一種球墨鑄鐵管在輸電用組合塔中的應(yīng)用
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種球墨鑄鐵管在輸電用組合塔中的應(yīng)用，屬于電力工業(yè)技術(shù)領(lǐng)域。 技術(shù)背景
[0002] 目前，國內(nèi)輸變電管組合塔均采用碳鋼材料，碳鋼管組合塔存在的問題：1)材料的 耐腐蝕性能差，為了提高碳鋼管組合塔的耐蝕性能，采用熱鍍鋅及鋅鋁合金等進行表面防 腐處理，但仍然無法滿足電力全生命周期要求，在耐海洋大氣和工業(yè)大氣環(huán)境壽命更短，在 服役過程中必須采用二次甚至多次防腐處理。另外，熱鍍鋅及鋅鋁合金過程中能耗高和對 環(huán)境產(chǎn)生嚴重二次污染;2)高強度碳鋼很難實現(xiàn)或者很難取得，而且碳鋼管的塑性變形隨 管徑增大碳鋼管組合塔的力學(xué)性能無法保障。與碳鋼材料管組合塔相比，球墨鑄鐵材料管 組合塔具有如下優(yōu)點：1)耐腐蝕，耐大氣中為碳鋼的3-5倍，而耐土壤腐蝕為碳鋼的20-30 倍;2)工程造價低，材料價格低和密度小，在相同結(jié)構(gòu)尺寸或性能條件下，僅原材料成本降 低15%-20%;3)適應(yīng)性強，可滿足全區(qū)域環(huán)境條件，特別是海洋和工業(yè)污染區(qū)的技術(shù)要求； 4)服役周期長，服役周期是碳鋼熱鍍鋅及其鋅鋁合金管組合他的2-3倍，完全滿足全服役周 期技術(shù)要求;5)球墨鑄鐵比較容易實現(xiàn)高強度，當(dāng)直徑越大，球墨鑄鐵的特性越明顯。
[0003] 在國內(nèi)，目前球墨鑄鐵管已經(jīng)廣泛應(yīng)用于市政、工礦企業(yè)給水、輸氣和輸油管線 等，這些應(yīng)用都不是作為結(jié)構(gòu)件使用的，在電力上的應(yīng)用是作為結(jié)構(gòu)件應(yīng)用，本身就是一種 突破。中國專利CN104087820提供了球墨鑄鐵輸電管桿的制備方法，采用配料、鐵水熔煉、球 墨化、澆注、孕育和熱處理等工序制備球墨鑄鐵管，多級不同直徑管順次插接組成塔桿，本 發(fā)明具有承載能力高，壁厚薄，耐腐蝕，重量輕和制造成本低等優(yōu)點，其不足之處是該專利 給出的球墨鑄鐵塔桿的承載力低和撓度大，而承載力和撓度大小恰恰是輸變電管桿的重要 參數(shù)，在用于轉(zhuǎn)角桿或耐張桿時存在技術(shù)弊端。
[0004] 采用球墨鑄鐵管組合塔結(jié)構(gòu)，通過特殊連接方法，不僅可以提高管組合塔的強度， 而且可以降低撓度，可用于高電壓等級管組合塔。目前，國內(nèi)尚未見有關(guān)球墨鑄鐵管組合塔 應(yīng)用的報道。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供一種球墨鑄鐵管在輸電用組合塔中的應(yīng)用。
[0006] 本發(fā)明的技術(shù)方案如下：
[0007] -種球墨鑄鐵管在輸電用組合塔中的應(yīng)用，所述輸電用組合塔包括主材、輔材和 連結(jié)構(gòu)件;所述主材包括主材管、所述輔材包括輔材管，所述連接構(gòu)件包括管箍和空心球； 其特征在于，所述主材、輔材和連結(jié)構(gòu)件均為尺寸結(jié)構(gòu)相互配合的球墨鑄鐵管。本發(fā)明將球 墨鑄鐵管應(yīng)用到輸電用組合塔的主材、輔材和鏈結(jié)構(gòu)件中，保證了整個球墨鑄鐵管組合塔 的高耐蝕性。
