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摘要：本文论述了一种新型带电作业更换绝缘子的闭式卡具，采取双螺母调节托瓶器内腔直径的设计方案，通过调节托瓶器的内腔来适应同型号不同批次绝缘子钢帽，实现托瓶器的通用化。采取钛合金作为主要材质，经久耐用，安全可靠。极大提高了工作效率，促进了工程进度。
关键词：电力；通用闭式；卡具研发
一、项目简介
本课题将在总结或借鉴我国流输电线路检修作业工器具制造技术的基础上，结合线路上使用的160KN绝缘子的具体情况，研制适用于160KN绝缘子检修作业通用性的工器具，填补通用型绝缘子更换工器具的空白，为我国输电线路检修作业提供经验。
二、研究过程
2.1绝缘子更换基本原理
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1、5—绝缘子；2—前卡；3—紧线器；4—后卡
图2.1绝缘子更换原理
如图2.1所示，绝缘子更换基本原理是前卡卡在绝缘子钢帽的凸台前方，后卡卡在绝缘子钢帽的凸台后方，卡紧后通过紧线丝杠来收紧前、后卡，靠前、后卡与丝杠连接来受力，松弛前、后卡中间的绝缘子，进行更换作业。
2.2 160KN绝缘子的研究
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图2.2绝缘子示意图
各个厂家生产的绝缘子由于生产工艺及误差的影响，尺寸都有一定的差别。参考绝缘子更换的原理，如图2.2所示，影响绝缘子更换的关键尺寸为D、φ和D1。通过对不同厂家的生产的160KN绝缘子的研究测量，发现了这些关键尺寸有以下的共通性：
1.D尺寸：
D尺寸的变动范围为φ90mm-φ100mm；
2.φ尺寸：
D-φ的值基本相同；
3.D1尺寸：
D-D1的值基本相同。
通过以上研究结果不难发现，如果绝缘子更换工具能满足不同绝缘子的D尺寸，那么可以确定此工具可以通用。
2.3 16T通用闭式卡具的研发
考虑到输电线路更换绝缘子的的重要性和难度，对160KN通用闭式卡具进行了研究设计和改进。
1、根据更换绝缘子工具的基本原理，需要通用托瓶器能够对绝缘子的卡点有较好的包容性以保证安全。
2、根据160KN绝缘子的外型尺寸，需要通用托瓶器能够进行一定的调节，以适应不同尺寸的同级别绝缘子。
3、在绝缘子更换的作业中，需要通用托瓶器能够拆装方便，操作可靠简单。
4、由于需要适应不同尺寸的绝缘子，使用频率较高，考虑选用高强度材料，增加安全性，降低风险。
5、尽可能的减轻重量，方便携带和高空操作。
综上所述，选用高强度轻质材料制作工具，并能适用D尺寸的变动为φ90mm-φ100mm范围（如图2.2所示）的160KN绝缘子，其中D=φ100mm为初始工作状态尺寸，根据绝缘子尺寸的，可以逐步缩小，直到适用D=φ90mm的绝缘子。
2.4 材料的选取
2.4.1卡具主体材料的优选
卡具型式及工作负荷确定后，进一步需要确定的就是卡具主体的材质。可供选择的卡具主体材质及机械性能见下表1：
从表1中可见：40Cr、LC4、TC4三种材料的机械强度都较高，如选用铝合金（LC4）材料，虽然材料比重较小，但力学性能[бb]及[бs]较钢材40Cr及钛合金TC4小的多，差了1倍左右，做成的卡具外形尺寸较大，整体重量反而较大，使用时需要较大的安装空间。
表1 几种材料机械性能比较
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材 料
牌 号
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抗拉强度
σb （MPa）
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屈服强度
σs （MPa）
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比 重
Ρ（kg/m3）
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备 注
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45
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610
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360
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7.8
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GB/T699-99
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40Cr
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980
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780
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8.1
|
GB3077-99
|
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2A12
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390
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295
|
2.85
|
GB/T3191-98
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7A04
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490
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412
|
2.85
|
GB/T3191-98
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|
TC4
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902
|
824
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4.55
|
|
|
TC9
|
1059
