熱伸縮拉桿型波紋管伸縮量的計算

　在GIS工程中，根據(jù)變電站的布置情況，用戶對設(shè)備的熱伸縮問題提出了復(fù)雜的位移組合要求和相應(yīng)的疲勞壽命要求，因此設(shè)計人員在工程設(shè)計時必須考慮波紋管伸縮量的計算。波紋管伸縮量的計算需要從環(huán)境溫度、安裝溫度、日照溫度、通電溫升等多方面加以考慮。以下以大連某變電站參數(shù)為例，對熱伸縮拉桿型波紋管伸縮量的計算進行說明。

1、使用環(huán)境條件

　(1) 安裝場所：戶外 (2) 環(huán)境溫度：-30℃～+40℃ (3) 最大日溫差：20K
　(4) 日照溫升：5K  (5) 通電溫升：30K  (6) 安裝時環(huán)境溫度：5℃～+30℃

　(7) 材料的線膨脹系數(shù)α：鐵：α1＝11.7×10-6　鋁：α2＝23.9×10-6

2、溫度變化量的計算

　根據(jù)使用環(huán)境條件，結(jié)合大連某站熱伸縮拉桿型波紋管的具體情況，可分別計算出波紋管的年溫度變化量和日溫度變化量。

（1）年溫度變化量

?、?當環(huán)境溫度為+40℃時，在工況㈠條件下的溫度變化量：

母線殼體的溫度變化量△T1＝(+40)－(+5)＋(+30)＋(+5)＝70K

熱伸縮拉桿的溫度變化量△T2＝(+40)－(+5)＋(+0)＋(+5)＝40K

?、?當環(huán)境溫度為-30℃時，在工況㈥條件下的溫度變化量：

母線殼體的溫度變化量△T3＝(-30)－(+30)＋(+0)＋(+0)＝-60K

熱伸縮拉桿的溫度變化量△T4＝(-30)－(+30)＋(+0)＋(+0)＝-60K

（2）日溫度變化量

　在計算日溫度變化量時不需要考慮年平均環(huán)境溫度和安裝溫度，變化量如下：

　母線殼體的溫度變化量△T5＝ (+20)＋(+5)＋(+30)＝55K

　熱伸縮拉桿的溫度變化量△T6＝ (+20)＋(+5)＋(+0)＝25K

3、波紋管軸向變形量的計算

　在GIS變電站中地基一般采用鋼筋混凝土基礎(chǔ)，熱伸縮拉桿(材質(zhì)：鐵)與地基具有幾乎相等的線膨脹系數(shù)，因此可認為它們兩個屬于同步等量熱伸縮。此外，由于波紋管較短(485mm)，為簡化計算，可忽略波紋管自身熱伸縮產(chǎn)生的變形。因此，可求出因熱伸縮而導致的波紋管的年變形量X和日變形量Y。

年變形量的計算

    在工況㈠條件下的年變形量：X＝L1×α1×△T2－L2×α2×△T1＝-5.24mm

　在工況㈥條件下的年變形量：X＝L1×α1×△T4－L2×α2×△T3＝2.97mm

　其中負值表示波紋管被壓縮，正值表示被拉伸。

　按照以上的參數(shù)條件，安裝完成后，因熱伸縮拉桿和殼體的綜合熱伸縮作用，波紋管將在壓縮5.24mm(通電的夏季)與拉伸2.97mm(不受電的冬季)之間的可能范圍內(nèi)變動。為了使波紋管有足夠的熱伸縮裕度，年變形量以計算值的2倍左右加以考慮，即+5mm至-10mm范圍內(nèi)變化。

日變形量的計算

　Y＝L1×α1×△T6 －L2×α2×△T5＝-4.5mm

　由上計算可知：當日溫差為0～20K時，波紋管將在0～4.5mm之間被壓縮。

　綜上所述，在目前的工程設(shè)計中，波紋管年變形量為±10mm，年伸縮次數(shù)為50次（以GIS的使用壽命50年考慮）；日變形量為-15mm，日伸縮次數(shù)為18250次(＝365天×50年)；同時，具有160mm的軸線壓縮和5mm的徑向拉伸能力，完全滿足工程的伸縮需求。

4、結(jié)論

　近年來，隨著戶外大型變電站的迅猛增長，溫度補償型波紋管在GIS設(shè)備中被廣泛使用。本文以熱伸縮拉桿型波紋管為例，對波紋管的熱伸縮量計算進行了簡要介紹。在實際工程中，熱伸縮問題不僅僅只需考慮波紋管，還要從設(shè)備的結(jié)構(gòu)、支撐的布置、內(nèi)壓載荷等多方面進行綜合分析，只有這樣，波紋管的選用及布置才能更加合理、經(jīng)濟，設(shè)備的運行才能更加安全、可靠。