опора для подвески проводов воздушных линий электропередачи

Формула изобретения

Опора для подвески проводов воздушной линии электропередачи, содержащая свободностоящую, по крайней мере, одну стойку с закрепленными на ней траверсами, высота которой набрана из телескопически соединяемых в стык конусных секций, вставляемых с заданным усилием узкой частью одной секции в широкую часть другой секции, отличающаяся тем, что длина каждого стыка l_стыка соединяемых секций опоры выбирается из соотношения (1,75÷1,85)·d _{стыка секции}, конусность соединяемых секций находится в пределах (0,015÷0,035), при этом усилие N по предварительному обжатию телескопического стыка соединяемых секций рассчитывается по формуле

N=5,0·Q·l_стыка /d_{стыка секции},

где Q - перерезывающая сила в кгс, l_стыка - длина стыка в см, d_{стыка секции} - среднее значение диаметра сечения соединяемых секций в зоне их стыка в см.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области электроэнергетики, а более конкретно к свободностоящим опорам (одностоечным, двухстоечным, портальным и т.п.) оптимальной высоты для подвески проводов воздушных линий электропередачи различных классов напряжений от 35 до 750 кВ.

Известна опора для подвески проводов воздушных линий электропередачи высокого напряжения, представляющая собой стойку с траверсами, заданная высота которой набирается путем телескопического соединения конусных секций многоугольных или круглых в поперечном сечении; при этом стыки соединяемых секций дополнительно усиливаются устройствами, выполненными в виде стальных колец или бандажей [1].

Данное техническое решение имеет существенные недостатки, а именно:

- для того чтобы обеспечить практическую прочность стыков соединяемых секций опоры, равную прочности всего основного тела опоры, в этом варианте указанные стыки усиливаются дополнительными средствами - фланцами, бандажами - что приводит к значительному удорожанию опоры из-за необходимости нести излишний расход дорогостоящего материала (металла), кроме того эстетический вид (дизайн) такой опоры не выдерживает никакой критики;

- длина перекрытия, на которую одна секция опоры заходит в другую при их соединении в одно целое, составляет в рассматриваемой конструкции порядка величины диаметра секции, что недостаточно для обеспечения максимальной прочности стыков даже при использовании дополнительных усиливающих устройств.

Наиболее близким техническим решением по отношению к предложенному является опора для подвески проводов воздушной линии электропередачи, содержащая свободностоящую, по крайней мере, одну стойку с закрепленными на ней траверсами, высота которой набрана из соединяемых в телескопический стык конусных секций, вставляемых с заданным усилием узкой частью одной секции в широкую часть другой секции [2].

Эта опора также имеет недостатки. При телескопическом соединении элементов (секций) опоры в одну единую конструкцию важно достичь необходимой величины прочности стыков (соединений) с тем, чтобы она достигала или даже превышала прочность ствола опоры в этом сечении. В известной конструкции опоры этого не удается достигнуть; в ходе эксплуатации стыки расстраиваются, теряют свою монолитность и, в конце концов, разрушаются. Дело в том, что прочность стыка напрямую зависит от того усилия, с которым соединяемые части стойки опоры соединяются между собой. При недостаточном усилии стягивания возникающие силы трения между секциями не обеспечивают восприятия сил сдвига по боковым граням при работе стойки опоры на изгиб; при этом при чрезмерных усилиях стягивания возникают пластические деформации, приводящие к разрушению стыка. Это усилие практически при изготовлении или сборке опоры достигается посредством специальных приспособлений, (например, талрепов, винтовых стяжек, гидродомкратов и т.п.). Необходимо соединяемые части (секции) стянуть до такого предварительного напряжения металла, чтобы, в конечном счете стыкуемые элементы за счет сил трения по боковым поверхностям секций представляли собой одно целое и работали как монолитная единая конструкция. Оптимальная величина стяжки стыкуемых частей зависит от многих параметров, в частности, таких как диаметр, толщина стенки листа стыкуемых секций, их конусность (сбег), предел текучести выбранного материала и других; в рассматриваемом известном решении, например, конусность соединяемых частей опоры выбрана фиксированной величины и равна 0.0239, что явно недостаточно и не охватывает широкий практический диапазон всех конкретных случаев установки свободностоящих опор воздушных линий электропередачи различных классов напряжений. Поэтому эта опора не может быть оставлена в длительной эксплуатации и должна быть через определенное время заменена на новую опору.

Для секций с толщиной стенки листа до 4 мм оптимальная величина конусности составляет 0,015÷0,019, а для стенок толщиной от 4 до 6 мм конусность равна 0,0191÷0,03, для стенок толщиной более 6 мм конусность должна быть 0,03. В результате проблема прочности стыков опор для данного варианта не снимается с повестки дня.

Заявителем и авторами поставлена насущная задача разработать принципиальную конструкцию металлической унифицированной быстромонтируемой опоры, которая может, например, успешно применяться для ликвидации аварий на воздушных линиях электропередачи 35÷750 кВ (при авариях на воздушных линиях, связанных с повреждением опор).

Планируемый результат достигается заявителем в новом техническом решении за счет совокупности существенных конструктивных признаков, а именно: «опора для подвески проводов воздушной линии электропередачи, содержащая свободностоящую, по крайней мере, одну стойку с закрепленными на ней траверсами, высота которой набрана из телескопически соединяемых в стык конусных секций, вставляемых с заданным усилием узкой частью одной секции в широкую часть другой секции; длина стыка l_стыка каждого стыка соединяемых секций опоры выбирается из соотношения (1.75÷1,85)×d _{стыка секции}, конусность соединяемых секций находится в пределах (0,015÷0,035), при этом усилие N по предварительному обжатию телескопического стыка соединяемых секций рассчитывается по формуле N=5,0×Q×l_стыка/d _{стыка секции}, где Q - перерезывающая сила в кгс, l _стыка - длина стыка в см, d_{стыка секции} , - среднее значение диаметра сечения соединяемых секций в зоне их стыка в см.