|
|
4.55
|
对于钢材40Cr及钛合金TC4，二者机械性能[бb]及[бs]很接近，40Cr的比重比TC4高1.8倍，因此40Cr材料不可取[1]。
钛合金TC4比重比铝合金7A04大1.6倍，但力学强度均为铝合金的2倍多，做成的卡具除长度尺寸外，其他外形尺寸均比铝合金卡具小一半，整体重量反比铝合金卡具轻，另外由于外形尺寸小，使用时需要的安装空间小，操作也相对方便的多。
综合多方面考虑，最终确定用钛合金TC4材料来制作工具。
2.4.2钛合金材料的性能特点
钛是同素异构体，熔点1720℃，882℃为同素异构转变温度。α—Ti是低温稳定结构，呈密排六方晶格；β—Ti是高温稳定结构，呈体心立方晶格。不同类型的钛合金，就是在这两种不同组织结构中添加不同种类、不同数量的合金元素，使其改变相变温度和相分含量而得到的。室温下钛合金有三种基体组织（α、β、α+β），故钛合金也相应分为三类（详细可参考有关资料）。
TC4，它由α及β两相组成，α相为主，β相少于30%。此合金组织稳定，高温变形性能好，韧性和塑性好，能通过淬火与时效使合金强化，热处理后强度可比退火状态提高50%～100%，高温强度高，可在400～500℃下长期工作，热稳定性稍逊于α钛合金。
2.5强度计算
2.5.1 计算目的
通过模拟工况进行强度计算，分析计算结果，用以验证160KN通用托瓶器是否能满足前期设想的功能，取得理论依据。
2.5.2计算过程
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图2.4 方案图
由于卡具内腔逐步缩小，故只用计算包容最大的D=φ100mm和包容最小的D=φ90mm，如能满足，则φ100mm至φ90mm范围内尺寸都能满足。
卡具主要技术参数：
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工作负荷
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材质
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卡具中心距
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备注
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45KN
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TC4
σs=824Mpa
σb=902MPa
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420mm
|
简化力学模型：
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当D=φ100mm：
由上图可以看出，在A-A截面处有最大弯矩，故对此截面进行计算为主。
1）A-A截面处的强度计算：
A-A处的截面结构如下图
经计算该截面惯性距为：Ia= 494333.333 mm4
则该截面的抗弯截面模量为W=21492.75361mm3
施加于该截面上的弯距为：
M =（P/2）×210=（45000/2）×210×3=14175000N.mm
则该截面上的弯曲应力为：
σ=M/W
σ=659.6<σs=824Mpa
2）B-B截面处的强度计算：
B-B处的截面结构如下图
经计算该截面惯性距为：Ia= 444944.667 mm4
则该截面的抗弯截面模量为W= 19345.3913mm3
施加于该截面上的弯距为：
M =（P/2）×125=（45000/2）×125×3= 8437500N.mm
则该截面上的弯曲应力为：
σ=M/W
σ= 437Mpa<σs=824Mpa
3）C-C截面处的强度计算：
C-C处的截面结构如下图
经计算该截面惯性距为：Ia= 300712.000 mm4
则该截面的抗弯截面模量为W= 13074.43478mm3
施加于该截面上的弯距为：
M =（P/2）×83=（45000/2）×83×3= 5602500N.mm
则该截面上的弯曲应力为：
σ=M/W
σ= 429Mpa<σs=824Mpa
4）D-D截面处的强度计算：
D-D处的截面结构如下图
则由手册查得该截面的抗弯截面模量为W= 4232mm3
施加于该截面上的弯距为：
M=（P/2）×30=（45000/2）×30×3= 2025000N.mm
则该截面上的弯曲应力为：
σs=M/W=479MPa<σs=824Mpa
故卡具在工作负荷作用下，工作是安全的，并且有足够的安全裕度。
5）卡具两端的耳片截面计算：
耳片截面图如下：
此处截面容易发生剪断，故该处截面以剪切计算为主。
剪切面面积A=15.5×12=186mm2
剪切力为P/2=45000/2=22500N
故剪切应力为δ剪=22500/186=120.97MPa
取安全系数为3，则TC4的许用剪切应力为：
δ许=824×0.6/3=164.8MPa >δ剪=120.97MPa
由此可以看出，该截面的强度足够安全
耳片处螺钉的计算：
由于该处的螺钉为M14的自制螺栓。为工厂厂标件，工作强度足够，在此就省略计算。
D=φ90mm：
当D=φ90mm时，卡具只有前卡卡爪处不能完全包围绝缘子凸台，只能包容一部分（如图2.5），其余受力情况不变，故只需计算卡爪受力：
卡爪受力计算：
许用剪切应力<τ>=824×0.6/3=164.8MPa
卡爪所受剪切力τ=9P/2πdb=46.07 MPa≤<τ>
卡爪所受弯曲应力：σ =3×27Ph/2db2=682Mpa<σs=824Mpa
所以D=φ90mm时，卡爪能满足工作强度要求。
图2.5 卡爪受力范围
由以上计算可以得出结论，该卡具主体在工作负荷为45KN时，工作是安全的，并且能够保证3倍的安全系数[2]。
三、结语
本实用新型涉及一种闭式卡具，涉及电力系统的技术领域，其包括两个正对设置的卡体，两个所述卡体正对的一侧开设有半圆状的卡槽，闭合状态下两个所述卡槽同轴心，每一所述卡体内壁均设有多组夹紧组件，所述夹紧组件包括与所述卡体内壁铰接的铰接轴，与所述铰接轴固接的抵紧块，穿过所述卡体周壁且与所述卡体螺纹连接的顶丝，所述顶丝可与所述抵紧块远离所述卡体轴心的一侧接触，所述铰接轴的轴线与所述卡槽的切线平行，设所述抵紧块接近所述卡槽轴心的一侧壁为夹紧面，所述夹紧面设有弧形的卡紧槽，凸缘可嵌入所述卡紧槽内.本实用新型具有可将钢帽夹持的更加牢固的效果。
参考文献：
[1]刘正军.500kV输电线路检修通用型闭式卡具的研制与运用[J].电工技术，2019（19）：113-114，117.
