摘 要:输电线路铁塔塔脚被埋或附近修建建筑物,使得导线与建筑物之间安全距离受到影响,导地线与新建的高速公路间距离不够,针对这一问题进行分析,从科技创新的角度提出了一种新的原地液压提升铁塔的方法,并研制出了一套液压提升装置,在现场进行了实际操作,取得了比较好的效果。在总结现场操作经验的基础上,进一步提出了改良意见。
关键词:液压提升装置;提升架;支撑柱;千斤顶;受力计算;安全稳定
广州供电局输电部维护着广州地区的主干电网,其中架空线路至2003年底有2 213•52km。近几年来由于输电线路铁塔塔脚被埋或附近修建建筑物,使得导线与建筑物之间安全距离受到影响,或导地线与新建的高速公路间距离不够。这类问题在全国输电线路生产运行当中普遍存在,目前的解决方案是另外找一个地方重新开挖基础,重新立一座更高的铁塔。这种方法要耗费大量人力、物力,而且需要长时间停电。据不完全统计,广州供电局每年因为这类问题需要投入的大修改造资金高达三百多万元。如果能采用原地升高铁塔的方法,则对解决该问题具有积极的现实意义,可以取得比较好的经济效益和社会效益。
1 提升方案的论证和确定
广州供电局输电部技术攻关小组经过讨论分析,认为采用原地整体提升铁塔有以下3种方案:
a)方案1,采用大截面抱杆在铁塔中间提升,在塔底中间布置一个大截面抱杆,用绞磨将铁塔提升至所需高度;
b)方案2,采用小抱杆4角提升,将4个小抱杆布置在铁塔4角,用绞磨分别提升铁塔至所需高度;
c)方案3,采用液压油缸4角布置提升铁塔,将4个液压油缸布置在铁塔4角,通过液压泵站同
时给4个油缸供油,使油缸同步做功,顶升铁塔至所需高度。方案1和方案2是常规的组装铁塔方法,对于整体提升铁塔来说,存在着施工复杂、安全性不够的问题,而且还需要占用较大的施工面积,在实际方案3是一种新的施工方法,占地面积小,施工相对简单,但液压提升装置开发起来有一定的难度。对以上3种方案进行详细的讨论和技术可行性比较,决定采用第3种方案,并与群峰机械厂合作研制出一种液压提升装置来进行原地提升铁塔。
2 提升装置的技术要求
2•1 技术要求
根据大修改造的经验,考虑到现场的实际情况,液压提升装置必须满足以下技术要求:
a)铁塔提升高度不大于3m,铁塔分4次提升,每次提升0•8m,提升质量按照20t考虑;
b)铁塔主材不能承受剪切力、扭力,确保主材受力均匀不变形;
c)起吊时,铁塔需形成一个整体,主材间由可调节的固定件连接;
d)为了增加铁塔提升的稳定性,在提升架离铁塔2m处各加入4根斜支撑;
e)4个油缸行程0•8m,油缸和泵站设计成分体式,便于搬运,油泵重量尽可能轻便,4个油泵
要求同步升降,行程一致。
2•2 设计思路
a)提升架布置在铁塔内笼,交叉支架设计成调节可拆式,支架下放置千斤顶,位于4个塔脚附近,用以顶升支架。支架与铁塔通过角钢卡具连接,用以提升铁塔。
b)在铁塔4个角外面适当位置设置地锚坑,用风绳来稳定铁塔。
c)铁塔提升高度最高按3m考虑,分4次提升。
d)第1次提升铁塔,升高0•8m后,在铁塔
4角根部加钢结构的支撑柱支撑(支撑柱与铁塔基础利用原地脚螺栓连接,加长地脚螺栓与塔脚连接),待铁塔垫实后,提升架和卡具位置不变,把千斤顶内的油放掉,利用自身的回缩力提升千斤顶,再用钢结构的支撑柱支撑,为第2次提升做准备。
e)第2次提升铁塔,升高0•8m后,在铁塔四角根部再加0•8m的支撑柱支撑,待铁塔垫实后,提升架和卡具位置不变,把千斤顶内的油放掉,利用油泵的动力提升千斤顶及附件,再用钢结构的支撑柱支撑,第2次提升工作完毕。f)第3次提升铁塔与前两次相同,升高0•8m后,在铁塔4角根部再加0•8m的支撑柱支撑。g)第4次提升铁塔后,再加0•8m的支撑柱支撑,移开千斤顶的支撑柱和提升架,连接好塔脚、支撑柱与原基础,铁塔提升结束。
