CN102830020A - 一种特高压瓷套管连接弯曲刚度测试装置及安装测试方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种特高压瓷套管连接弯曲刚度测试装置及其安装测试方法，装置可以准确的测量特高压电气设备法兰胶装部位的弯曲刚度，解决了由于理论计算误差较大，给特高压电气设备的安全稳定运行带来的问题。测试装置包括锚固系统、支撑系统、加载系统和测量系统，锚固系统用以固定特高压瓷套管，支撑系统用来支撑加载系统，加载系统用来给特高压瓷套管施加力，测量系统用来测量特高压瓷套管部位的相对转角。本发明装置可以准确的测量法兰胶装部位的弯曲刚度，还可测量瓷套管的变形量，可以检验瓷套管的强度，测量装置稳定性高，能够保证试验数据的重复性，且装置维护成本低，易于操作，测试方法简单，结果可靠。

Description

一种特高压瓷套管连接弯曲刚度测试装置及安装测试方法

技术领域

本发明属于试验装置领域，具体涉及一种特高压瓷套管连接弯曲刚度测试装置及安装测试方法。

背景技术

我国电力设施抗震设计规范将法兰连接作为弹性连接处理，要求法兰的弯曲刚度，当法兰与瓷套管胶装时，其抗弯刚度为：

$K_c=\mathrm{\β}\×d_c\×h_c^2/t_e---\left(1\right)$

公式(1)中，d_c是瓷套管胶装部位外径(m)；h_c是瓷套管与法兰胶装高度(m)；t_e为法兰与瓷套管之间的胶装厚度(m)，β为抗弯刚度计算系数，其值为β＝6.54×10⁷。

该公式物理概念虽然比较清晰，基本能反映高压电气设备法兰-瓷套管连接部位的力学特点，但特高压电气设备瓷套管胶装部位外径、瓷套管与法兰胶装高度、以及法兰与瓷套管之间的间隙距离与普通高压电气设备的这些参数差异很大，导致特高压电气设备法兰胶装部位的弯曲刚度与理论计算值差异较大。为了得到特高压电气设备瓷套管-法兰连接的精确抗弯刚度，需要对特高压电气设备法兰胶装部位的弯曲刚度进行测试，为此，需要研制一套能够准确测量瓷套管-法兰胶状部位弯曲刚度的试验装置。

发明内容

本发明目的在于设计了一套测试特高压电气设备法兰胶装部位的弯曲刚度的试验装置，装置可以准确的测量特高压电气设备法兰胶装部位的弯曲刚度，解决了由于理论计算误差较大，给特高压电气设备的安全稳定运行带来的问题。

为实现上述发明目的，本发明采取的技术方案为：

一种特高压瓷套管连接弯曲刚度测试装置，所述测试装置包括锚固系统、支撑系统、加载系统和测量系统，其改进之处在于：

所述锚固系统包括位于地面向地面下方凹出的地槽、与地面平行放置的锚固板，锚杆和锚固螺栓；

所述支撑系统包括II型支撑框架和一字型支撑主梁；

所述加载系统包括固定于所述支撑主梁上的加载支架，一端连接瓷套管顶端通过加载支架得到支撑的钢丝绳，连接于所述钢丝绳另一端的秤盘，和加载块；

所述测量系统包括电子吊秤和千分表。

本发明的另一优选技术方案为：锚固板的表面为矩形，所述矩形四个直角处分别设置供所述锚杆穿过的锚孔；所述锚杆的下端设有锤形卡块，所述卡块与所述地槽配合使用。

本发明的再一优选技术方案为：所述II型支撑框架沿中心轴呈左右对称结构，所述支撑框架包括平行设置的框架柱、连接所述框架柱的框架梁，和位于所述框架柱底部的加劲肋；所述支撑主梁的两端分别通过垫梁和丝杠固定于II型支撑框架中心轴线位置框架梁的下表面处。

