔塔重約為相同條件下自立塔的70%左右。因此，巴西市場(chǎng)普遍采用經(jīng)濟(jì)性能良好的拉線塔作為其輸電線路基本塔型，并由此催生了拉線金具的大范圍的使用。

圖1 巴西500kV 雙回路懸垂塔型

巴西拉線金具市場(chǎng)巨大，國(guó)際市場(chǎng)對(duì)拉線的金具的應(yīng)用也逐步標(biāo)準(zhǔn)化，拉線金具的各項(xiàng)技術(shù)參數(shù)也日臻完善。成金研究所結(jié)合國(guó)內(nèi)拉線金具的特點(diǎn)，并總結(jié)部分國(guó)外公司的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，確定了預(yù)絞式拉線金具的研發(fā)項(xiàng)目，以提升該公司國(guó)外新產(chǎn)品研發(fā)實(shí)力，完善各項(xiàng)金具供貨經(jīng)驗(yàn)。

2 國(guó)內(nèi)外拉線金具研發(fā)對(duì)比分析

成金公司根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)研，并總結(jié)實(shí)際線路運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，對(duì)國(guó)內(nèi)外拉線金具進(jìn)行對(duì)比分析，以確定研發(fā)方向。

2.1 結(jié)構(gòu)形式對(duì)比

國(guó)外市場(chǎng)拉線金具普遍采用預(yù)絞式，如圖2 所示為國(guó)外拉線金具樣圖。預(yù)絞式拉線金具，主要由長(zhǎng)拉桿、短拉桿、預(yù)絞絲、線夾、以及楔形芯組成。

圖2 國(guó)外拉線金具樣圖

國(guó)內(nèi)市場(chǎng)的拉線金具主要為壓縮式拉線金具，如圖3 所示為國(guó)內(nèi)拉線金具樣圖。國(guó)內(nèi)壓縮式拉線金具主要由U 型螺栓、壓縮線夾等組成。

圖3 國(guó)內(nèi)壓縮式拉線金具

2.2 其他方面對(duì)比分析

預(yù)交式拉線金具除結(jié)構(gòu)型式與國(guó)內(nèi)常規(guī)拉線金具有較大區(qū)別外，其加工制造、市場(chǎng)運(yùn)行、可靠性等方面也有不同。

從加工制造角度分析， 壓縮式拉線金具需要對(duì)壓接鋼管進(jìn)行車加工，車加工量較大，成本高，不適合大批量生產(chǎn)；預(yù)絞式拉線金具楔形芯僅鑄造完成，線夾本體采用鍛造成型，加工量較小，適用于批量生產(chǎn)。

從市場(chǎng)運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)分析，壓縮式拉線金具無(wú)巴西市場(chǎng)運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，而預(yù)絞式拉線金具在巴西市場(chǎng)運(yùn)行非常廣泛。目前，巴西90%以上的拉線金具均為預(yù)絞式拉線金具。

從可靠性分析，預(yù)絞式拉線金具對(duì)鋼絞線拉線有雙重拉力作用，同時(shí)有雙層保護(hù)。其中，外層預(yù)絞絲主要為拉線金具提供初步拉力作用，并保護(hù)鋼絞線。鋼絞線與本體通過楔形作用力相連接，而非壓接成型，從而避免因壓接工藝不規(guī)范、壓接長(zhǎng)度不夠或其他壓接問題而出現(xiàn)工程事故。

從形成的設(shè)計(jì)規(guī)范分析，巴西國(guó)內(nèi)拉線金具設(shè)計(jì)規(guī)范基本確定以預(yù)絞式拉線金具為樣本形成。因此，設(shè)計(jì)規(guī)范確定了巴西國(guó)內(nèi)市場(chǎng)以預(yù)絞式拉線金具為基本供貨范疇。

從施工工藝分析，預(yù)絞式拉線金具不需要壓接完成。因此，不需要購(gòu)買適合工程需要的液壓摸，也不需要進(jìn)行符合施工工藝的壓接，極大方面了拉線金具的安裝。

從上述各項(xiàng)分析不難得出，預(yù)交式拉線金具在巴西市場(chǎng)具有先天優(yōu)勢(shì)，成金公司最終確定預(yù)交式拉線金具作為研發(fā)方向。

3 預(yù)絞式拉線金具計(jì)算校核

拉線金具的研發(fā)需要校核其各方面的受力如抗拉應(yīng)力分析、連接破壞分析、材料性能分析以及預(yù)絞絲設(shè)計(jì)分析等。完成各項(xiàng)分析后才能確定其具體的設(shè)計(jì)參數(shù)，并最終形成產(chǎn)品，完成供貨。拉線金具的最重要的受力構(gòu)件為拉桿和預(yù)絞絲，對(duì)拉桿和預(yù)絞絲的分析是完成研發(fā)的關(guān)鍵。

3.1 拉線金具拉桿受力校核

拉桿主要校核的方面為螺栓的應(yīng)力校核和連接校核，以及螺栓材質(zhì)校核。拉線金具拉桿是否滿足要求，需要從下述方面進(jìn)行分析：①拉線金具拉桿的抗拉應(yīng)力應(yīng)低于材質(zhì)的破許用破壞應(yīng)力τ；②拉線金具拉桿與U 型環(huán)連接的破壞力應(yīng)大于鋼絞線的破壞荷載。如拉線金具U 型螺栓外徑為M（mm），鋼絞線拉力為P（N）。螺栓截面積（mm2），螺栓承受拉應(yīng)力（MPa），且σ ＜τ。

