CN105715092A - 一种球墨铸铁管在输电用组合塔中的应用 - Google Patents

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金丽勇
管从胜
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于佩
张维佳
刘峰
徐天锡
曹威海
陶静
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Abstract

一种球墨铸铁管在输电用组合塔中的应用，所述输电用组合塔包括主材、辅材和连结构件；所述主材包括主材管、所述辅材包括辅材管，所述连接构件包括管箍和空心球；其特征在于，所述主材、辅材和连结构件均为尺寸结构相互配合的球墨铸铁管。将现有的输电用组合塔全部采用球墨铸铁材料，在不降低管塔应用性能的前提下，成本降低、施工方便，而且提高了管塔整体耐腐蚀性能，从而提高输变电管组装塔的服役期限，满足电力全生命周期要求。

Description

一种球墨铸铁管在输电用组合塔中的应用
技术领域
本发明涉及一种球墨铸铁管在输电用组合塔中的应用，属于电力工业技术领域。
技术背景
目前，国内输变电管组合塔均采用碳钢材料，碳钢管组合塔存在的问题：1)材料的耐腐蚀性能差，为了提高碳钢管组合塔的耐蚀性能，采用热镀锌及锌铝合金等进行表面防腐处理，但仍然无法满足电力全生命周期要求，在耐海洋大气和工业大气环境寿命更短，在服役过程中必须采用二次甚至多次防腐处理。另外，热镀锌及锌铝合金过程中能耗高和对环境产生严重二次污染；2)高强度碳钢很难实现或者很难取得，而且碳钢管的塑性变形随管径增大碳钢管组合塔的力学性能无法保障。与碳钢材料管组合塔相比，球墨铸铁材料管组合塔具有如下优点：1)耐腐蚀，耐大气中为碳钢的3-5倍，而耐土壤腐蚀为碳钢的20-30倍；2)工程造价低，材料价格低和密度小，在相同结构尺寸或性能条件下，仅原材料成本降低15％-20％；3)适应性强，可满足全区域环境条件，特别是海洋和工业污染区的技术要求；4)服役周期长，服役周期是碳钢热镀锌及其锌铝合金管组合他的2-3倍，完全满足全服役周期技术要求；5)球墨铸铁比较容易实现高强度，当直径越大，球墨铸铁的特性越明显。
在国内，目前球墨铸铁管已经广泛应用于市政、工矿企业给水、输气和输油管线等，这些应用都不是作为结构件使用的，在电力上的应用是作为结构件应用，本身就是一种突破。中国专利CN104087820提供了球墨铸铁输电管杆的制备方法，采用配料、铁水熔炼、球墨化、浇注、孕育和热处理等工序制备球墨铸铁管，多级不同直径管顺次插接组成塔杆，本发明具有承载能力高，壁厚薄，耐腐蚀，重量轻和制造成本低等优点，其不足之处是该专利给出的球墨铸铁塔杆的承载力低和挠度大，而承载力和挠度大小恰恰是输变电管杆的重要参数，在用于转角杆或耐张杆时存在技术弊端。
采用球墨铸铁管组合塔结构，通过特殊连接方法，不仅可以提高管组合塔的强度，而且可以降低挠度，可用于高电压等级管组合塔。目前，国内尚未见有关球墨铸铁管组合塔应用的报道。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明提供一种球墨铸铁管在输电用组合塔中的应用。
本发明的技术方案如下：
一种球墨铸铁管在输电用组合塔中的应用，所述输电用组合塔包括主材、辅材和连结构件；所述主材包括主材管、所述辅材包括辅材管，所述连接构件包括管箍和空心球；其特征在于，所述主材、辅材和连结构件均为尺寸结构相互配合的球墨铸铁管。本发明将球墨铸铁管应用到输电用组合塔的主材、辅材和链结构件中，保证了整个球墨铸铁管组合塔的高耐蚀性。
根据本发明优选的，所述输电用组合塔的实际构件控制尺寸通过有限元计算确定：悬垂直线自立式铁塔为0.3％、耐张塔及终端自立式铁塔为0.7％。综合输电用组合管塔的性能特点，结合球墨铸铁材料本身特性，通过强度和挠度等的理论计算，确定主辅材的结构参数。
根据本发明优选的，所述输电用组合塔采用机械连接方法、冶金连接方法和化学连接方法相结合实现连接。提高了连接的可靠性，有效保证了管塔的各种功能型，完全可以满足各种承载力管组合塔的技术要求。
根据本发明优选的，所述机械连接方法包括法兰连接、管箍连接和空心球连接。
根据本发明优选的，所述冶金连接方法包括气体保护焊接和加热嵌套。
根据本发明优选的，所述化学连接方法为采用无机粘结和有机粘结相结合的连接方法，其采用的无机粘结剂为金属硅酸盐粘合剂，其采用的有机粘结剂为热固性环氧树脂、酚醛树脂和有机硅树脂中的一种。
根据本发明优选的，所述输电用组合塔中主材管之间的连接方法采用机械连接方法、冶金连接方法和化学连接方法相结合方法实现，其中，所述机械连接方法优选管箍连接。
根据本发明优选的，所述输电用组合塔中，当所述主材管和辅材管的管径小于等于600mm时，所述主材管和辅材管之间的连接方法采用空心球连接和气体保护焊接相结合的方法实现，空心球由两个半球通扣连接和并提供气体保护焊接补强；
当所述主材管和辅材管的管径大于600mm时，所述主材管和辅材管之间采用法兰连接。
根据本发明优选的，所述连接构件的抗拉强度大于420MPa。
