钢管塔设计、结构特点和焊接要求-20141102

钢管塔设计 结构特点和焊接要求 华东电力设计院董建尧2014年11月2日镇江 输电线路结构型式 钢管塔结构特点 钢管塔用法兰 钢管塔焊接要求 1 2 3 6 钢管塔用直缝焊管 4 钢管塔用标准化连接插板 5 输电线路结构型式 1 1 输电线路结构型式 电网电源点发电后 经过变电站到达用户的这个输变电的过程组成了电网 变电站 电源 用户 变电站 用户 1 输电线路结构型式 杆塔输电杆 塔是输电电网通道的载体 是关键的支撑结构 直接影响到电网的安全和稳定 1 输电线路结构型式 混凝土电杆35kV及以下配电网应用较多 110kV 220kV高压输电线路中也有应用 1 输电线路结构型式 钢结构铁塔 适用于各种电压等级 应用广泛 1塔型选择 1 输电线路结构型式 钢管塔结构特点 2 2 钢管塔结构特点 2 钢管塔结构特点 钢管塔的应用范围和结构特点 可承载导线大 输送容量大 钢管塔构件风压小 节约钢材 结构荷载大 塔高高 结构简洁 传力清晰 外型美观 结构延性好 抗过载能力强 安全性能佳 可承担角钢结构无法承担的超大荷载 技术经济优势明显 2 钢管塔结构特点 2001年 2003年间设计 并于2004 2005年间投运的 500kV扬州二厂 斗山线路 500kV武南 锡东南线路 500kV杨高变 杨行变线路投运线路总公里数200公里左右 第一代钢管塔 2 钢管塔结构特点 特点 格构式钢管塔 刚性腹杆 相贯焊 焊接工作量大 钢管非标准 加劲板法兰 加工效率极低 塔重较重 材质Q345 Q235 第一代钢管塔 2 钢管塔结构特点 2006年 2008年间设计 并于2007 2009年间投运的 500kV外高桥 顾路线路 500kV顾路 南汇线路 500kV南汇 三林线路 包括双回路 四回路线数近50公里 第二代钢管塔 2 钢管塔结构特点 特点 格构式钢管塔 刚性腹杆 摒弃相贯焊 焊接工作量小 钢管标准化 但法兰仍有加劲板 加工效率提高 塔重轻15 20 常规材料 Q345B Q235B 第二代钢管塔 2 钢管塔结构特点 2008年 2009设计 500kV练塘 泗泾线路 全长41公里 双回34公里 四回7公里 2008年 2011设计 1000kV淮南 浙北 上海 皖电东送 工程 全长650公里等 2011年 2013设计 1000kV浙北 浙中 浙南 福州工程 全长1 4线路17万吨 第三代钢管塔 2 钢管塔结构特点 特点 格构式钢管塔 刚性腹杆 摒弃相贯焊 焊接工作量小 钢管标准化 采用环向对接焊的锻造法兰 加工效率进一步提高 塔重再次轻8 12 材料 Q460C Q420B Q345B 第三代钢管塔 2 钢管塔结构特点 第三代钢管塔 2 钢管塔结构特点 第三代钢管塔 2 钢管塔结构特点 第三代钢管塔 2 钢管塔结构特点 1000kV淮南 上海 皖电东送 输电线路我国第一条百万等级的双回路特高压线路 东线工程概况 线路总长642 35km 全线采用钢管塔 导线截面 8 630 输送容量 正常6500MW 极限12000MW 涉及3个风压气象区 27 30 32m s 2个覆冰气象区 10mm 15mm 皖电东送工程全线线路走向示意图 安徽省 浙江省 全线25 7万吨钢管塔焊接质量直接影响钢管塔的安全和使用寿命 上海市 江苏省 2 钢管塔结构特点 皖电东送工程全线线路走向示意图 安徽省 浙江省 全线30万吨钢管塔总长756公里 上海市 江苏省 北半环特高压 钢管塔的推广应用面临最大的问题 1 设计研究 加工制造 施工安装以及监理监造的能力 2 加工效率低下 人工焊接仍然大量存在 