3 设计过程中的关键问题及解决办法
3•1 关键问题
根据铁塔提升器装置的提升技术要求,该提升装置存在以下关键问题:
a)加入斜支撑后整个提升支架变成静不定问题,受力分析及强度计算怎样解决;
b)提升过程中4个油缸是否能同步;
c)提升过程中提升支架是否变形,如何保证塔脚支撑柱到位。
3•2 解决办法
针对上述关键问题采取了以下措施:
a)对于提升支架静不定问题,通过建立平衡方程和挠度的协调方程,计算出支反力和斜支撑力,校核提升支架的弯曲强度;
b)采用进口比例阀精确控制液压油油压的大小,保证4缸同步;
c)考虑到提升过程中提升支架的提升变形,故将油缸支撑柱和塔角支撑柱高度设计为0•6m,
保证支撑柱到位。
4 装置的技术特点介绍
4•1 液压提升装置的组成和结构
该装置主要由提升架、角钢卡具、斜撑杆和1套液压控制系统(包括4个液压油泵和1个控制箱)组成。提升架用于传输动力,角钢卡具用来联接提升架和铁塔主材,斜撑杆用于减轻提升架的受力,液压控制系统产生提升动力。装置的主要受力部件采用高强度的合金材料,液压油泵采用进口装置。
4•2 正确选择装卡点和装卡方式
要将铁塔提升起来,首先要确保铁塔不变形。经过反复论证,认为将装置设计安装在铁塔内侧,
4角用刚性的十字架连接,会比在铁塔外侧连接更有利于减轻铁塔主材的变形。在连接方式上,在装卡点采用了角钢卡座,装卡面积大,压强小,既能70广东电力第19卷 将铁塔主材紧紧抱住,在受力时不位移,又能减小装卡点处铁塔主材变形。另外,增加了撑杆,在提升时一部分垂直分力向另外一个支点转移,起到了进一步减小铁塔变形的作用,并加强了十字架的刚度,保证了液压活塞杆上升距离和铁塔的提升距差异在30mm以内。对于塔角变形,用了4根边长120mm等边角钢加固铁塔,解决了铁塔底部变形问题。
4•3 液压提升系统的设计功能
a)保证4个液压缸的活塞杆基本能同步上升或下降;
b)保证4个液压缸的活塞杆同时停止;
c)保证每个液压缸的活塞杆能独立停止、上升或下降;
d)保证能紧急停止;
e)可以进行速度调节和微调。这些功能是通过液压泵采用两位两通阀和油缸上各自安装了1个比例阀实现的。通过控制液压油流量的大小,调整上升或下降速度。在提升或下降过程中,如果遇到微小的不同步或因其他原因使铁塔出现微小倾斜,通过调整其中一油缸速度,均能使铁塔基本保持垂直上升和下降。
5 液压提升装置的实际应用
2003年12月,广州供电局输电部以原广新线354号铁塔(塔型Z3-35•7)作为现场提升的试验塔,成功完成提升。2005年5月26日,广州供电局输电部采用该液压提升铁塔装置,成功在原地提升110kV芳花甲乙线(芳村站—花地站)15号塔(同塔双回路,塔型ZGU5-18,自重5•025t)2•4m。
5•1 原铁塔存在的问题
110kV芳花甲乙线15号塔采用灌注桩基础,基础埋深11m,座落在芳村龙溪大道附近,规划的路面比现在铁塔基础高1•5m,而且目前基础已经被填土所埋,影响线路的安全运行。
5•2 选择方案
5•2•1 易地改造
在原基础附近重新选点,新建一基础标高更高的铁塔,从设计上来讲是一个切实可行的方法,但这种方法存在两点明显的不足:
a)费用昂贵。由于重新立塔需要征地,青赔费用很高,加上钻桩和购买新塔,初步估算整个工程费用为20多万元人民币。
b)线路需要较长时间的停电。在立塔和拆塔过程中,线路必须在一段较长的时间内停电,对电
网供电能力影响较大。
5•2•2 原地提升
经过现场查勘及查阅有关资料,决定利用新型的液压提升架进行铁塔原地提升。该方案的优势