Существо изобретения поясняется чертежами, на которых на фиг.1 - общий вид стойки опоры, выполненной согласно настоящему изобретению; на фиг.2 - общий вид одной отдельной секции, из которых набирается полная высота стойки опоры на фиг.1; на фиг.3 - разрез по стрелкам 1-1 на фиг.2; на фиг.4 - развертка секции на фиг.2; на фиг.5 - общий вид одностоечной опоры на фиг.1; на фиг.6 - схема монтажа двух секций в многогранный модуль, из которых собирается стойка опоры.

Предлагаемая стойка 1 опоры состоит из нескольких (например, пяти) секций 2, собираемых в многогранные модули, из которых монтируются свободностоящие одностоечные 3, двухстоечные и портальные (не показаны) металлические опоры различной высоты. Траверсы 4 для этих опор 3 выполняются и монтируются аналогично тому, как они выполняются и монтируются для широко известных унифицированных, например, железобетонных опор. Секции 2, из которых собирается стойка 1 опоры 3, выполняются конусной формы с многогранником в своем поперечном сечении (например, десять граней 5, смотри фиг.3), и они в процессе монтажа стойки 1 опоры 3 с расчетным и экспериментально подобранным усилием вставляются одна в другую до достижения стойкой 1 опоры 3 заданной высоты, при этом стойка 1 опоры 3 собирается в результате с постоянной конусностью. Фундаментная часть таких опор 1 может, например, выполняться в виде железобетонной центрифугированной цилиндрической стойки с конусом в верхней части и имеет два - три типоразмера в зависимости от диаметра стыкуемых секций.

Равнопрочность телескопических стыков с несущей способностью стоек 1 опор 3 в предложенном варианте достигается за счет оптимального выбора таких параметров, как длина стыка l_стыка и конусность или сбег - отношение диаметра D ¹ широкой части секции 2¹ к диаметру d² узкой части секции 2 ² на длине стыка l_стыка соединяемых секций 2 стойки 1 опоры 3 (смотри фиг.6). При этом расчетное усилие N по предварительному обжатию телескопического стыка соединяемых секций 2 рассчитывается по следующей формуле: N=5,0×Q×l _стыка/d_{стыка секции}, где Q - перерезывающая сила в кгс, l_стыка - длина стыка в см, d_{стыка секции}, - среднее значение диаметра сечения соединяемых секций в зоне их стыка в см; в каждом конкретном случае усилие N определяется в зависимости от длины и диаметра стыка, а также от величины расчетной перерезывающей силы. Оптимальное значение длины стыка соединяемых секций выбирается из следующего соотношения: l_стыка=(1,75÷1,85)×d _{стыка секции}, а конусность соединяемых секций находится в пределах (0,015-0,035).

Стойки 1 свободностоящих опор 3 собираются из отдельных секций 2 многогранного модуля. Траверсы 4 для этих опор 3 могут выполняться из уголкового профиля и круглой стали и закрепляются на стойке 1 шарнирно, например, при помощи сквозного болта (шкворня) или хомутов (не показаны).

Соединение секции 2 можно выполнять как в горизонтальном, так и вертикальном положении. При горизонтальном положении одна секция 2 ¹ стойки 1 фиксируется на подкладках, а другая секция 2 ^' стойки 1 вывешивается краном. С помощью продольного усилия, создаваемого краном, секция 2² вводится в смежную секцию 2¹ (смотри фиг, 6). Затем устанавливаются упоры 6 и при помощи двух гидравлических домкратов 7, приводимых в действие от насосной станции 8, производится стяжка секций 2 с использованием промежуточных звеньев 9, закрепляемых на соединяемых секциях 2 посредством сквозных болтов 10. Усилия стяжки по каждому домкрату и перемещения в стыках должны быть не меньше значений, приведенных в следующей таблице:

Минимальное перемещение в стыке в мм	Минимальное усилие по домкрату в кгс	Максимальное усилие по домкрату в кгс
65	14000	18000
80	16000	19500
95	18000	21000

Применение предложенной конструкции опоры на основе унифицированной стойки, монтируемой путем телескопического соединения конусных секций, позволит:

- обеспечить существенное увеличение эксплуатационной надежности опор такого класса за счет повышения механической прочности стыков соединяемых телескопических секций, из которых набирается заданная высота опоры (прочность стыков в данном конструктивном варианте равна или даже выше механической прочности самой опоры за счет предварительного обжатия, поскольку стыки являются единым монолитным узлом со всей конструкцией опоры);

- существенно сократить время на ремонтно-восстановительные работы на воздушных линиях электропередачи, так как такие опоры легко доставляются и собираются из готовых секций прямо на месте замены поврежденных опор и не требуют сооружения дорогостоящих фундаментов;

- исключить затраты, связанные с временной установкой опор, поскольку заявленные опоры рассчитываются на полную нагрузку и устанавливаются в постоянную эксплуатацию;

- обеспечить сокращение площади складов номенклатурного объема аварийного резерва опор для воздушных линий электропередачи напряжением 35÷750 кВ в любой энергосистеме, так как из таких телескопически соединяемых секций может быть получена опора любой конфигурации взамен существующей.

Источники информации

1. Патент США №3865498, класс 403/292 (Е04Н 12/08), опубликован 16 июня 1975 г.

2. Патент США №3270480, класс 52-726 (Е04Н 12/08), опубликован 06 сентября 1966 г.