苏通GIL综合管廊工程用复式拉杆伸缩节

㊀2021年㊀第3期
Pipeline㊀Technique㊀and㊀Equipment
2021㊀No 3㊀
收稿日期:2021-01-28
苏通GIL综合管廊工程用复式拉杆伸缩
解玉才1,李㊀秋2,吴㊀娟1,张敬三1,温建平1,李洪伟3
(1.山东电工电气日立高压开关有限公司,山东济南㊀250300;
2.沈阳汇博热能设备有限公司,辽宁沈阳㊀110168;3.沈阳国仪检测技术有限公司,辽宁沈阳㊀110043)
㊀㊀摘要:苏通GIL综合管廊工程中应用了力平衡伸缩节㊁铰链型伸缩节及复式拉杆伸缩节,用以补偿各个方向的热伸缩及沉降位移㊂作为输电设备的关键部件,伸缩节影响设备的安全㊁可靠运行㊂文中介绍了复式拉杆伸缩节的结构设计,法兰㊁拉杆㊁中间管的校核计算,制造关键点控制以及疲劳寿命
验,尤其对疲劳寿命试验中的分阶段试验做了较详细的说明㊂复式拉杆伸缩节在管廊中的应用,可为类似工程提供参考㊂
关键词:管廊;波纹管;伸缩节;疲劳寿命
中图分类号:TH703㊀㊀㊀文献标识码:A㊀㊀㊀文章编号:1004-9614(2021)03-0042-04
UniversalTiedExpansionJiontinSutongGILUtilityTunnelProject
XIEYu⁃cai1,LIQiu2,WUJuan1,ZHANGJing⁃san1,WENJian⁃ping1,LIHong⁃wei3
(1.SDEEHitachiHigh⁃VoltageSwitchgearCo.,LTD,Jinan250300,China;
2.ShenyangHuiBoHeatEnergyEquipmentCO.,LTD.,Shenyang110168,China;3.GuoyiTestingTechnology(Shenyang)Co.,Ltd.,Shenyang110043,China)
Abstract:Forcebalancedexpansionjoints,hingedexpansionjointsanduniversaltiedexpansionjointswereusedtocom⁃pensatethethermalexpansionandsettlementdisplacementinalldirectionsintheSutongGILutilitytunnelproject.Asakeypartoftransmissionequipment,expansionjointaffectedthesafetyandreliablityoftheequipment.Thispaperintroducedthestructuraldesignoftheuniversaltiedexpansionjoint,thecheckingcalculationoftheflanges,tierodsandmiddlepressurepipes,thecontrolofthemanufacturingkeypointsandthefatiguelifetest.Especiallythestagetestinthefatiguelifetestwasexplainedindetail.Theapplicationofuniversaltiedexpansionjointinthetunnelcanbeusedasareferenceforsimilarpro⁃jects.
