引言

昌吉一古泉±1100kV特高壓直流輸電線路是世界上電壓等級最高、輸送容量最大、輸送距離最遠(yuǎn)、技術(shù)水平最先進(jìn)的特高壓輸電線路,該線路刷新了世界電網(wǎng)技術(shù)的新高度,對于全球能源互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展具有重要的示范作用。

1研發(fā)方向的確定和可行性論證

1.1研發(fā)方向的確定

目前,特高壓變壓器水平移位作業(yè)遇到的問題主要有兩個:(1）由于變壓器重量非常大,造成滑移時的摩擦力也非常大,超過了原有液壓設(shè)備的額定負(fù)荷能力:(2）由于滑板與鋼軌間摩擦力太大,會對滑板和鋼軌產(chǎn)生較為嚴(yán)重的磨損,縮短其使用壽命。由此可見,問題癥結(jié)主要集中在摩擦力過大上,因此我們將研發(fā)方向定在了減小滑板與鋼軌之間的摩擦力上?？紤]到對滑板和鋼軌改造的成本和難度,課題組選擇了研發(fā)可以減小摩擦的滑板。

1.2可行性論證

想要有效減小摩擦,相比于減小滑板下底面與鋼軌接觸部分的粗糙度,將滑板與鋼軌之間的摩擦形式由滑動摩擦轉(zhuǎn)化成滾動摩擦的效果要顯著得多。

鋼與鋼之間的滾動摩擦系數(shù)遠(yuǎn)小于其之間的滑動摩擦系數(shù),如表1所示。

表1鋼對鋼的滑動摩擦和滾動摩擦對比

由表1可知,即使在有潤滑的情況下,滑動摩擦仍然約為滾動摩擦的10～120倍,故改變摩擦形式能夠顯著減小摩擦力。

如果要改變摩擦形式,使滑板與鋼軌之間變?yōu)闈L動摩擦,則需要在滑板上加裝軸承。因為滑板所承載的變壓器質(zhì)量非常大,所以對軸承的徑向承載能力提出了很高要求。通過查閱《機(jī)械設(shè)計手冊》并問詢軸承生產(chǎn)廠家,課題組得知圓柱滾子軸承中存在能夠滿足使用要求的型號。因此,該研發(fā)方向是可行的。

2工器具的研制

±1100kV古泉換流站換流變壓器主體形狀仍是傳統(tǒng)的長方體樣式,尺寸和重量相比500kV變壓器大了近一倍。課題組在相關(guān)技術(shù)研究成果基礎(chǔ)上,認(rèn)真分析了±1100kV換流變壓器的設(shè)計參數(shù),充分探討了其與500kV變壓器的差異性,研制了全新的滑板,如圖1所示,對項目規(guī)劃擬定的作業(yè)內(nèi)容進(jìn)行了實驗操作,滿足了士1100kV換流變壓器水平移位的作業(yè)需求。

2.1軸承選型

首先,由于承載的變壓器質(zhì)量非常大,故對軸承的最大徑向受力有較高要求。其次,因為鋼軌在使用過程中由于受力巨大,可能在水平方向產(chǎn)生一定程度變形,而且由于左右兩側(cè)的滑板在推移過程中可能產(chǎn)生輕微的不同步,導(dǎo)致滑板前進(jìn)方向產(chǎn)生一定偏斜,要求軸承可以承受一定范圍的軸向載荷。綜上,根據(jù)對各種軸承進(jìn)行參數(shù)對比,課題組選擇了使用徑向和軸向承載能力都比較大的調(diào)心圓柱滾子軸承。

2.2滾動體設(shè)計

為了盡量減小滑板高度,避免過多增加變壓器頂升的工作量,課題組決定直接使用插入軸承內(nèi)圈的軸作為滾動體,并在軸與鋼軌的接觸位置加工凹槽,該凹槽可以同時起到限位和進(jìn)一步降低滑板高度的作用。

根據(jù)軸與現(xiàn)有鋼軌組的接觸點位置和滑板的長度范圍以及可能符合要求的調(diào)心圓柱滾子軸承的尺寸參數(shù),確定軸承的數(shù)量和位置。對軸進(jìn)行受力分析確定薄弱點,計算出該點理論受力大小,考慮安全系數(shù)后確定該點所受剪力大小。由軸的受力和選材(40Gr）確定出最小軸徑尺寸為80mm,同時確定軸承型號為22218CAC/w33,再根據(jù)裝配關(guān)系確定滾杠各個部位的軸徑大小。

2.3軸承座設(shè)計

為了優(yōu)化水平和垂直方向上的受力條件,提高裝配精度,減小裝配難度,課題組決定將左右兩列軸承座設(shè)計成兩個整體直接焊接在滑板主板的底面上,然后整體放置在數(shù)控銑床上加工,相比于將8個軸承座使用螺栓連接的方式分別固定在滑板主板上,具有以下3個優(yōu)點:

(1）有效保障了裝配完成后滑板的4根滾動體轉(zhuǎn)軸在同一個平面上且互相平行,使4根滾動體在鋼軌上滾動時盡可能受力均勻:

(2）通過較長的焊縫傳遞滑板主板與軸承座之間水平方向上的力,使軸承座與滑板主板之間水平受剪時的承載力大大增強(qiáng),有效保障了滑板整體結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性:

(3）有效縮短了滾動體兩兩之間的距離,從而縮短了滑板長度,減少了其重量。

2.4剎車器設(shè)計

參考常見的碟剎設(shè)計,在滑板靠近推桿連接點一端的兩側(cè)各裝一個螺旋壓緊式剎車器,對剎車片的接觸面進(jìn)行增大粗糙度處理,以提高剎車時剎車片之間的摩擦。同時固定在滾動體上的剎車片還能起到防止滑板脫軌的效果。

3施工安全論證

根據(jù)滾動滑板受力狀態(tài),對關(guān)鍵部件軸承和軸進(jìn)行了荷載受力實驗,軸承和軸滿足工作荷載下的強(qiáng)度要求,并與理論受力分析相符。滾動滑板制作完成后又進(jìn)行了模擬實驗,其水平推移力與理論值偏差3%,實驗結(jié)果良好。

4結(jié)語

本課題為世界首個±1100kV特高壓輸電工程的受端換流站換流變壓器水平移位作業(yè)的新型工器具研發(fā),項目研發(fā)工作及研究成果的應(yīng)用具有首創(chuàng)性。

該滑板滿足±1100kV古泉換流站換流變壓器的水平移位作業(yè)要求,水平推移受力顯著降低,并延長了鋼軌的使用壽命,順利完成了28臺換流變的水平移位。換流變的水平移位施工如圖2所示。

圖2換流變的水平移位施工

課題組研發(fā)的新型滑板具有高承重、低摩擦、使用壽命長的特點,經(jīng)多次實驗和實際運用,均達(dá)到了工具規(guī)劃設(shè)計技術(shù)參數(shù)要求,可以在相關(guān)領(lǐng)域推廣使用。