本发明的又一优选技术方案为：所述加载支架包括与所述支撑主梁垂直连接的长丝杠，通过螺纹方式固定于所述长丝杠上的角钢，所述角钢呈

型布置，两角钢之间设有定滑轮，所述定滑轮通过短丝杠与所述角钢连接。

本发明的再一优选技术方案为：所述定滑轮的高度可随角钢在长丝杠上的位置变化而变化。

本发明的再一优选技术方案为：所述加载支架通过所述定滑轮支撑钢丝绳。

一种如权利要求1所述测试装置的安装方法，其改进之处在于所述安装方法包括如下步骤：

步骤一：锚固系统的安装

将锚杆锤形卡块的短向放入地槽中，再将其转向90°；

将下锚固板和上锚固板依次放置，锚固板之间用垫铁填实，通过锚固螺栓拧紧锚杆使锚固板锚固于地面；

步骤二：支撑系统的安装

将两支撑框架平行放置且固定于地面，支撑主梁的两端分别锚固于两支撑框架的中心轴线位置框架梁的下表面处；

步骤三：加载系统的安装

将四根长丝杠成四边形布置垂直固定于所述支撑主梁上；

角钢开有两个孔洞的边翼缘通过螺纹方式固定于所述长丝杠上，两个角钢成

型布置；

将定滑轮通过短丝杠固定于两个角钢中间位置；

钢丝绳一端连接瓷套管的顶部，另一端通过定滑轮连接秤盘，瓷套管与定滑轮之间的钢丝绳与地面平行；通过调整放入秤盘中加载块的重量调节对瓷套管的加载力；

步骤四：测量系统的安装

电子吊秤安装于瓷套管和定滑轮之间的钢丝绳中间，用于测量加载力；

千分表安装于需要测量转角的瓷套管上，用于测量瓷套管转角。

一种利用如权利要求1所述测试装置的测试特高压瓷套管弯曲刚度的方法，其改进之处在于所述方法包括如下步骤：

1)弯曲矩M计算

M＝P·L    (1)

式中：

M-瓷套与法兰连接处的弯矩；

P-加载重量，通过电子吊秤直接读取，单位N；

L-瓷套顶部到法兰连接部位的距离；

2)转角θ计算

$\mathrm{\θ}=\frac{\mathrm{\Δu}}{H}=\frac{u_1-{\mathrm{\μ}}_2}{H}---\left(2\right)$

式中：

u₁-法兰盘顶部的位移；

u₂-法兰盘底部的位移；

Δu-法兰盘顶部的位移与底部的位移的差值；

H-瓷套与法兰连接处胶装部位的高度；

3)瓷套与法兰连接弯曲刚度K_c计算

$K_c^{\′}=\frac{M}{\mathrm{\θ}}=\frac{P\·L}{\mathrm{\θ}}---\left(3\right)$

由于采用了上述技术方案，与现有技术相比，本发明的有益效果包括：

1)本发明测量装置可以精确的测量法兰的胶装部位的弯曲刚度

测量装置包括锚固系统、支撑系统、加载系统和测量系统，装置可以准确的测量法兰胶装部位的弯曲刚度；

2)测量装置可以测量瓷套管的变形量，可以检验瓷套管的强度；

3)测量装置稳定性高，能够保证试验数据的重复性，且装置维护成本低，易于操作；

4)本发明的测试方法简单，结果可靠。

附图说明

下面结合附图对本发明进一步说明。

图1是测试装置整体示意图；

图2是测试装置侧视图；

图3是测试装置侧视图A-A截面图；

图4是测试装置侧视图B-B截面图；

图5是锚固装置结构示意图；

图6是支撑系统结构示意图；

图7是加载系统结构示意图；

图8是测量系统结构示意图；

图9是上锚固板结构示意图；

图10是下锚固板结构示意图；

图11是锚杆主视图；

图12是锚杆俯视图；

图13是角钢主视图；

图14是角钢仰视图；

图15是定滑轮主视图；

图16是定滑轮左视图；

图17是长丝杠主视图；

图18是长丝杠俯视图；

图19是短丝杠结构示意图；

图20是法兰盘弯曲刚度的测量原理图；

图21测试装置安装顺序流程图；

图22是锚固槽俯视图；

图23是锚固槽剖面示意图；

附图标记：

1-上锚固板，2-下锚固板，3-锚杆，4-锚固螺栓，5-支撑主梁，6-支撑框架，7-加载支架，8-电子吊秤，9-加载块，10-钢丝绳，11-秤盘，12-千分表，13-地槽，14-瓷套管，15-角钢，16-长丝杠，17-短丝杠，18-定滑轮，19-卡块，20-框架柱，21-加劲肋，22-框架梁，23-垫梁，24-垫铁。

