高强玻璃钢在电力杆塔中的应用Word文档格式.docx
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弯曲强度(MPa)
69
430-450
150-170
弯曲模量(GPa)
压缩强度(MPa)
103
压缩模量(GPa)
6.9
剪切强度(MPa)
31
29.4
45
125
剪切模量(GPa)
2.90
2.94
4.2
80
巴氏硬度Hba-1
50(HRC20)
线膨胀系数E-6/℃
8.0
24
从上述指标我们可以看到,我们生产的高强玻璃钢性能远远优于普通玻璃钢,很多指标也超过钢材。
另外,我们在生产过程中,还可以添加不同的填料,来改善和提高我们所需的特性,如:
增加刚度,改变色泽,耐化学腐蚀,耐老化,阻燃,增强表面硬度等等。
3 我们试制的高强玻璃钢杆塔特点
(1)从制造成本来说,与普通镀锌杆塔接近;
(2)对于储运来说,成本降低很多,由于质轻且管塔可以套装,节省了储藏场地和运输量;
(3)对于安装来说,在车辆不易到达的地方,不受地形限制,用人工很容易就会使其就位,只要一两个人用简单的工具就可以安装;
(4)我们把杆塔设计成标准段,根据需要进行组合,减少了种类数量,同时也降低了成本;
(5)我们采用自主研发的专利设备和工艺,使其易于成型,尺寸精确,产品质量能得到可靠的保证;
(6)我们的产品寿命预期为50年,平时可以免于维护,不会受到潮湿、温度变化、腐蚀的影响以及动物和昆虫的侵害;
(7)我们的产品外表色泽鲜艳华丽,可以用于需要美化和装饰的场合;
(8)我们还可根据不同的使用条件,设计不同的树脂配方和纤维布置,使其更合理,成本更低;
(9)产品性能指标可以达到国外同类产品的性能指标;
(10)我们还可以使产品具有特定的性能,来满足客户的不同需要。
例如:
做为输、配电支撑杆,我们可以使其具有很高的绝缘性,可以降低相间距离和横担长度,不但节省走廊,也使其运行更安全;
(11)当绝缘子串被击穿或断裂时,塔身不致带电,保障人们的生命安全。
4高强玻璃钢材料性能测试
(1)试验一(试验单位:
上海市建筑材料及构件质量监督检验站)
检验项目名称
试验方法参照标准
检验结果
耐候性(老化500h)
弯曲强度,MPa
GB/T16422.2-1999
GB/T1449-1983(老化前)
GB/T1449-1983(老化后)
表面无变化
674
683
(2)试验二(试验单位:
东北电力电器产品质量检测站)
检验项目
检验依据
检验结论
工频耐受电压试验
泄漏电流试验
弯曲破坏负荷试验
JB/T8179-1999高压线路瓷横担绝缘子尺寸特性
JB/T9676-1999高压线路瓷横担绝缘子技术条件
GB13398带电作业用绝缘杆通用技术条件
满足标准
要求
①工频耐受电压试验结果
试品
试验值
kV
加压绝缘长度
mm
耐受时间
min
结果
玻璃钢型材
100
300
1
通过
②泄漏电流试验结果
施加电压
规定值
A
测量值
≤20
4.6
③弯曲破坏负荷试验结果
规定值
kN
试验值
备注
≥2.5
12
力臂长440mm
5高强玻璃钢电杆与镀锌钢管杆的设计比较
(1)使用条件及电气荷载见附录一
(2)杆型图见附录二
(3)在此使用条件下,镀锌钢管杆主杆的设计计算:
(计算草图见附录三)
①大风工况
压弯局部稳定计算:
截面1-1 41(N/mm2)<215(N/mm2)合格
截面2-2208(N/mm2)<215(N/mm2)合格
截面3-3195(N/mm2)<215(N/mm2)合格
弯曲强度计算:
截面1-1 39.3(N/mm2)<215(N/mm2)合格
截面2-2206(N/mm2)<215(N/mm2)合格
截面3-3194(N/mm2)<215(N/mm2)合格
剪切强度计算:
截面1-18.58(N/mm2)<0.58×
215(N/mm2)合格
截面2-26.00(N/mm2)<0.58×
截面3-33.58(N/mm2)<0.58×
复合受力强度计算:
截面1-143.3(N/mm2)<215(N/mm2)合格
截面3-3195(N/mm2)<215(N/mm2)合格
② 断线工况:
(荷载表中已考虑荷载组合系数0.9)
截面1-19.0(N/mm²
)<0.58×
215(N/mm²
)合格
截面2-24.56(N/mm²
截面3-31.89(N/mm²
(其它工况计算略)
(4)在此使用条件下,高强玻璃钢杆主杆的设计计算:
(计算草图见附录四)
我们通过先进的复合手段,通过复合高弹性模量玻璃钢,并将管径和壁厚适当加大,使高强玻璃钢管的刚度接近于钢管。
为了按照上述公式进行计算,根据高强玻璃钢弹性模量与复合高弹性模量玻璃钢的弹性模量比值,对截面进行折算,使其等同为同一材料。
杆上段高强玻璃钢厚度为4mm,复合高弹性模量玻璃钢厚为12mm,杆下段高强玻璃钢厚度为4mm,复合高弹性模量玻璃钢厚为16mm。
复合高弹性模量玻璃钢抗压强度为80MPa,抗拉强度(改性后)为80MPa,抗弯强度为80MPa,抗剪强度为8.61MPa,弹性模量为50Gpa,密度为2.0g/cm3。
高强玻璃钢弹性模量与复合高弹性模量玻璃钢的弹性模量比为1/2.5。
折减后,杆上段高强玻璃钢厚度为1.6mm,复合高弹性模量玻璃钢厚为12mm,杆下段高强玻璃钢厚度为1.6mm,复合高弹性模量玻璃钢厚为16mm。