Keywords:tunnel;bellows;expansionjoint;fatiguelife
0㊀引言
苏通GIL综合管廊工程电压等级为1000kV㊁输送容量6980万kW㊁管廊内部线路总长34.2km㊂[1-2]气体绝缘金属封闭输电线路(GIL),与传统架空输电线路相比,具有传输容量大㊁损耗小,不受环境影响㊁运行可靠性高㊁节省占地等优点㊂
GIL输电系统主要由感放装置㊁导体㊁绝缘子㊁外
壳㊁伸缩节构成㊂[2-3]伸缩节作为其中的关键部件,作用是在安装时补偿设备的安装偏差,充气运行后,补
偿设备因内外部温度变化引起的热位移㊂根据苏通管廊的地形条件,管线总体上分为4段布置:管廊内部采用力平衡伸缩节,补偿管线的轴向位移;管廊端部与竖井段采用复式拉杆伸缩节,通过伸缩节的横向位移补偿管线的基础沉降;竖井段与地面部分的连接采用铰链型伸缩节;地面部分与接引站采用力平衡伸缩节㊂
本文介绍复式拉杆伸缩节的结构设计,法兰㊁拉杆㊁中间管的校核计算,制造关键点控制以及疲劳寿命试验,尤其对疲劳寿命试验中的分阶段试验做了较详细的说明㊂
㊀㊀
㊀第3期解玉才等:苏通GIL综合管廊工程用复式拉杆伸缩节
43㊀㊀
1㊀复式拉杆伸缩节的结构设计与校核计算1.1㊀结构设计
复式拉杆伸缩节的设计输入参数为:内径880mm,设计压力0.60MPa,总长度1200mm,法兰外径
1250mm㊂复式拉杆伸缩节结构示意图见图1㊂伸缩节各零件材质:波纹管为022Cr19Ni10,法兰㊁拉杆㊁中间管为
06Cr19Ni10㊂
图1㊀复式拉杆伸缩节结构示意图
1.2㊀基于输入参数的零部件校核计算
膨润土防水垫伸缩节位移参数㊁设计压力及疲劳寿命参数,见表1㊂
表1㊀伸缩节位移㊁设计压力及疲劳寿命参数
位移类型轴向位移/mm横向位移/mm设计压力/MPa疲劳寿命/次温度㊀0ʃ300.615000
拆卸-180
0015地震0ʃ300.615安装
ʃ15
ʃ5
15
1.2.1㊀波纹管波形参数
复式拉杆伸缩节的波纹管波形参数与该工程力
平衡伸缩节工作波纹管一致:波高40mm,波距45mm,单层0.5mm,7层结构㊂由于采用复式结构,总长度已经给定,经过对比计算,使用5波+5波的参数配置,温度补偿时主要性能指标见表2㊂
表2㊀温度补偿时主要性能指标
轴向刚度
/(N㊃mm-1)横向刚度
/(N㊃mm-1)
许用疲劳寿命/次柱失稳极限内压/MPa平面失稳极限内压/MPa284
187
210857
0.68
1.39
1.2.2㊀法兰校核计算
复式拉杆伸缩节法兰的校核计算采用GB/T
12777 2019[4]中附录C.19㊁C.20端板的计算公式:
σ=48FL/(nπdδ2j)ɤ1.5[σ]
(1)τ=12F/(nπdδj)ɤ0.8[σ]t
(2)
式中:σ为正应力,MPa;τ为剪应力,MPa;[σ]t为设计温度下材料的许用应力,[σ]t=137MPa;F为波纹管压力推力,F=402000N;L为法兰上拉杆孔中心到波纹管直边段外壁的距离,L=141.5mm;n为拉杆孔数量,n=8;d为波纹管直边段外径,d=887
mm;δj为法兰厚度,δj=40mm㊂
将式(1)㊁式(2)中的各参数值带入,得出法兰正
应力σ=76.55MPa,剪应力τ=5.41MPa,满足判定条件,校核合格㊂1.2.3㊀拉杆校核计算
拉杆的校核计算采用GB/T12777 2019[4]中附
录C.18的计算公式:
σ=F/(nA)ɤ[σ]
(3)
式中:A为拉杆有效截面积,M36拉杆有效面积数值为787.74mm2;n为拉杆数量,n=8;[σ]为拉杆材料的许用应力,[σ]=137MPa㊂
将式(3)中的各参数值带入,得出拉杆正应力σ=63.79MPa,满足判定条件,校核合格㊂
荧光纤维
1.2.4㊀中间管校核计算中间管的校核计算采用GB150.3 2011[5]中计
算公式3-3:
σt=p(Di+δe)/(2δe)ɤ[σ]tφ
(4)