3 制造成本较高 影响钢管塔的经济优势 4 钢管 法兰 高强螺栓等零部件质量离散性较大 5 山区运输问题较大 代价较高 制约大面积的推广 6 全国范围内产能有限 如特高压工程集中上马 面临巨大的加工压力 2 钢管塔结构特点 钢管塔用法兰 3 刚性有劲法兰刚度好 但手工焊接工作量巨大 加工效率低下 柔性无劲法兰无加劲板 焊接少 但刚度差 法兰的螺栓受弯 3 钢管塔用法兰 3 钢管塔用法兰 根据收集到的资料 高颈锻造法兰是日本钢管塔中常用的法兰型式 日本锻造法兰均采用对焊连接 外形美观 焊接可靠 日本的高颈锻造法兰主要有以下两种型式 为最大程度地提高钢管塔的生产效率 采用高颈锻造法兰 减少法兰加劲板的焊接工作量是行之有效的办法 对接式 嵌入对接式 3 钢管塔用法兰 目前国内可以现成采用的高颈锻造法兰型式有以下两种 对焊法兰和平焊法兰 如下图所示 带颈对焊法兰 推荐 带颈平焊法兰 不推荐 国家标准GB T9115 1 2000 对焊钢制法兰 和GB T9116 1 2000 带颈平焊钢制管法兰 3 钢管塔用法兰 1 试验和研究 有限元分析 法兰足尺试验 铁塔真型试验 2 参数 确定法兰盘厚度 法兰颈厚度 高度 坡度 圆弧弧度 R 等参数3 材质 确定Q345材质 4 标准化 确定法兰的配置表 带颈对焊法兰 推荐 带颈平焊法兰 不推荐 3 钢管塔用法兰 标准化锻造法兰配置表 3 钢管塔用法兰 锻造法兰的命名原则 3 钢管塔用法兰型式 标准化锻造法兰参数表 3 钢管塔用法兰型式 管道法兰受力示意图 3 钢管塔用法兰型式 钢管塔法兰受力示意图 3 钢管塔用法兰型式 带颈平焊法兰 应力100Mpa 3 钢管塔用法兰型式 带颈平焊法兰 应力200Mpa 3 钢管塔用法兰型式 带颈平焊法兰 应力300Mpa 3 钢管塔用法兰型式 带颈平焊法兰 应力400Mpa 3 钢管塔用法兰型式 1 角焊缝 焊接工艺简单 要求低 成本低 质量难控难检 2 焊缝离开较远 受力不均匀 变形不一致 应力状况复杂 3 有空隙 易进酸进水 镀锌易暴胀 影响法兰的可靠度 3 钢管塔用法兰型式 1 环向对接焊缝 焊接要求高 质量需检测易控制 2 焊缝受力均匀 变形较协调 应力状况简单 3 只要焊接过关 法兰连接的质量可靠 3 钢管塔用法兰型式 钢管塔用直缝焊管 4 管道用钢管的受力方向 4 钢管塔用直缝焊管 纵向焊缝要求较高 钢管塔用钢管的受力方向 4 钢管塔用直缝焊管 4 钢管塔用直缝焊管 环向焊缝要求较高 环向焊缝要求较高 与锻造对焊法兰焊接 4 钢管塔用直缝焊管 环向焊缝二级以上 与刚性法兰焊接 与柔性无劲法兰焊接 4 钢管塔用直缝焊管 环向焊缝 三级角焊缝 环向焊缝 三级角焊缝 4 钢管塔用直缝焊管 与锻造法兰焊接实物照片 与插板接头焊接 4 钢管塔用直缝焊管 管 管相贯焊接 4 钢管塔用直缝焊管 利用连接板连接 4 钢管塔用直缝焊管 7 塔型规划和钢管塔标准化设计 Q235 7 塔型规划和钢管塔标准化设计 Q345 4 钢管塔用直缝焊管 4 钢管塔用直缝焊管 GB T13793 92 直缝电焊钢管 GB T6728 2002 结构用冷弯空心型钢尺寸 外形 重量及允许偏差 GB T3091 2001 低压流体输送用焊接钢管 GB T8162 1999 结构用无缝钢管 型材 4 钢管塔用直缝焊管 钢管塔用标准化连接插板 5 常用插板型式5种 标准化设计选取3种 5 钢管塔用标准化连接插板 5 钢管塔用标准化连接插板 C1505H7表示为 Q345B材质D159 5钢管规格 钢管强度利用率为70 的槽型插板 槽型 插板连接结构图C1505H7 5 