CN110556713B - 一种用于支柱类电气设备的抗震结构 - Google Patents

一种用于支柱类电气设备的抗震结构 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种用于支柱类电气设备的抗震结构，包括基座和壳，壳包裹电气设备；在壳和电气设备间沿电气设备径向并配合电气设备底端外形，依次设有缓冲层、垫块和粘结层。本发明提供的抗震结构，结构增大了设备法兰胶装部位的胶装面积，设备根部采用扩径结构，增大了设备的锚固力，提高了设备法兰连接部位的机械力学性能，提高了设备在地震作用下薄弱部位的承载力；该结构形式具有制造安装方便、受力机理明确、安装后不影响设备的电气功能等优点，能有效提高烈度区电气设备的抗震能力，保障地震作用下电气设备的安全性和稳定性。

Description

一种用于支柱类电气设备的抗震结构
技术领域
本发明涉及抗震结构，具体涉及一种用于支柱类电气设备的抗震结构。
背景技术
传统的变电站使用瓷材料绝缘子来支撑和固定各类带电导体和电气设备，提供绝缘距离。瓷绝缘子由瓷质套管和金属法兰通过水泥胶装而成，因材料自身脆性的原因，在偶然荷载作用下易发生脆性损伤或断裂。2008年汶川地震中，变电站瓷绝缘子发生了严重的震损，影响了灾区震后的电力供应。陶瓷材料电气设备之所以在地震中有较高的易损性，主要原因有两方面，第一，陶瓷是脆性材料，变形能力与耗能性能差，破坏应力低。另一个重要原因是支柱类电气设备尤其是特高压设备具有“高、大、柔、重”等特点，其频率大都分布在1Hz～3Hz，与地震波1Hz～10Hz的卓越频率非常接近。针对变电站电气设备的震害资料调研发现，瓷支柱类设备的法兰连接部位由金属、胶装水泥和陶瓷材料等多种材料共同组成，地震作用下各种材料之间易发生变形不协调，同时，法兰连接部位位于设备元件根部，尤其是最下面一节设备元件法兰连接处，在地震作用下承受的地震力较大，因此，如图4所示的瓷支柱类电气设备法兰连接部位是设备在地震作用下的薄弱环节,。
现代材料科学的发展，为瓷绝缘子提供了替代材料——玻璃纤维复合材料。玻璃纤维复合材料有良好的绝缘性能、强度和韧性，加上硅橡胶伞裙和金属法兰制造而成的复合绝缘子在抗震能力提升上有较大的潜力，成为了现代新型变电站很好选择。目前在特高压工程变电站中已经使用了或计划使用复合材料支柱绝缘子。研究结果显示，虽然复合材料电气设备承载力高于瓷质，但由于复合材料电气设备整体刚度较柔，在地震作用下的位移较大，这同样导致了复合材料电气设备在法兰连接部位也是其受力薄弱部位。试验结果显示，复合材料本省的承载力可达到120MPa以上，但由于法兰连接部位是用环氧树脂将复合材料设备和法兰胶装黏结，在设备承载力达到80MPa左右时，复合材料设备法兰连接部位往往发生了设备拨出等破坏形式，材料良好的抗震性能没有得到充分发挥，因此，如图5所示的复合材料电气设备法兰连接部位的承载力也亟需提升。。
发明内容
为了解决现有技术中所存在的上述不足，本发明提供一种用于支柱类电气设备的抗震结构。
本发明提供的技术方案是：一种用于支柱类电气设备的抗震结构，包括：
设置于电气设备(8)底端的基座(1)和与所述基座(1)相连并设于所述基座(1)上端的壳(2)，所述壳(2)包裹所述电气设备(8)；
在所述壳(2)和所述电气设备(8)间沿所述电气设备(8)径向并配合所述电气设备底端外形，依次设有缓冲层(4)、垫块(5)和粘结层(7)。
优选的，所述抗震结构还包括紧固件(6)；