式中:σt为设计温度下中间管的计算应力,MPa;p为设计压力,p=0.6MPa;Di为中间管的内径,Di=880mm;δe为中间管的有效厚度,δe=10mm;φ为焊接接头系数,按设计要求为对接全焊透,并进行100%射线检测,依据GB150.1 2011[6]4.5.2规定取1.0㊂将式(4)中的各参数值带入,得出中间管正应力σt=26.7MPa,满足判定条件,校核合格㊂
复式拉杆伸缩节的受力结构件校核满足GB/T
12777 2019[4]要求,校核合格㊂
2㊀复式拉杆伸缩节制造关键点控制
伸缩节制造过程需要着重控制2个关键点:中间
㊀㊀
㊀44
㊀PipelineTechniqueandEquipment
May 2021㊀
管加工中圆度;两端法兰螺栓安装孔位置度㊂
2.1㊀中间管加工与检验
中间管圆度㊁厚度均匀性的控制,是后步工序中与波纹管㊁法兰高质量装配的基础,对中间管加工质量的控制尤为重要㊂
中间管属于柔性回转体,直径较大㊁壁厚较薄,加工中不易控制圆度㊂经过工艺优化,中间管采用单面抛光板卷制制造[7],并用专用工装[8]装夹进行机加工㊂
中间管卷制校圆后,最大㊁最小直径差不大于3mm,机加工后的中间管最大㊁最小壁厚差不大于1
mm烟盒工艺品
[7]
,能够满足装配的要求㊂
2.2㊀两端法兰螺栓安装孔位置度控制
复式拉杆伸缩节长度较大,整体横向刚度较小,两端法兰安装孔的同轴度不易控制㊂在整体组装过程中,设计了专用组对工装,保证了两端法兰的安装孔位置度要求,满足伸缩节的技术要求㊂3㊀疲劳寿命试验
复式拉杆伸缩节大部分的型式检验项目与其他常规GIS(气体绝缘全封闭组合电器)用伸缩节产品基本一致,最大的差异为疲劳寿命试验考核方式㊂
伸缩节的横向位移未使用以往的等效轴向位移
[9]
方式进行,为模拟现场工况,设计了 L 形的专用
工装㊂伸缩节轴线水平放置,一端法兰与L形工装固定,另一端法兰与疲劳试验机通过工装连接,疲劳试验机进行竖直方向往复位移,带动伸缩节进行横向疲劳寿命试验㊂复式拉杆伸缩节疲劳寿命试验姿态图见图
2㊂
图2㊀复式拉杆伸缩节疲劳寿命试验姿态图
疲劳寿命试验按表1位移参数分为3个阶段,将疲劳寿命次数三等分,分配到每个阶段中㊂每个阶段的轴向㊁横向初始位置设置不同,设置依据为安装位移及温度位移的最大位置㊂每个阶段结束后测试伸缩节的气密性,合格后进行下一个阶段的试验㊂表3是第1阶段疲劳寿命试验参数表,轴向初始位置均设置为伸缩节压缩状态,横向初始位置为伸缩节轴线所在水平面向下方向㊂
表3㊀第1阶段疲劳寿命试验参数表
位移类型
设计位移/mm试验位移/mm初始位置/mm试验压力/MPa疲劳次数
温度
X=0Y=ʃ30X=0Y=ʃ30X=-15Y=-50.60
5000
地震
X=0Y=ʃ30X=0Y=ʃ30X=-15Y=-350.6067安装
X=ʃ15Y=ʃ5X=ʃ15Y=0X=0Y=-50
拆卸
X=-180Y=0
X=-180Y=0
X=-15Y=-5
05
㊀㊀第2阶段疲劳寿命试验,轴向初始位置均设置为伸缩节原长状态,横向初始位置与伸缩节轴线所在水
平面重合,具体试验参数见表4㊂
表4㊀第2阶段疲劳寿命试验参数表
铱-192位移类型
设计位移/mm试验位移/mm初始位置/mm试验压力/MPa疲劳次数
温度
X=0Y=ʃ30X=0Y=ʃ30X=0Y=00.60
5000
地震
X=0Y=ʃ30X=0Y=ʃ30X=0Y=00.6067安装
X=ʃ15Y=ʃ5X=ʃ15Y=0X=0Y=00
拆卸
X=-180Y=0
X=-180Y=0
X=0Y=0
05
㊀㊀第3阶段疲劳寿命试验,轴向㊁横向初始位置设置
与第1阶段的数值相同,方向相反,见表5㊂
㊀㊀㊀㊀㊀第3期解玉才等:苏通GIL综合管廊工程用复式拉杆伸缩节45㊀㊀表5㊀第3阶段疲劳寿命试验参数表
位移类型设计
位移
/mm
半轴螺栓试验
位移
/mm
初始
位置
/mm
试验
压力
/MPa
疲劳
次数
温度
X=0
Y=ʃ30
X=0
Y=ʃ30
X=+15
Y=+5
0.605000
地震
X=0
Y=ʃ30
X=0
Y=ʃ30