钢管塔用标准化连接插板 槽型插板实物照片 槽型插板被广泛地应用于钢管塔结构的各个部位 5 钢管塔用标准化连接插板 主 斜材连接 K 节点 斜材 辅助材连接 K 节点 5 钢管塔用标准化连接插板 隔面 斜材连接 米 节点 5 钢管塔用标准化连接插板 U1505H7表示为 Q345B材质D159 5钢管规格 钢管强度利用率为70 的U型插板 U型 插板连接结构图U1505H7 5 钢管塔用标准化连接插板 U型 插板实物照片 5 钢管塔用标准化连接插板 U型 插板的应用 5 钢管塔用标准化连接插板 X1506H7表示为 Q345B材质D159 6钢管规格 钢管强度利用率为70 的 十 字型插板 十型 插板连接结构图X1506H7 5 钢管塔用标准化连接插板 十型 插板实物照片 5 钢管塔用标准化连接插板 十型 插板的应用 5 钢管塔用标准化连接插板 十型 插板的应用 5 钢管塔用标准化连接插板 钢管塔焊接要求 6 焊接热影响区和焊接残余应力 71 6 钢管塔焊接要求 最大轴向残余应力可达屈服强度的40 50 焊接热深度影响区约为4倍焊脚尺寸的范围 1 钢管与带颈锻造法兰的环向对接焊缝 钢管主材变坡处的环向对接焊缝要求100 熔透 且应达到一级焊缝的质量标准 同时按相关规定进行焊接工艺设计 评定 以合格工艺施焊 焊缝质量应按标准要求进行检查 变坡处钢管的纵向焊缝应错开布置 72 6 钢管塔焊接要求 2 钢管与刚性法兰焊接时 钢管应插入法兰厚度一半深 双面角焊缝 如图4所示 焊脚尺寸取管壁厚度 73 加劲板与与法兰盘 管壁焊接处都应有切角 避免焊缝重叠 切角采用圆弧型式 圆弧半径C可比法兰角焊缝焊脚尺寸高5mm 10mm 以利于流锌 6 钢管塔焊接要求 3 钢管与柔性法兰焊接时 壁厚变化 焊脚高度 剖口角度 有无内缝 管壁间隙 6 钢管塔焊接要求 3 钢管与柔性法兰焊接时 对上圈环向角焊缝 当法兰板厚 30mm时 法兰盘内侧应倒角坡口 焊脚尺寸可取焊缝的有效高度 对下圈环向角焊缝 当钢管壁厚 8mm时 钢管端外侧应倒角坡口 焊脚尺寸可取焊缝的有效高度 75 6 钢管塔焊接要求 4 节点板和钢管的主要受力焊缝 应满足外观二级的质量要求 焊脚尺寸取较薄构件的1 2倍 当节点板厚度 8mm时 应根据焊接规程要求开坡口焊接 76 5 节点板或钢管上的加劲板焊缝为次要焊缝 一般均为角焊缝 满足三级焊缝的质量要求 焊脚尺寸取较薄构件的1 0倍 当加劲板厚度 12mm时 应根据焊接规程要求开坡口焊接 77 6 对于T型连接焊缝 当对t2厚度大于20mm的板材在厚度方向进行焊接时 应采取冷却收缩时不易引起层状撕裂的焊接工艺控制措施 78 6 钢管塔焊接要求 7 对于钢管与钢管的相贯焊缝 焊脚尺寸未注明者一般不小于较薄构件的1 2倍 且不大于2 0倍 焊缝沿全周连续焊接并平滑过渡 当被焊接构件厚度 8mm时 要按规定进行剖口后再焊 6 钢管塔焊接要求 6 钢管塔焊接要求 6 钢管塔焊接要求 鞍部 跟部 鞍部 冠部 相贯焊 鞍部应力最大 根部和冠部相对应力较小 根据管径差别 在2 5 4 5倍之间 8 焊接时 不得随意加大焊缝 避免焊缝立体交叉和在一处集中大量的焊缝 9 所有焊接件均需加封焊 以防酸液进入接触面而造成锈蚀 导地线挂点 抱杆承托绳耳板孔 横担提线用施工孔等统一采用套管或厚板钻孔塞焊的形式 6 钢管塔焊接要求 10 塔头横担挂线处密集焊缝的处理 6 钢管塔焊接要求 11 环向加劲板的拼焊处理 6 钢管塔焊接要求 11 环向加劲板的拼焊处理 6 钢管塔焊接要求 11 环向加劲板的拼焊处理 6 钢管塔焊接要求 11 环向加劲板的拼焊处理 6 钢管塔焊