[0008] 根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選的，所述輸電用組合塔的實際構(gòu)件控制尺寸通過有限元計算確 定:懸垂直線自立式鐵塔為0.3%、耐張塔及終端自立式鐵塔為0.7 %。綜合輸電用組合管塔 的性能特點，結(jié)合球墨鑄鐵材料本身特性，通過強度和撓度等的理論計算，確定主輔材的結(jié) 構(gòu)參數(shù)。
[0009] 根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選的，所述輸電用組合塔采用機械連接方法、冶金連接方法和化學(xué) 連接方法相結(jié)合實現(xiàn)連接。提高了連接的可靠性，有效保證了管塔的各種功能型，完全可以 滿足各種承載力管組合塔的技術(shù)要求。
[0010] 根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選的，所述機械連接方法包括法蘭連接、管箍連接和空心球連接。
[0011] 根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選的，所述冶金連接方法包括氣體保護焊接和加熱嵌套。
[0012] 根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選的，所述化學(xué)連接方法為采用無機粘結(jié)和有機粘結(jié)相結(jié)合的連接 方法，其采用的無機粘結(jié)劑為金屬硅酸鹽粘合劑，其采用的有機粘結(jié)劑為熱固性環(huán)氧樹脂、 酚醛樹脂和有機硅樹脂中的一種。
[0013] 根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選的，所述輸電用組合塔中主材管之間的連接方法采用機械連接方 法、冶金連接方法和化學(xué)連接方法相結(jié)合方法實現(xiàn)，其中，所述機械連接方法優(yōu)選管箍連 接。
[0014] 根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選的，所述輸電用組合塔中，當(dāng)所述主材管和輔材管的管徑小于等 于600mm時，所述主材管和輔材管之間的連接方法采用空心球連接和氣體保護焊接相結(jié)合 的方法實現(xiàn)，空心球由兩個半球通扣連接和并提供氣體保護焊接補強；
[0015] 當(dāng)所述主材管和輔材管的管徑大于600mm時，所述主材管和輔材管之間采用法蘭 連接。
[0016] 根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選的，所述連接構(gòu)件的抗拉強度大于420MPa。
[0017] 根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選的，主材和輔材的控制參數(shù)包括管徑、壁厚以及誤差范圍；所述主 材管的管徑為100-800mm，壁厚為8_50mm;所述輔材管的管徑為60-300mm，壁厚為6_30mm。本 發(fā)明綜合輸電用管塔的性能特點，如電壓等級、塔頭規(guī)劃，檔距、呼稱高及總高度、承載力性 質(zhì)、地理條件和氣象條件等，結(jié)合球墨鑄鐵材料本身特性，通過強度和撓度等的理論計算， 確定主輔材的結(jié)構(gòu)參數(shù)，包括主材管徑、壁厚以及誤差控制范圍；管箍直徑、長度和壁厚，對 于管塔塔腿與粧基管箍還包括法蘭大小和厚度;空心球直徑與壁厚。