沿所述壳(2)、所述缓冲层(4)和所述垫块(5)径向设置有紧固孔；
所述固件(6)通过所述紧固孔将所述壳(2)、所述缓冲层(4)和所述垫块(5)连接。
优选的，所述紧固件(6)呈上下两层环状排布。
优选的，每层所述紧固件(6)的数目至少为4。
优选的，所述基座(1)为法兰盘，所述壳(2)为法兰径。
优选的，所述垫块(5)为圆柱形楔形法兰垫块。
优选的，靠近所述基座(1)的边沿处设有与其垂直设置且环状排布的多个锚固孔(3)。
优选的，所述抗震结构适用的支柱类电气设备包括：瓷支柱类电气设备或复合材料支柱类电气设备。
优选的，所述基座(1)和所述垫块(5)分别包括按质量百分比计的下述组分制得：C：2.8％；Mo：1.9％；Cu：1.3％；Mn：0.4％；Si：0.6％；余量为Cr。
优选的，所述壳(2)包括按质量百分比计的下述组分制得：C：1.2％，Cr：4.4％，B：1.5％，Ni：0.5％，Mn：0.9％，Si：0.6％，Nb：0.63％，W：2.0％，Ti：0.85％，S：0.09％，P：0.02％和余量的Fe。
优选的，所述缓冲层(4)为橡胶垫片，其包括按重量份数计的下述组分制得：天然橡胶100份，氯丁橡胶35份，氧化锌5份，硬脂酸2.5份，防老剂RD2份，二硫代氨基甲酸盐4份，邻苯二甲酸二丁酯7份和己烯基双硬脂酰胺8份。
优选的，所述粘结层(7)包括：环氧树脂胶装材料或水泥胶装材料。。
与最接近的现有技术相比，本发明提供的技术方案具有以下有益效果：
(1)本发明提供的技术方案，采用的抗震结构，结构增大了设备法兰胶装部位的胶装面积，设备根部采用扩径结构，增大了设备的锚固力，提高了设备法兰连接部位的机械力学性能，提高了设备在地震作用下薄弱部位的承载力；该结构形式具有制造安装方便、受力机理明确、安装后不影响设备的电气功能等优点，能有效提高烈度区电气设备的抗震能力，保障地震作用下电气设备的安全性和稳定性。
(2)本发明提供的技术方案，采用的缓冲层，以天然橡胶、氯丁橡胶、氧化锌、硬脂酸及二硫代氨基甲酸盐等材料制备而成，通过优化各个成分的配比，制备的耐磨橡胶具有良好耐磨性,使它具有广阔的应用前景。
(3)本发明提供的技术方案，采用的壳具有良好的冲击韧度，且工艺简单周期短，生产成本低；其硬度可达60HRC，冲击韧度可达15.7J/cm2。
(4)本发明提供的技术方案，采用的紧固件具有较高的韧性和耐磨性，其硬度达到67.5HRC，韧性达到16.3J/cm2，其耐磨性是高锰钢的11倍，有较好的抗划伤能力，其使用寿命是高锰钢的6～8倍。
附图说明
图1为本发明抗震结构的纵剖面图；
图2为本发明抗震结构的纵立面图；
图3为图1中的1-1立面图；
图4为现有技术的瓷支柱类电气设备震害示意图；
图5为现有技术的复合支柱类电气设备在地震模拟振动台试验中法兰连接部位破坏示意图；
其中，1-基座；2-壳；3-锚固孔；4-缓冲层；5-垫块；6-紧固件；7-粘结层；8-电气设备。
具体实施方式
为了更好地理解本发明，下面结合附图对本发明的技术方案做进一步详细说明。
如图1至图3所示，本发明提供的用于支柱类电气设备的抗震结构，包括：
设置于电气设备8底端的基座1和与所述基座1相连并设于所述基座1上端的壳2，所述壳2包裹所述电气设备8；