[2]通用闭式卡具的研究与开发[Z].华北电力科学研究院有限责任公司.2003.
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2.2提标改造路线分析
在现代化和提高城市废水质量的过程中必须考虑的主要问题是对TP和CC排放的控制，这与排放标准相对应。因此，现代化旨在加强，过滤处理。其中，通过凝结沉淀迅速达到去除干扰固体并降低总磷浓度的目的。这是一种有效的加固方法。改善和改变的过程涉及两种形式的扩展治疗。一是微絮凝工艺，另一种是混凝-沉淀-过滤工艺。以上两种方法需要不同的结构。经过传统的旧工艺处理后，将进一步加工V型砂滤器和连续流式砂滤器。后者是使用高性能de水器+砂滤布的传统选择。过滤器进行高级处理。以上两种方法是具有不同优点的常规方法，涵盖了更新和改进。以上两个过程都经过评估。
2.2.1处理效果分析
根据沉淀物混凝过程中城市污水回用规范》的有关要求，二次处理水的SS通常为20 mg/l。添加过滤过程可以将SS浓度保持在以下范围内。8-12 mg/l，但对于第一级A规范，流量中的CC浓度应小于10 mg/l。在这种情况下，可以使用固体沉淀+过滤方法。在实践中，已经表明，通过这种方法，可以在相对稳定的范围内控制。在分析治疗效果时，凝结+微滤和沉淀模式大于微聚焦效果。
2.2.2水质波动分析
城市废水经常表现出水质的剧烈波动。微流工艺使用少量添加剂来快速固化废水中的悬浮固体，并且过滤器由粗颗粒制成，可以满足粒度要求。这种方法有几个缺点。特别地，过滤器的损失相应地增加，并且过滤器由于从外部添加药物而被阻塞，并且在严重的情况下会发生冷凝。丝凝法通常是沉淀池和净化池的组合，可以减少过滤器的应变，并在水质波动时提供更清洁的保证效果。
2.2.3运行管理分析
它基于深度过滤，是满足微絮凝工艺过程要求的主要砂子过滤方法。根据不同水质的需求，您可以有选择地选择是否需要加药。沉淀+过滤过程主要通过结构培养和深层过滤进行，因此其处理和控制相对困难。
3结语
也就是说，在现代社会中，人们的生活水平进一步提高，并且随着科学技术水平的提高，人们对水处理厂的处理技术提出了更高的要求，改善和重建趋势的项目快速适应实际工作条件。在用于污水处理厂。因此，预计污水处理厂将根据污水处理厂的实际情况，根据当地公共部门有关水处理法规的实施，逐步扩大和改善项目的持续现代化和适应性，提高治疗设施的效率。经济和社会利益构成了坚实的基础，并为我国城市进程的可持续发展做出了充分的贡献。
参考文献：
[1]肖艳.城镇污水处理厂提标改造多污染物深度去除实践[J].能源环境保护，2020，34（06）：51-54.
[2]黄志心.城镇污水处理厂提标改造实践与思考[J].中国给水排水，2020，36（22）：48-53+60.
[3]俞勇，喻盛华，陈达钢.浙江省城镇污水处理厂清洁排放技术改造的实践与思考[J].环境工程，2020，38（07）：19-24.
[4]魏建文，魏玮，王敦球，耿琳琳.桂林市七里店城镇污水处理厂的提标节能改造实践[J].中国给水排水，2012，28（24）：78-82.