在于:
a)费用低。与上一个方案相比,基础和铁塔的材料费用可以节省,只需支付施工费用和简单的
材料费用。
b)施工时间短。由于采用原地提升,只需在提升当天申请停电便可完成施工,对电网供电影响
较小。
c)技术安全保证。经过查阅有关图纸资料,计算基础和提升架的受力情况等,该塔满足原地提
升的要求。通过对上述两种解决方案的研究、对比,决定采用原地提升的方案。
5•3 施工方法及步骤
将4个液压油缸布置在铁塔内笼4角,通过液压泵站同时给4个油缸供油,使油缸同步做功,顶升铁塔至所需高度。详细步骤如下:
a)施工前在15号塔的内笼铺10mm厚的钢板,并垫上枕木。
b)在塔的正面和侧面各设置4根米字形拉线(约60m),拉线与铁塔的连接位置在铁塔下线横
担的底部,拉线与地面夹角保持在40°~50°。4根米字形拉线的地锚均能够承受6kN的拉力。
c)在铁塔正面和侧面各用1台经纬仪进行监测,当监测点偏移原位超过200mm时,观察人员
用事先规定好的信号向总指挥报告,以便调整4根拉线和4个液压缸上升的高度。
d)在塔笼选择合适的位置放钢板和枕木(垫4个千斤顶),进行提升架的组装。提升装置与铁塔
连接完毕后,先旋出1个地脚螺母,另1个地脚螺母旋至与地脚螺栓顶部平,再试提10~20mm高度(铁塔塔脚不提出地脚螺栓的控制范围)保持一段时间后,进一步检查各部位,确保连接无误、地面不下沉,然后下落到原地再进行正式提升。
e)在塔脚螺栓未松开前,先将拉线与地锚及拉力为5kN的倒链葫芦接好。提升时,听现场总
指挥的口令按提升速度放倒链葫芦,使铁塔基本处于平衡状态下缓缓上升。
f)提升铁塔前检查各工作点落实情况,并检查塔脚脚板是否与螺杆摩擦,否则要用钢丝绳与手
板葫芦进行调整,使其能松脱,铁塔能顺利提升。铁塔提升架受力后再次检查铁塔提升架和铁塔的支撑点、铁塔提升架和千斤顶的支撑点、机具确无异常,再稳定且缓速继续提升。
g)当提升高度超过0•6m后,将限位架和地脚螺栓连接,并连接好第1节支撑柱,然后再进行
第2次提升。
h)提升过程中实行统一指挥,预先规定好指挥信号。
i)铁塔提升到预定高度后,连好立柱横撑钢管,拆除限位架和提升架,对新形成的钢架基础用
混凝土封固。
5•4 小结
对于经济迅速发展的珠江三角洲来说,输电线路铁塔基础需要升高的现象比较普遍,而且面对日益紧张的供电形势,该施工技术有着良好的推广应用前景。有关升塔图片见图1、图2。
6 存在的问题和建议
液压提升铁塔装置经过近两年的研制,并经过模拟试验和现场应用,证明该装置操作简单、方便,提升较平稳,各连接部件及液压系统安全可靠,能够满足典型的110~220kV输电线路直线角钢铁塔提升对动力的要求。该装置为铁塔提升提供了一种新的方法,可以较大地提高工作效率,具有良好的推广应用前景。该装置作为2003年广州供电局的科技进步项目顺利地通过了验收,并获得科技进步二等奖。为了能在生产中更好地推广使用,该装置还需要在以下几个方面进行改进:
a)考虑到安全第一的原则,该提升架的材料是45号钢(180mm×10mm管子),斜支撑的材
料是Q235-A普通碳钢(160mm×10mm管子),总重量约20kN。在保证安全的前提下,今后该装置可以考虑采用航空铝合金材料,以减轻重量,方便现场运输。
b)铁塔提升架的相互连接方式要灵活,建议采用“万能节”的形式,以提高对不同形状的铁
塔的适应性(正方形基面和长方形基面)。
c)为了保证提升过程有足够的稳定性,建议
4个千斤顶的底座加上过渡底板,并通过角钢连接成一个整体,同步上升和下降。
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