具体实施方式

下面结合实例对本发明进行详细的说明。

特高压电气设备瓷套管胶装部位外径、瓷套管与法兰胶装高度、以及法兰与瓷套管之间的间隙距离与普通高压电气设备的这些参数差异很大，导致特高压电气设备法兰胶装部位的弯曲刚度与理论计算值差异较大。为了测出特高压弯曲抗弯刚度，本发明专利特高压瓷套管法兰连接装置，如附图1-2所示，该装置分别由四个系统组成：分别是锚固系统、支撑系统、加载系统、和测量系统。锚固系统用以固定特高压瓷套管，锚固系统由锚固板1、2、锚杆3和锚固螺栓4组成，如图5锚固装置结构示意图所示；支撑系统用来支撑加载系统，由支撑框架6和支撑主梁5组成，如图6支撑系统结构示意图所示；加载系统用来给特高压瓷套管施加力，由加载支架7、电子吊称8、加载块9、钢丝绳10和秤盘11组成，加载系统具体结构示意图如图7所示；测量系统用来测量特高压瓷套管部位的相对转角，主要由千分表12组成，如图8测量系统结构示意图所示。

实施例1：测量装置的设计

特高压电气设备法兰胶装部位的弯曲刚度测试试验装置由四个系统组成：分别是锚固系统、支撑系统、加载系统、和测量系统。

锚固系统用以固定特高压瓷套管，锚固装置组成如附图5所示，这个系统由上锚固板1，下锚固板2，地槽13，锚杆3和锚固螺栓4组成。上锚固板1锚孔分布示意图如附图9所示，下锚固板2锚孔分布示意图如附图10所示，锚固板1和锚固板2有两种类型的锚孔，供不同的特高压瓷套管锚固，即在锚固之前，将特高压瓷套管14的锚固孔和锚固板的锚固孔进行对比，将锚固孔与陶瓷管14锚固孔相配合的锚固板放于另一锚固板的上方，做锚固陶瓷管14之用。锚固板1、2的表面为矩形，在锚固板的四个直角位置处分布4个Φ60锚孔，锚孔可以将锚杆3穿过上锚固板1、2中，将锚固板固定在地槽13内。锚杆3下端有一个锤形的卡块19，如图11锚杆主视图所示，地槽13的结构示意图如附图22和附图23所述，附图22为地槽13的俯视图，附图23为地槽13的剖面图，地槽13与锚杆3的形状配合设计。安装时先将锚杆3的锤形卡块19的短向放入地槽13中，再将卡块19在水平面内转向90度，如附图12所示，使卡块19卡紧在地槽13内，最后拧紧锚杆3上端的锚固螺栓4将锚杆3锚固在地槽13上。锚固板1和2上的锚固小孔，是用来固定特高压瓷套管14用的，通过锚固螺栓4将特高压瓷套管14锚固在锚固板1或2上。

加载系统主要由加载支架7、钢丝绳10、加载块9和秤盘11组成；其中加载支架7由角钢15、长丝杠16、短丝杠17和定滑轮18组成，定滑轮18的位置可根据瓷套管的高度来确定。角钢15的结构如附图13和14所示，角钢15的中部设有一个孔洞，孔洞用于定滑轮18的短丝杠17穿过；而角钢15的另一边翼缘的边上开有两个孔洞用以穿过长丝杠16。定滑轮18中间的孔洞要和角钢15翼缘中间的孔洞的尺寸保持一致。短丝杠17穿过角钢15的孔洞中，将角钢15及其定滑轮18系统固定在长丝杠16上，长丝杠16则通过锚固螺栓4固定在支撑主梁5上。角钢15和短丝杠17的主要作用是固定定滑轮18，长丝杠16的主要作用是固定角钢15，同时可以根据瓷套管14的高度来调节定滑轮18的位置，支撑主梁5的作用是固定长丝杠16，支撑框架6的作用是固定支撑主梁5。

支撑系统用来固定加载系统，由∏型支撑框架6和支撑主梁5的设计如附图6所示，支撑框架6的作用是固定支撑主梁5。∏型支撑框架6为中心轴对称结构，沿中心轴线呈左右对称结构，所述支撑框架6包括框架柱20和框架梁22，所述框架柱20与地面接触部位设有加劲肋21，以使得支撑框架6更牢固的固定于地面。；支撑主梁5为一字型结构。支撑系统包括2个平行设置的II型支撑框架6，两支撑框架6之间的距离小于一字型支撑主梁5的长度。支撑主梁5的两端分别固定于支撑框架6的中心轴线位置支撑框架6的下表面，支撑主梁5通过垫梁23、丝杠和锚固螺栓4锚固在支撑框架6上，锚固时，丝杠的两端均用锚固螺栓4对支撑主梁5进行紧固，而加载系统则通过丝杠将系统锚固在支撑主梁5上。