在所述壳2和所述电气设备8间沿所述电气设备8径向并配合所述电气设备底端外形，依次设有缓冲层4、垫块5和粘结层7；采用的抗震结构，结构增大了设备法兰胶装部位的胶装面积，设备根部采用扩径结构，增大了设备的锚固力，提高了设备法兰连接部位的机械力学性能，提高了设备在地震作用下薄弱部位的承载力；该结构形式具有制造安装方便、受力机理明确、安装后不影响设备的电气功能等优点，能有效提高烈度区电气设备的抗震能力，保障地震作用下电气设备的安全性和稳定性。
所述抗震结构还包括紧固件6；紧固件6具有较高的韧性和耐磨性，其硬度达到67.5HRC，韧性达到16.3J/cm2，其耐磨性是高锰钢的11倍，有较好的抗划伤能力，其使用寿命是高锰钢的6～8倍；
沿所述壳2、所述缓冲层4和所述垫块5径向设置有紧固孔；
所述固件6通过所述紧固孔将所述壳2、所述缓冲层4和所述垫块5连接。
所述紧固件6呈上下两层环状排布。
每层所述紧固件6的数目至少为4。
所述基座1为法兰盘，所述壳2为法兰径。
所述垫块5为圆柱形楔形法兰垫块。
靠近所述基座1的边沿处设有与其垂直设置且环状排布的多个锚固孔3。
所述抗震结构适用的支柱类电气设备包括：瓷支柱类电气设备或复合材料支柱类电气设备。
所述基座1和所述垫块5分别包括按质量百分比计的下述组分制得：C：2.8％；Mo：1.9％；Cu：1.3％；Mn：0.4％；Si：0.6％；余量为Cr。
所述壳2包括按质量百分比计的下述组分制得：C：1.2％，Cr：4.4％，B：1.5％，Ni：0.5％，Mn：0.9％，Si：0.6％，Nb：0.63％，W：2.0％，Ti：0.85％，S：0.09％，P：0.02％和余量的Fe。
所述缓冲层4为橡胶垫片，其包括按重量份数计的下述组分制得：天然橡胶100份，氯丁橡胶35份，氧化锌5份，硬脂酸2.5份，防老剂RD2份，二硫代氨基甲酸盐4份，邻苯二甲酸二丁酯7份和己烯基双硬脂酰胺8份；采用的缓冲层，以天然橡胶、氯丁橡胶、氧化锌、硬脂酸及二硫代氨基甲酸盐等材料制备而成，通过优化各个成分的配比，制备的耐磨橡胶具有良好耐磨性,使它具有广阔的应用前景。
所述粘结层7包括：环氧树脂胶装材料或水泥胶装材料。
与普通电气设备相比，本申请的抗震结构在电气设备8根部处有一个渐变的扩径，在渐变扩径与基座1之间有垫块5和缓冲层4，其中，垫块5和基座1采用同种材料，与普通电气设备常用的法兰材料一致，一般可选择铸铝或铸铁。在壳2与垫块5相对应的位置分别设置上下两层均匀布置的紧固件6的内螺纹孔，在内螺纹孔处通过连接紧固件6将壳2与垫块5连接在一起，在壳2与垫块5之间有一层缓冲层4，可在受力时起到缓冲作用；并能弥补构件之间由于加工精度等原因造成连接件之间的空隙；垫块5内部与电气设备8之间为粘结层7，其内填充胶装材料，将电气设备8、垫块5、缓冲层4、基座1和壳2紧密连接成一个整体。相对于常规的电气设备，该种类型结构在法兰连接处增大了胶装面积，电气设备扩径增大了法兰连接处的锚固力，提高了设备的承载力。
如图1至图2所示，对于瓷支柱类电气设备，由于设备伞裙与主体结构是一个整体，因此，圆柱形楔形法兰垫块5需对称切分为完全相同的两部分，安装时分别将一半圆柱形楔形法兰垫块5环扣在电气设备元件的胶装部位，位置就位后，将两部分圆柱形楔形法兰垫块5焊接在一起。可只焊接两部分圆柱形楔形法兰垫块5外漏接缝，焊接操作时，宜作深坡口焊接，外侧焊缝应磨平。圆柱形楔形法兰垫块5安装就位后，将壳2套在圆柱形楔形法兰垫块5外侧，在壳2与圆柱形楔形法兰垫块5外侧面设置有缓冲层4，缓冲层4可采用,橡胶垫片，缓冲层4在与壳2和圆柱形楔形法兰垫块5相对应的开孔位置处开孔，用紧固件6将壳2、缓冲层4和圆柱形楔形法兰垫块5连接为一个整体。最后用胶装材料填充圆柱形楔形法兰垫块和电气设备之间的空隙，对于瓷支柱类设备，可采用水泥作为胶装材料；