[0018] 根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選的，所述管箍的長度為300-800mm，管箍的管內(nèi)徑與主材管外徑相 匹配，管箍的壁厚為10-60mm，管箍的底部法蘭直徑為600-15001111]1，厚度為30-1001]11]1，厚度的 相對誤差為0.1-0.5%。
[0019] 根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選的，所述空心球直徑300-1200mm，壁厚為15-70mm，其開孔與主材 管和輔材管外徑相匹配;厚度的相對誤差為0.1-0.5%。
[0020] 本發(fā)明通過設(shè)定所述連接構(gòu)件的相應(yīng)參數(shù)，如直徑、長度、壁厚和厚度誤差等，使 其配合球墨鑄鐵材質(zhì)能夠?qū)崿F(xiàn)最優(yōu)的搭建效果，對于管塔塔腿與粧基用管箍還應(yīng)控制底部 法蘭大小和厚度。
[0021] 本發(fā)明還包括對連接構(gòu)件二次加工。為確保連接的可靠性，應(yīng)對各種連接構(gòu)件進 行二次加工，包括去除毛刺、開孔、擴孔攻絲等處理，使連接構(gòu)件與主輔材間尺寸吻合;空心 球組裝采用扣接與氣體焊接補強相結(jié)合;管塔塔腿與粧基管箍采用插接與氣體保護焊接補 強連接相結(jié)合連接。
[0022]本發(fā)明的優(yōu)勢在于：
[0023]將現(xiàn)有的輸電用組合塔全部采用球墨鑄鐵材料，在不降低管塔應(yīng)用性能的前提 下，成本降低、施工方便，而且提高了管塔整體耐腐蝕性能，從而提高輸變電管組裝塔的服 役期限，滿足電力全生命周期要求；
[0024] 采用機械連接法、冶金連接法和化學(xué)粘結(jié)相結(jié)合方法實現(xiàn)連接，機械連接法采用 球墨鑄鐵管箍和空心球相結(jié)合，冶金連接法包括氣體保護焊接和加熱嵌套相結(jié)合，化學(xué)粘 結(jié)采用無機和有機粘結(jié)相結(jié)合，本發(fā)明有針對性的對不同的管材和連接構(gòu)件選用不同的連 接方法，最大限度的提高了連接的可靠性，有效保證了管塔的各種功能型，完全可以滿足各 種承載力管組合塔的技術(shù)要求。
[0025] 本發(fā)明通過調(diào)整和控制各種管材和連接構(gòu)件的參數(shù)，組裝滿足各種電壓等級、地 理條件和氣象條件下的輸變電管塔。
【具體實施方式】
[0026] 下面結(jié)合實施例對本發(fā)明做詳細的說明，但不限于此。
[0027] 實施例1、
[0028] -種球墨鑄鐵管在輸電用組合塔中的應(yīng)用，適用于220kV電壓等級，所述輸電用組 合塔包括主材、輔材和連結(jié)構(gòu)件;所述主材包括主材管、所述輔材包括輔材管，所述連接構(gòu) 件包括管箍和空心球;其特征在于，所述主材、輔材和連結(jié)構(gòu)件均為尺寸結(jié)構(gòu)相互配合的球 墨鑄鐵管。
[0029] 所述輸電用組合塔的實際構(gòu)件控制尺寸通過有限元計算確定:懸垂直線自立式鐵 塔為0.3 %、耐張塔及終端自立式鐵塔為0.7 %。
[0030] 所述輸電用組合塔采用機械連接方法、冶金連接方法和化學(xué)連接方法相結(jié)合實現(xiàn) 連接。
[0031 ]所述機械連接方法包括法蘭連接、管箍連接和空心球連接。
[0032] 所述冶金連接方法包括氣體保護焊接和加熱嵌套。
[0033] 所述化學(xué)連接方法為采用無機粘結(jié)和有機粘結(jié)相結(jié)合的連接方法，其采用的無機 粘結(jié)劑為金屬硅酸鹽粘合劑，其采用的有機粘結(jié)劑為熱固性環(huán)氧樹脂、酚醛樹脂和有機硅 樹脂中的一種。
