±1100kV换流变水平移位滑板的研制

引言

昌吉一古泉±1100kV特高压直流输电线路是世界上电压等级最高、输送容量最大、输送距离最远、技术水平最先进的特高压输电线路,该线路刷新了世界电网技术的新高度,对于全球能源互联网的发展具有重要的示范作用。

1研发方向的确定和可行性论证

1.1研发方向的确定

目前,特高压变压器水平移位作业遇到的问题主要有两个:(1）由于变压器重量非常大,造成滑移时的摩擦力也非常大,超过了原有液压设备的额定负荷能力:(2）由于滑板与钢轨间摩擦力太大,会对滑板和钢轨产生较为严重的磨损,缩短其使用寿命。由此可见,问题症结主要集中在摩擦力过大上,因此我们将研发方向定在了减小滑板与钢轨之间的摩擦力上。考虑到对滑板和钢轨改造的成本和难度,课题组选择了研发可以减小摩擦的滑板。

1.2可行性论证

想要有效减小摩擦,相比于减小滑板下底面与钢轨接触部分的粗糙度,将滑板与钢轨之间的摩擦形式由滑动摩擦转化成滚动摩擦的效果要显著得多。

钢与钢之间的滚动摩擦系数远小于其之间的滑动摩擦系数,如表1所示。

表1钢对钢的滑动摩擦和滚动摩擦对比

由表1可知,即使在有润滑的情况下,滑动摩擦仍然约为滚动摩擦的10～120倍,故改变摩擦形式能够显著减小摩擦力。

如果要改变摩擦形式,使滑板与钢轨之间变为滚动摩擦,则需要在滑板上加装轴承。因为滑板所承载的变压器质量非常大,所以对轴承的径向承载能力提出了很高要求。通过查阅《机械设计手册》并问询轴承生产厂家,课题组得知圆柱滚子轴承中存在能够满足使用要求的型号。因此,该研发方向是可行的。

2工器具的研制

±1100kV古泉换流站换流变压器主体形状仍是传统的长方体样式,尺寸和重量相比500kV变压器大了近一倍。课题组在相关技术研究成果基础上,认真分析了±1100kV换流变压器的设计参数,充分探讨了其与500kV变压器的差异性,研制了全新的滑板,如图1所示,对项目规划拟定的作业内容进行了实验操作,满足了士1100kV换流变压器水平移位的作业需求。

2.1轴承选型

首先,由于承载的变压器质量非常大,故对轴承的最大径向受力有较高要求。其次,因为钢轨在使用过程中由于受力巨大,可能在水平方向产生一定程度变形,而且由于左右两侧的滑板在推移过程中可能产生轻微的不同步,导致滑板前进方向产生一定偏斜,要求轴承可以承受一定范围的轴向载荷。综上,根据对各种轴承进行参数对比,课题组选择了使用径向和轴向承载能力都比较大的调心圆柱滚子轴承。

2.2滚动体设计

为了尽量减小滑板高度,避免过多增加变压器顶升的工作量,课题组决定直接使用插入轴承内圈的轴作为滚动体,并在轴与钢轨的接触位置加工凹槽,该凹槽可以同时起到限位和进一步降低滑板高度的作用。

根据轴与现有钢轨组的接触点位置和滑板的长度范围以及可能符合要求的调心圆柱滚子轴承的尺寸参数,确定轴承的数量和位置。对轴进行受力分析确定薄弱点,计算出该点理论受力大小,考虑安全系数后确定该点所受剪力大小。由轴的受力和选材(40Gr）确定出最小轴径尺寸为80mm,同时确定轴承型号为22218CAC/w33,再根据装配关系确定滚杠各个部位的轴径大小。

2.3轴承座设计

为了优化水平和垂直方向上的受力条件,提高装配精度,减小装配难度,课题组决定将左右两列轴承座设计成两个整体直接焊接在滑板主板的底面上,然后整体放置在数控铣床上加工,相比于将8个轴承座使用螺栓连接的方式分别固定在滑板主板上,具有以下3个优点:

(1）有效保障了装配完成后滑板的4根滚动体转轴在同一个平面上且互相平行,使4根滚动体在钢轨上滚动时尽可能受力均匀:

(2）通过较长的焊缝传递滑板主板与轴承座之间水平方向上的力,使轴承座与滑板主板之间水平受剪时的承载力大大增强,有效保障了滑板整体结构的稳定性:

(3）有效缩短了滚动体两两之间的距离,从而缩短了滑板长度,减少了其重量。

2.4刹车器设计

参考常见的碟刹设计,在滑板靠近推杆连接点一端的两侧各装一个螺旋压紧式刹车器,对刹车片的接触面进行增大粗糙度处理,以提高刹车时刹车片之间的摩擦。同时固定在滚动体上的刹车片还能起到防止滑板脱轨的效果。

3施工安全论证

根据滚动滑板受力状态,对关键部件轴承和轴进行了荷载受力实验,轴承和轴满足工作荷载下的强度要求,并与理论受力分析相符。滚动滑板制作完成后又进行了模拟实验,其水平推移力与理论值偏差3%,实验结果良好。

4结语

本课题为世界首个±1100kV特高压输电工程的受端换流站换流变压器水平移位作业的新型工器具研发,项目研发工作及研究成果的应用具有首创性。

该滑板满足±1100kV古泉换流站换流变压器的水平移位作业要求,水平推移受力显著降低,并延长了钢轨的使用寿命,顺利完成了28台换流变的水平移位。换流变的水平移位施工如图2所示。

图2换流变的水平移位施工

课题组研发的新型滑板具有高承重、低摩擦、使用寿命长的特点,经多次实验和实际运用,均达到了工具规划设计技术参数要求,可以在相关领域推广使用。