对于复合支柱类电气设备，由于设备伞裙是设备本体加工完成后黏结到本体外侧的，因此，可在设备伞裙安装之前，将整个圆柱形楔形法兰垫块5从电气设备顶端套入，并将其环扣在电气设备元件的胶装部位，圆柱形楔形法兰垫块5不需切分。圆柱形楔形法兰垫块5安装就位后，按照与瓷支柱类设备一样的安装顺序，将法兰与圆柱形楔形法兰垫块牢固连接，最后用胶装材料填充圆柱形楔形法兰垫块5和电气设备之间的空隙，对于复合支柱类设备，可采用环氧树脂作为胶装材料。胶装完成后，可按照既定工艺将复合材料电气设备的伞裙安装黏结到本体外侧相应位置。
以上仅为本发明的实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均包含在申请待批的本发明的权利要求范围之内。

Claims (9)

1.一种用于支柱类电气设备的抗震结构，其特征在于，包括：
设置于电气设备(8)底端的基座(1)和与所述基座(1)相连并设于所述基座(1)上端的壳(2)，所述壳(2)包裹所述电气设备(8)；
在所述壳(2)和所述电气设备(8)间沿所述电气设备(8)径向并配合所述电气设备底端外形，依次设有缓冲层(4)、垫块(5)和粘结层(7)；
所述抗震结构还包括紧固件(6)；
沿所述壳(2)、所述缓冲层(4)和所述垫块(5)径向设置有紧固孔；
所述紧 固件(6)通过所述紧固孔将所述壳(2)、所述缓冲层(4)和所述垫块(5)连接；
所述紧固件(6)呈上下两层环状排布；
每层所述紧固件(6)的数目至少为4。
2.如权利要求1所述的一种用于支柱类电气设备的抗震结构，其特征在于，
所述基座(1)为法兰盘，所述壳(2)为法兰径。
3.如权利要求2所述的一种用于支柱类电气设备的抗震结构，其特征在于，
所述垫块(5)为圆柱形楔形法兰垫块。
4.如权利要求1所述的一种用于支柱类电气设备的抗震结构，其特征在于，
靠近所述基座(1)的边沿处设有与其垂直设置且环状排布的多个锚固孔(3)。
5.如权利要求1所述的一种用于支柱类电气设备的抗震结构，其特征在于，
所述抗震结构适用的支柱类电气设备包括：瓷支柱类电气设备或复合材料支柱类电气设备。
6.如权利要求1所述的一种用于支柱类电气设备的抗震结构，其特征在于，
所述基座(1)和所述垫块(5)分别包括按质量百分比计的下述组分制得：C：2.8％；Mo：1.9％；Cu：1.3％；Mn：0.4％；Si：0.6％；余量为Cr。
7.如权利要求1所述的一种用于支柱类电气设备的抗震结构，其特征在于，
所述壳(2)包括按质量百分比计的下述组分制得：C：1.2％，Cr：4.4％，B：1.5％，Ni：0.5％，Mn：0.9％，Si：0.6％，Nb：0.63％，W：2.0％，Ti：0.85％，S：0.09％，P：0.02％和余量的Fe。
8.如权利要求1所述的一种用于支柱类电气设备的抗震结构，其特征在于，
所述缓冲层(4)为橡胶垫片，其包括按重量份数计的下述组分制得：天然橡胶100份，氯丁橡胶35份，氧化锌5份，硬脂酸2.5份，防老剂RD2份，二硫代氨基甲酸盐4份，邻苯二甲酸二丁酯7份和己烯基双硬脂酰胺8份。
9.如权利要求1所述的一种用于支柱类电气设备的抗震结构，其特征在于，
所述粘结层(7)包括：环氧树脂胶装材料或水泥胶装材料。
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