X=+15
Y=+35
0.6067
安装X=ʃ15
Y=ʃ5
X=ʃ15
Y=0
X=0
Y=+5
05
拆卸X=-180
Y=0
X=-180
Y=0
X=+15
Y=+5
05
㊀㊀在按表3 表5完成3个阶段的疲劳寿命试验后,为验证伸缩节的疲劳寿命裕度,又进行了温度位移Y=ʃ30mm的15000次疲劳寿命试验及气密性试验㊂伸缩节总计进行了3万余次的疲劳寿命试验,未发生疲劳破坏㊂
4㊀结束语
苏通GIL综合管廊工程用复式拉杆伸缩节,基本结构㊁设计计算与常规GIS用伸缩节差别不大,但其质量控制及外观要求较严格㊂型式检验中,设置不同初始位置的分阶段疲劳寿命试验,在行业内
实施,与实际工况拟合度较高㊂伸缩节在工程中已经应用1a以上,运行稳定,整体性能符合实际工况的要求,可作为今后类似工程应用的参考㊂参考文献:
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[5]㊀国家质量监督检验检疫总局.压力容器:第3部分设计:GB150.3 2011[S].
北京:中国标准出版社,2012:93-94.[6]㊀国家质量监督检验检疫总局.压力容器:第1部分通用要求:GB150.1 2011[S].北京:中国标准出版社,2012:13.[7]㊀刘佳宁,刘红禹,铁强,等.苏通GIL综合管廊工程用金属波纹管膨胀节制造技术研究[J].管道技术与设备,2020
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[8]㊀孙志涛,王玉,孙成华,等.一种带有加工卡具的柔性回转体:ZL201921319170.0[P].2020-05-01.
[9]㊀国家质量监督检验检疫总局.高压组合电器用金属波纹管补偿器:GB/T30092 2013[S].北京:中国标准出版
社,2014:13;19.
作者简介:解玉才(1978 ),工程师,从事气体绝缘金属封闭式组合电器设计研发工作㊂
E⁃mail:xie-yucai@lnaeps.com
(上接第37页)
垂直管道内运行时,检测器运行速度与速度控制泄流装置开启泄流面积间的关系㊂
参考文献:
[1]㊀刘海潇,何利民,陈建恒,等.管道清管器运行速度控制技术研究进展[J].化工进展,2020,39(6):2327-2335.[2]㊀石油工业油气储运专业标准化技术委员会.油气管道内检测技术规范:SY/T6597 2014[S].北京:石油工业出
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[3]㊀石油工业油气储运专业标准化技术委员会.天然气管道运行规范:SY/T5922 2012[S].北京:石油工业出版社,2012:1-3.[4]㊀臧延旭,张元,倘向阳,等.油气管道裂纹检测器探头机构[J].管道技术与设备,2015(6):16-18.
[5]㊀CHENJH,LUOXM,ZHANGHL,etal.Experimentalstudyonmovementcharacteristicsofbypasspig[J].Journal
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[10]㊀LIANGZ,HEHG,CAIWL.SpeedsimulationofbypassholePIGwithabrakeunitinliquidpipe[J].Journ
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NaturalGasScienceandEngineering,2017,42:40-47.作者简介:臧延旭(1983 ),博士研究生,讲师,主要从事管道检测技术研究和管道检测器的开发研制工作㊂
E⁃mail:zangyanxu@126 com

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