测量系统由电子吊秤8和千分表12组成，电子吊秤8用来测量加载的重量，千分表12用来测量特高压瓷套管部位的相对转角θ。电子吊秤8位于瓷套管14与加载支架7之间的钢丝绳10上，具体安装方式为：瓷套管14顶端与电子吊秤8之间采用回形钢丝绳10连接，电子吊秤8与秤盘11之间也通过回形钢丝绳10连接。瓷套管14顶端与加载支架7之间的钢丝绳10平行于地面，加载支架7与秤盘11之间的钢丝绳10垂直于地面，千分表12位于瓷套管14的胶装处，用于测量瓷套管14的转角。

实施例2：试验装置的安装方法

整个试验装置的安装顺序如下，具体安装流程图如附图21所示：

(1)锚固系统的安装

首先用锚杆3和地槽13将上下两块锚固板1和2锚固在地面上，然后用锚固螺栓4将瓷套管锚固在上锚固板1或2上，同时为了防止上锚固板1和下锚固板2在加载过程中发生侧移，在上下两块锚固板之间用垫铁24添实，并用锚固螺栓4拧紧锚杆3使上锚固板1和下锚固板2夹紧铁块。

锚固板1和2有两种不同形式的锚固孔，上锚固板1和下锚固板2可以调换上下位置，将具有不同锚固孔的瓷套管14锚固在锚固系统上，

(2)支撑和加载系统的安装

支撑系统的安装：将支撑框架6平行放置并锚固于地面，支撑主梁5通过垫梁23、丝杠和锚固螺栓4锚固于框架梁22的中心处框架梁22的下表面，支撑主梁5与框架梁22垂直设置。

加载系统的安装：从支撑主梁5的孔中穿过长丝杠16并用螺栓将加载系统锚固在支撑主梁5上；最后将短丝杠17穿过定滑轮18和角钢15，并通过螺栓将定滑轮18锚固在角钢15上。

(3)测量系统的安装

首先将千分表12安装在要测量的部位上，再用钢丝绳10一端连接瓷套管的顶部，而另一端穿过定滑轮18连接在秤盘10上，其中电子吊秤8设置于瓷套管14顶端和定滑轮18之间的钢丝绳10上。

实施例3：特高压瓷套管连接弯曲刚度的测量

特高压瓷套管连接弯曲刚度测量原理如附图20所示，弯矩取底部法兰胶装部位高度顶部的弯矩值，底部法兰胶装部位的转角θ取法兰盘上下顶面相对位移之差与法兰盘高度的比值，然后根据公式(4)求出特高压瓷套管连接弯曲刚度。

M＝P·L    (2)

$\mathrm{\θ}=\frac{\mathrm{\Δu}}{H}=\frac{u_1-{\mathrm{\μ}}_2}{H}---\left(3\right)$

$K_c^{\′}=\frac{M}{\mathrm{\θ}}=\frac{P\·L}{\mathrm{\θ}}---\left(4\right)$

式中：

M-瓷套与法兰连接处的弯矩；

P-加载的重量P；

L-瓷套顶部到法兰连接部位的距离；

θ-底部法兰胶装部位的转角；

u₁-法兰盘顶部的位移；

u₂-法兰盘底部的位移；

Δu-法兰盘顶部的位移与底部的位移的差值；

H-瓷套与法兰连接处胶装部位的高度；

K_c-瓷套与法兰连接弯曲刚度；

加载时将加载块9放在秤盘上，加载的重量P可以由电子吊秤8的读数读出，法兰盘上下顶面相对位移之差可以从千分表12中读出。在瓷套管的顶部施加侧向水平荷载的最大值P_max为瓷套管重量的0.15倍，试验时，首先进行0→5％P_max→10％P_max→20P_max→0的预加载，以检查仪器设备是否正常，如仪器设备不正常及时进行调整。然后按照0预加载，按照0→0.5P_max→0.75P_max→P_max→0.75P_max→0.50P_max→0的顺序进行正式加载三次。

此处已经根据特定的示例性实施例对本发明进行了描述。对本领域的技术人员来说在不脱离本发明的范围下进行适当的替换或修改将是显而易见的。示例性的实施例仅仅是例证性的，而不是对本发明的范围的限制，本发明的范围由所附的权利要求定义。

Claims (8)