[0034] 所述輸電用組合塔中主材管之間的連接方法采用機械連接方法、冶金連接方法和 化學(xué)連接方法相結(jié)合方法實現(xiàn)，其中，所述機械連接方法優(yōu)選管箍連接。
[0035] 所述輸電用組合塔中，當(dāng)所述主材管和輔材管的管徑小于等于600_時，所述主材 管和輔材管之間的連接方法采用空心球連接和氣體保護焊接相結(jié)合的方法實現(xiàn)，空心球由 兩個半球通扣連接和并提供氣體保護焊接補強;此實施例1屬于此種情況；
[0036]當(dāng)所述主材管和輔材管的管徑大于600mm時，所述主材管和輔材管之間采用法蘭 連接。
[0037]所述連接構(gòu)件的抗拉強度大于420MPa。
[0038] 主材和輔材的控制參數(shù)包括管徑、壁厚以及誤差范圍；所述主材管的管徑為150-250mm，壁厚為15-20mm;所述輔材管的管徑為80-100mm，壁厚為5-8mm。
[0039] 所述管箍的長度為350-400mm，管箍的管內(nèi)徑與主材管外徑相匹配，管箍的壁厚為 20-25mm，管箍的底部法蘭直徑為700-900mm，厚度為40-45mm，厚度的相對誤差為0.2%。 [0040] 所述空心球直徑400-600mm，壁厚為25-30mm，其開孔與主材管和輔材管外徑相匹 配;厚度的相對誤差為0.2%。
[0041 ] 實施例2
[0042]如實施例1所述一種球墨鑄鐵管在輸電用組合塔中的應(yīng)用，其區(qū)別在于，適用于 500kV電壓等級，
[0043]主材和輔材的控制參數(shù)包括管徑、壁厚以及誤差范圍；所述主材管的管徑為300-400mm，壁厚為20-30mm;所述輔材管的管徑為100-150mm，壁厚為12-15mm。
[0044]所述管箍的長度為500-600mm，管箍的管內(nèi)徑與主材管外徑相匹配，管箍的壁厚為 30-50mm，管箍的底部法蘭直徑為800-1200mm，厚度為50-60mm，厚度的相對誤差為0.3%。 [0045] 所述空心球直徑600-800mm，壁厚為30-40mm，其開孔與主材管和輔材管外徑相匹 配;厚度的相對誤差為0.3%。
[0046]球墨鑄鐵管組合塔安裝:主材管順次連接，通過管箍插接、加熱嵌套固定、金屬硅 酸鹽和酚醛樹脂粘結(jié)劑混合后填充粘結(jié)，其它同實施例1。
[0047] 應(yīng)用對比例、
[0048] 利用不同材質(zhì)搭建兩個尺寸、結(jié)構(gòu)完全相同的輸電用組合塔，一種是碳鋼鍍鋅管 組合塔、另一種按照本發(fā)明所述應(yīng)用方法搭建成的球墨鑄鐵管組合塔，表1是上述2種組合 塔的對比參數(shù)表：
[0049] 表1碳鋼鍍鋅管組合塔和球墨鑄鐵管組合塔的對比參數(shù)表
[0050]

[0051]

[0052] 綜上，結(jié)合表1可知，將球墨鑄鐵管應(yīng)用在輸電用組合塔中，其各項參數(shù)都大大優(yōu) 于碳鋼鍍鋅管組合塔。
【主權(quán)項】
1. 一種球墨鑄鐵管在輸電用組合塔中的應(yīng)用，所述輸電用組合塔包括主材、輔材和連 結(jié)構(gòu)件;所述主材包括主材管、所述輔材包括輔材管，所述連接構(gòu)件包括管箍和空心球;其 特征在于，所述主材、輔材和連結(jié)構(gòu)件均為尺寸結(jié)構(gòu)相互配合的球墨鑄鐵管。2. 如權(quán)利要求1所述的一種球墨鑄鐵管在輸電用組合塔中的應(yīng)用，其特征在于，所述輸 電用組合塔的實際構(gòu)件控制尺寸通過有限元計算確定:懸垂直線自立式鐵塔為0.3%、耐張 塔及終端自立式鐵塔為〇. 