根据本发明优选的，主材和辅材的控制参数包括管径、壁厚以及误差范围；所述主材管的管径为100-800mm，壁厚为8-50mm；所述辅材管的管径为60-300mm，壁厚为6-30mm。本发明综合输电用管塔的性能特点，如电压等级、塔头规划，档距、呼称高及总高度、承载力性质、地理条件和气象条件等，结合球墨铸铁材料本身特性，通过强度和挠度等的理论计算，确定主辅材的结构参数，包括主材管径、壁厚以及误差控制范围；管箍直径、长度和壁厚，对于管塔塔腿与桩基管箍还包括法兰大小和厚度；空心球直径与壁厚。
根据本发明优选的，所述管箍的长度为300-800mm，管箍的管内径与主材管外径相匹配，管箍的壁厚为10-60mm，管箍的底部法兰直径为600-1500mm，厚度为30-100mm，厚度的相对误差为0.1-0.5％。
根据本发明优选的，所述空心球直径300-1200mm，壁厚为15-70mm，其开孔与主材管和辅材管外径相匹配；厚度的相对误差为0.1-0.5％。
本发明通过设定所述连接构件的相应参数，如直径、长度、壁厚和厚度误差等，使其配合球墨铸铁材质能够实现最优的搭建效果，对于管塔塔腿与桩基用管箍还应控制底部法兰大小和厚度。
本发明还包括对连接构件二次加工。为确保连接的可靠性，应对各种连接构件进行二次加工，包括去除毛刺、开孔、扩孔攻丝等处理，使连接构件与主辅材间尺寸吻合；空心球组装采用扣接与气体焊接补强相结合；管塔塔腿与桩基管箍采用插接与气体保护焊接补强连接相结合连接。
本发明的优势在于：
将现有的输电用组合塔全部采用球墨铸铁材料，在不降低管塔应用性能的前提下，成本降低、施工方便，而且提高了管塔整体耐腐蚀性能，从而提高输变电管组装塔的服役期限，满足电力全生命周期要求；
采用机械连接法、冶金连接法和化学粘结相结合方法实现连接，机械连接法采用球墨铸铁管箍和空心球相结合，冶金连接法包括气体保护焊接和加热嵌套相结合，化学粘结采用无机和有机粘结相结合，本发明有针对性的对不同的管材和连接构件选用不同的连接方法，最大限度的提高了连接的可靠性，有效保证了管塔的各种功能型，完全可以满足各种承载力管组合塔的技术要求。
本发明通过调整和控制各种管材和连接构件的参数，组装满足各种电压等级、地理条件和气象条件下的输变电管塔。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明做详细的说明，但不限于此。
实施例1、
一种球墨铸铁管在输电用组合塔中的应用，适用于220kV电压等级，所述输电用组合塔包括主材、辅材和连结构件；所述主材包括主材管、所述辅材包括辅材管，所述连接构件包括管箍和空心球；其特征在于，所述主材、辅材和连结构件均为尺寸结构相互配合的球墨铸铁管。
所述输电用组合塔的实际构件控制尺寸通过有限元计算确定：悬垂直线自立式铁塔为0.3％、耐张塔及终端自立式铁塔为0.7％。
所述输电用组合塔采用机械连接方法、冶金连接方法和化学连接方法相结合实现连接。
所述机械连接方法包括法兰连接、管箍连接和空心球连接。
所述冶金连接方法包括气体保护焊接和加热嵌套。
所述化学连接方法为采用无机粘结和有机粘结相结合的连接方法，其采用的无机粘结剂为金属硅酸盐粘合剂，其采用的有机粘结剂为热固性环氧树脂、酚醛树脂和有机硅树脂中的一种。
所述输电用组合塔中主材管之间的连接方法采用机械连接方法、冶金连接方法和化学连接方法相结合方法实现，其中，所述机械连接方法优选管箍连接。
所述输电用组合塔中，当所述主材管和辅材管的管径小于等于600mm时，所述主材管和辅材管之间的连接方法采用空心球连接和气体保护焊接相结合的方法实现，空心球由两个半球通扣连接和并提供气体保护焊接补强；此实施例1属于此种情况；
当所述主材管和辅材管的管径大于600mm时，所述主材管和辅材管之间采用法兰连接。
所述连接构件的抗拉强度大于420MPa。
主材和辅材的控制参数包括管径、壁厚以及误差范围；所述主材管的管径为150-250mm，壁厚为15-20mm；所述辅材管的管径为80-100mm，壁厚为5-8mm。
所述管箍的长度为350-400mm，管箍的管内径与主材管外径相匹配，管箍的壁厚为20-25mm，管箍的底部法兰直径为700-900mm，厚度为40-45mm，厚度的相对误差为0.2％。
所述空心球直径400-600mm，壁厚为25-30mm，其开孔与主材管和辅材管外径相匹配；厚度的相对误差为0.2％。
实施例2
如实施例1所述一种球墨铸铁管在输电用组合塔中的应用，其区别在于，适用于500kV电压等级，
主材和辅材的控制参数包括管径、壁厚以及误差范围；所述主材管的管径为300-400mm，壁厚为20-30mm；所述辅材管的管径为100-150mm，壁厚为12-15mm。
所述管箍的长度为500-600mm，管箍的管内径与主材管外径相匹配，管箍的壁厚为30-50mm，管箍的底部法兰直径为800-1200mm，厚度为50-60mm，厚度的相对误差为0.3％。
所述空心球直径600-800mm，壁厚为30-40mm，其开孔与主材管和辅材管外径相匹配；厚度的相对误差为0.3％。
球墨铸铁管组合塔安装：主材管顺次连接，通过管箍插接、加热嵌套固定、金属硅酸盐和酚醛树脂粘结剂混合后填充粘结，其它同实施例1。
应用对比例、
利用不同材质搭建两个尺寸、结构完全相同的输电用组合塔，一种是碳钢镀锌管组合塔、另一种按照本发明所述应用方法搭建成的球墨铸铁管组合塔，表1是上述2种组合塔的对比参数表：
表1碳钢镀锌管组合塔和球墨铸铁管组合塔的对比参数表
综上，结合表1可知，将球墨铸铁管应用在输电用组合塔中，其各项参数都大大优于碳钢镀锌管组合塔。