IG 工 程 拉 線 參 數(shù) 為：P=130kN；外 徑D=12.7mm。U 型螺栓設(shè)計(jì)參數(shù)為M=16mm，材質(zhì)為35CrMo，許用破壞應(yīng)力τ=590MPa。

經(jīng)計(jì)算，螺栓承受抗拉應(yīng)力323.28MPa ＜τ=590MPa，滿足設(shè)計(jì)要求。

進(jìn)一步對(duì)螺栓底部與聯(lián)接金具連接處的強(qiáng)度進(jìn)行校核，拉線金具U 型螺栓與底部U 型環(huán)之間的連接圖如圖4 所示，

圖4 拉線金具U 型螺栓與底部U 型環(huán)之間的連接圖

根據(jù)電力金具設(shè)計(jì)規(guī)范，連接處的理論拉斷力的計(jì)算公式如下：

經(jīng)計(jì)算，其理論最大破壞力為P=171.73kN，高于實(shí)際承受拉力130kN，因此連接破壞滿足設(shè)計(jì)要求。

3.2 預(yù)絞絲的設(shè)計(jì)參數(shù)校核

拉線金具預(yù)絞絲設(shè)計(jì)參數(shù)根據(jù)以往經(jīng)驗(yàn)選擇分析如下：

（1）本工程拉線鋼絞線外徑為12.7mm，與國(guó)內(nèi)鋁包鋼絞線LB20A-100 接近，LB20A-100 鋁包鋼絞線外徑為13mm。因此，拉線金具預(yù)絞絲單絲直徑取與之相同的外徑為φ4.6mm。

（2）預(yù)絞絲強(qiáng)度計(jì)算及根數(shù)確定，本工程根據(jù)電工用鋁包鋼線標(biāo)準(zhǔn)GB/T 17937-2009 選擇單根預(yù)絞絲強(qiáng)度為1320MPa。根據(jù)鋼絞線外徑12.7mm、預(yù)絞絲單根直徑φ4.6mm 計(jì)算，選擇10 根預(yù)絞絲作為預(yù)絞絲根數(shù)，每?jī)筛A(yù)絞絲之間的間隙為圖5 所示，其間隙為0.7mm，滿足間隙為1mm 左右的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)。

圖5 預(yù)絞絲校核間隙圖

經(jīng)計(jì)算，單根預(yù)絞絲的截面積為S單=16.61mm2；單絲強(qiáng)度拉斷力F=21926N，10 根預(yù)絞絲的計(jì)算拉斷力為219260N=219.26kN。10 根預(yù)絞絲的拉斷力遠(yuǎn)大于鋼絞線拉斷力130kN，滿足預(yù)絞絲拉斷力大于鋼絞線拉斷力的設(shè)計(jì)要求。

4 預(yù)絞式拉線金具試驗(yàn)方法

巴西預(yù)絞式拉線金具試驗(yàn)方法除滿足一般國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)外，還應(yīng)滿足巴西市場(chǎng)對(duì)拉線金具的要求。其需要完成的主要型式試驗(yàn)及其試驗(yàn)步驟包括以下幾個(gè)方面：

（1）機(jī)械試驗(yàn)，將金具固定在水平拉力試驗(yàn)機(jī)上，以10000lbs/min 的速度加載到規(guī)定的機(jī)械損傷載荷。

（2）穩(wěn)定試驗(yàn)，施加載荷到導(dǎo)線計(jì)算拉斷力的77%，維持168 小時(shí)；施加載荷到導(dǎo)線計(jì)算拉斷力的85%，維持168 小時(shí)；施加載荷到導(dǎo)線計(jì)算拉斷力的95%，維持168 小時(shí)。

（3）循環(huán)試驗(yàn)，施加載荷到導(dǎo)線計(jì)算拉斷力的60%，維持6min 后卸載到10%，維持1min，循環(huán)次數(shù)1000 次。

（4）適配性試驗(yàn)，施加載荷到導(dǎo)線計(jì)算拉斷力的75%，判定適配性。

（5）扭矩試驗(yàn)，從0 施加載荷到導(dǎo)線計(jì)算拉斷力的25%，以此為依據(jù)確定扭矩。其中，扭矩試驗(yàn)為巴西市場(chǎng)獨(dú)有的型式試驗(yàn)，該試驗(yàn)在國(guó)內(nèi)試驗(yàn)機(jī)構(gòu)無(wú)法完成，需要在巴西國(guó)內(nèi)完成。

5 結(jié)論

預(yù)交式拉線金具研發(fā)作為成金公司重點(diǎn)研發(fā)項(xiàng)目，其市場(chǎng)潛力，設(shè)計(jì)的可標(biāo)準(zhǔn)化、可系列化使得其前景極其光明；預(yù)計(jì)在實(shí)現(xiàn)供貨的基礎(chǔ)上形成系列產(chǎn)品，對(duì)成金公司的金具市場(chǎng)開拓，新技術(shù)的積累有重要推動(dòng)作用。