7 %。3. 如權(quán)利要求1所述的一種球墨鑄鐵管在輸電用組合塔中的應(yīng)用，其特征在于，所述輸 電用組合塔采用機械連接方法、冶金連接方法和化學(xué)連接方法相結(jié)合實現(xiàn)連接。4. 如權(quán)利要求3所述的一種球墨鑄鐵管在輸電用組合塔中的應(yīng)用，其特征在于，所述機 械連接方法包括法蘭連接、管箍連接和空心球連接;所述冶金連接方法包括氣體保護焊接 和加熱嵌套;所述化學(xué)連接方法為采用無機粘結(jié)和有機粘結(jié)相結(jié)合的連接方法，其采用的 無機粘結(jié)劑為金屬硅酸鹽粘合劑，其采用的有機粘結(jié)劑為熱固性環(huán)氧樹脂、酚醛樹脂和有 機娃樹脂中的一種。5. 如權(quán)利要求4所述的一種球墨鑄鐵管在輸電用組合塔中的應(yīng)用，其特征在于，所述輸 電用組合塔中主材管之間的連接方法采用機械連接方法、冶金連接方法和化學(xué)連接方法相 結(jié)合方法實現(xiàn)，其中，所述機械連接方法優(yōu)選管箍連接。6. 如權(quán)利要求4所述的一種球墨鑄鐵管在輸電用組合塔中的應(yīng)用，其特征在于，所述輸 電用組合塔中，當(dāng)所述主材管和輔材管的管徑小于等于600mm時，所述主材管和輔材管之間 的連接方法采用空心球連接和氣體保護焊接相結(jié)合的方法實現(xiàn)，空心球由兩個半球通扣連 接和并提供氣體保護焊接補強； 當(dāng)所述主材管和輔材管的管徑大于600_時，所述主材管和輔材管之間采用法蘭連接。7. 如權(quán)利要求1所述的一種球墨鑄鐵管在輸電用組合塔中的應(yīng)用，其特征在于，所述連 接構(gòu)件的抗拉強度大于420MPa。8. 如權(quán)利要求1所述的一種球墨鑄鐵管在輸電用組合塔中的應(yīng)用，其特征在于，所述主 材和輔材的控制參數(shù)包括管徑、壁厚以及誤差范圍；所述主材管的管徑為100-800mm，壁厚 為8_50mm;所述輔材管的管徑為60_300mm，壁厚為6_30mm。9. 如權(quán)利要求1所述的一種球墨鑄鐵管在輸電用組合塔中的應(yīng)用，其特征在于，所述管 箍的長度為300_800mm，管箍的管內(nèi)徑與主材管外徑相匹配，管箍的壁厚為10-60mm，管箍的 底部法蘭直徑為600-1500mm，厚度為30-100mm，厚度的相對誤差為0.1-0.5 %。10. 如權(quán)利要求1所述的一種球墨鑄鐵管在輸電用組合塔中的應(yīng)用，其特征在于，所述 空心球直徑300-1200mm，壁厚為15-70mm，其開孔與主材管和輔材管外徑相匹配;厚度的相 對誤差為0.1-0.5%。
【專利摘要】一種球墨鑄鐵管在輸電用組合塔中的應(yīng)用，所述輸電用組合塔包括主材、輔材和連結(jié)構(gòu)件；所述主材包括主材管、所述輔材包括輔材管，所述連接構(gòu)件包括管箍和空心球；其特征在于，所述主材、輔材和連結(jié)構(gòu)件均為尺寸結(jié)構(gòu)相互配合的球墨鑄鐵管。將現(xiàn)有的輸電用組合塔全部采用球墨鑄鐵材料，在不降低管塔應(yīng)用性能的前提下，成本降低、施工方便，而且提高了管塔整體耐腐蝕性能，從而提高輸變電管組裝塔的服役期限，滿足電力全生命周期要求。
【IPC分類】E04H12/08
【公開號】CN105715092
【申請?zhí)枴緾N201610087870
【發(fā)明人】徐子軍, 金麗勇, 管從勝, 秦敬玉, 于佩, 張維佳, 劉峰, 徐天錫, 曹威海, 陶靜
【申請人】國網(wǎng)山東省電力公司淄博供電公司, 國家電網(wǎng)公司