Claims (10)

1.一种球墨铸铁管在输电用组合塔中的应用，所述输电用组合塔包括主材、辅材和连结构件；所述主材包括主材管、所述辅材包括辅材管，所述连接构件包括管箍和空心球；其特征在于，所述主材、辅材和连结构件均为尺寸结构相互配合的球墨铸铁管。
2.如权利要求1所述的一种球墨铸铁管在输电用组合塔中的应用，其特征在于，所述输电用组合塔的实际构件控制尺寸通过有限元计算确定：悬垂直线自立式铁塔为0.3％、耐张塔及终端自立式铁塔为0.7％。
3.如权利要求1所述的一种球墨铸铁管在输电用组合塔中的应用，其特征在于，所述输电用组合塔采用机械连接方法、冶金连接方法和化学连接方法相结合实现连接。
4.如权利要求3所述的一种球墨铸铁管在输电用组合塔中的应用，其特征在于，所述机械连接方法包括法兰连接、管箍连接和空心球连接；所述冶金连接方法包括气体保护焊接和加热嵌套；所述化学连接方法为采用无机粘结和有机粘结相结合的连接方法，其采用的无机粘结剂为金属硅酸盐粘合剂，其采用的有机粘结剂为热固性环氧树脂、酚醛树脂和有机硅树脂中的一种。
5.如权利要求4所述的一种球墨铸铁管在输电用组合塔中的应用，其特征在于，所述输电用组合塔中主材管之间的连接方法采用机械连接方法、冶金连接方法和化学连接方法相结合方法实现，其中，所述机械连接方法优选管箍连接。
6.如权利要求4所述的一种球墨铸铁管在输电用组合塔中的应用，其特征在于，所述输电用组合塔中，当所述主材管和辅材管的管径小于等于600mm时，所述主材管和辅材管之间的连接方法采用空心球连接和气体保护焊接相结合的方法实现，空心球由两个半球通扣连接和并提供气体保护焊接补强；
当所述主材管和辅材管的管径大于600mm时，所述主材管和辅材管之间采用法兰连接。
7.如权利要求1所述的一种球墨铸铁管在输电用组合塔中的应用，其特征在于，所述连接构件的抗拉强度大于420MPa。
8.如权利要求1所述的一种球墨铸铁管在输电用组合塔中的应用，其特征在于，所述主材和辅材的控制参数包括管径、壁厚以及误差范围；所述主材管的管径为100-800mm，壁厚为8-50mm；所述辅材管的管径为60-300mm，壁厚为6-30mm。
9.如权利要求1所述的一种球墨铸铁管在输电用组合塔中的应用，其特征在于，所述管箍的长度为300-800mm，管箍的管内径与主材管外径相匹配，管箍的壁厚为10-60mm，管箍的底部法兰直径为600-1500mm，厚度为30-100mm，厚度的相对误差为0.1-0.5％。
10.如权利要求1所述的一种球墨铸铁管在输电用组合塔中的应用，其特征在于，所述空心球直径300-1200mm，壁厚为15-70mm，其开孔与主材管和辅材管外径相匹配；厚度的相对误差为0.1-0.5％。
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