折减后,对于1-1截面,外径修正为315.2mm,壁厚为13.6mm;
对于2-2截面,外径修正为429.2mm,壁厚为13.6mm;
对于3-3截面,外径修正为615.2mm,壁厚为17.6mm。
① 大风工况
压弯局部稳定的强度设计值高强玻璃钢为420N/mm2,复合高弹性模量玻璃钢为80N/mm2。
截面1-1
12.2(N/mm2)<80(N/mm2)合格
12.2/2.5=4.9(N/mm2)<420(N/mm2)合格
截面2-2
78.2(N/mm2)<80(N/mm2)合格
78.2/2.5=31.3(N/mm2)<420(N/mm2)合格
截面3-3
78.9(N/mm2)<80(N/mm2)合格
78.9/2.5=31.5(N/mm2)<420(N/mm2)合格
11.7(N/mm2)<80(N/mm2)合格
11.7/2.5=4.68(N/mm2)<420(N/mm2)合格
截面2-2
77.7(N/mm2)<80(N/mm2)合格
77.7/2.5=31.1(N/mm2)<420(N/mm2)合格
截面3-3
78.4(N/mm2)<80(N/mm2)合格
78.4/2.5=31.4(N/mm2)<420(N/mm2)合格
截面1-13.57(N/mm2)<8.61(N/mm2)合格
截面2-22.80(N/mm2)<8.61(N/mm2)合格
截面3-31.8(N/mm2)<8.61(N/mm2)合格
截面1-113.7(N/mm2)<80(N/mm2)合格
截面2-278.4(N/mm2)<80(N/mm2)合格
截面3-378.9(N/mm2)<80(N/mm2)合格
截面1-13.0(N/mm2)<8.61(N/mm2)合格
截面2-21.81(N/mm2)<8.61(N/mm2)合格
截面3-30.82(N/mm2)<8.61(N/mm2)合格
③ 长期工况挠度:
=0.091(m)
0.091/16=5.7‰<15‰合格
(其它工况计算略)
(5)成本分析
从上面的计算可以看出,在达到同等使用条件下,镀锌钢管杆的重量为1717kg,而玻璃钢杆的重量只有950kg。
镀锌钢管杆的单价为9000元/吨,玻璃钢杆的单价为17000元/吨。
镀锌钢管杆的造价为15453元,玻璃钢杆的造价为16150元。
从安装和运输方面来说,由于玻璃钢杆重量轻,初步估算应能节省1/3的费用,而且日后需要维护的费用很少,这样看来它们的成本是很接近的。
6 结论
玻璃钢作为一种新兴的高强复合材料,需要不断地在应用中摸索经验,完善设计方法,使其发挥更大的优势。
在国外,用高强玻璃钢产品替代普通杆塔已有成熟经验,在我国才刚刚开始,所以有着广阔的市场和发展前景。
我公司正在筹备做真型试验,以便掌握更多的数据,更好地使用本产品。
我们希望有更多的有识之士能与我们携手共进,同时诚恳业内人士提出宝贵意见和建议。
附录一
鞍山铁塔开发研制中心《钢管电力杆设计之一:
电线荷载》作者:
李昌浩
电压
10
回路数
2
分裂数
1.0
杆型参数
转角度
30
垂直档距
(m)
120
档距1
档距2
代表档距1
代表档距2
最大使用张力
2890
最大使用应力
24.08
牌号
截面积mm2
直径mm
质量kg/km
拉断力N
弹性系数MPa
膨胀系数1/℃
安全系数1
安全系数2
导线
120j
21
533
17339
55917
0.000023
6.00
气象
最大风速
m/s
覆冰风速
覆冰厚度mm
最高气温
℃
40
最低气温
-40
平均气温
大风气温
-5
安装气温
-10
导地线荷载(N)表
导线比载(MPa/m)
工况
最大风
覆冰
正常运行
断线
安装
主杆控制工况
自重
0.0435
气温(℃)
冰重
0.072
风速(m/s)
5
自重+冰重
0.115
冰厚(mm)
大风
0.1083
荷载
2780
1794
584
587
471
477
次风
0.0120
5m/s
0.0030
垂直
892
1923
2440
3354
15m/s
0.027
覆冰次风
0.02563
导线1
2860
1129
1065
1128
大风综合
0.1167
导线2
1759
次风综合
0.0452
导线张力差
902
5m/s综合
0.0436
覆冰综合
0.118
应力
导线1(MPa)
23.84
9.4
8.9
导线2(MPa)
23.8
24.1
弧垂
导线1(m)
6.12
5.78
6.14
导线2(m)
高温导线1
高温导线2
v=0,T=15导1
v=0,T=15导2
8.6
8.8
6.35
6.18
参考文献
《架空送电线路钢管杆设计技术规定》DL/T5130-2001。
《复合材料结构设计》化学工出版社。
作者介绍:
祁锦明-鞍山铁塔制造总厂副总工程师,鞍山铁塔开发研制中心主任,鞍山远达电网工程有限公司总经理。
董林-鞍山远达电网工程有限公司总工程师。
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- 高强 玻璃钢 电力 杆塔 中的 应用
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