1.一种特高压瓷套管连接弯曲刚度测试装置，所述测试装置包括锚固系统、支撑系统、加载系统和测量系统，其特征在于：

所述锚固系统包括位于地面向地面下方凹出的地槽(13)、与地面平行放置的锚固板(1、2)、锚杆(3)和锚固螺栓(4)；

所述支撑系统包括II型支撑框架(6)和一字型支撑主梁(5)；

所述加载系统包括固定于所述支撑主梁(5)上的加载支架(7)，一端连接瓷套管(14)顶端通过加载支架(7)得到支撑的钢丝绳(10)，连接于所述钢丝绳(10)另一端的秤盘(11)，和加载块(9)；

所述测量系统包括电子吊秤(8)和千分表(12)。

2.如权利要求1所述的一种特高压瓷套管连接弯曲刚度测试装置，其特征在于锚固板的表面为矩形，所述矩形四个直角处分别设置供所述锚杆(3)穿过的锚孔；所述锚杆(3)的下端设有锤形卡块(19)，所述卡块(19)与所述地槽(13)配合使用。

3.如权利要求1所述的一种特高压瓷套管连接弯曲刚度测试装置，其特征在于所述II型支撑框架(6)沿中心轴呈左右对称结构，所述支撑框架(6)包括平行设置的框架柱(20)、连接所述框架柱(20)的框架梁(22)，和位于所述框架柱(20)底部的加劲肋(21)；所述支撑主梁(5)的两端分别通过垫梁(23)和丝杠固定于II型支撑框架(6)中心轴线位置框架梁(22)的下表面处。

4.如权利要求1所述的一种特高压瓷套管连接弯曲刚度测试装置，其特征在于所述加载支架(7)包括与所述支撑主梁(5)垂直连接的长丝杠(16)，通过螺纹方式固定于所述长丝杠(16)上的角钢(15)，所述角钢(15)呈

型布置，两角钢(15)之间设有定滑轮(18)，所述定滑轮(18)通过短丝杠(17)与所述角钢(15)连接。

5.如权利要求4所述的一种特高压瓷套管连接弯曲刚度测试装置，其特征在于所述定滑轮(18)的高度可随角钢(15)在长丝杠(16)上的位置变化而变化。

6.如权利要求1所述的一种特高压瓷套管连接弯曲刚度测试装置，其特征在于所述加载支架(7)通过所述定滑轮(18)支撑钢丝绳(10)。

7.一种如权利要求1所述测试装置的安装方法，其特征在于所述安装方法包括如下步骤：

步骤一：锚固系统的安装

将锚杆锤形卡块的短向放入地槽中，再将其转向90°；

将下锚固板和上锚固板依次放置，锚固板之间用垫铁填实，通过锚固螺栓拧紧锚杆使锚固板锚固于地面；

步骤二：支撑系统的安装

将两支撑框架平行放置且固定于地面，支撑主梁的两端分别锚固于两支撑框架的中心轴线位置框架梁的下表面处；

步骤三：加载系统的安装

将四根长丝杠成四边形布置垂直固定于所述支撑主梁上；

角钢开有两个孔洞的边翼缘通过螺纹方式固定于所述长丝杠上，两个角钢成

型布置；

将定滑轮通过短丝杠固定于两个角钢中间位置；

钢丝绳一端连接瓷套管的顶部，另一端通过定滑轮连接秤盘，瓷套管与定滑轮之间的钢丝绳与地面平行；通过调整放入秤盘中加载块的重量调节对瓷套管的加载力；

步骤四：测量系统的安装

电子吊秤安装于瓷套管和定滑轮之间的钢丝绳中间，用于测量加载力；

千分表安装于需要测量转角的瓷套管上，用于测量瓷套管转角。

8.一种利用如权利要求1所述测试装置的测试特高压瓷套管弯曲刚度的方法，其特征在于所述方法包括如下步骤：

1)弯曲矩M计算

M＝P·L    (1)

式中：

M-瓷套与法兰连接处的弯矩；

P-加载重量，通过电子吊秤直接读取，单位N；

L-瓷套顶部到法兰连接部位的距离；

2)转角θ计算

$\mathrm{\θ}=\frac{\mathrm{\Δu}}{H}=\frac{u_1-{\mathrm{\μ}}_2}{H}---\left(2\right)$

式中：

u₁-法兰盘顶部的位移；

u₂-法兰盘底部的位移；

Δu-法兰盘顶部的位移与底部的位移的差值；

H-瓷套与法兰连接处胶装部位的高度；

3)瓷套与法兰连接弯曲刚度K_c′计算

$K_c^{\′}=\frac{M}{\mathrm{\θ}}=\frac{P\·L}{\mathrm{\θ}}---\left(3\right)$

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