Введение к работе
Актуальность темы. При проектировании и эксплуатации металлических конструкций опор ВЛ одной из основных задач является обеспечение их надежности в течение всего срока службы. В энергосистемах Украины в настоящее время эксплуатируются около 40 тысяч километров воздушных линий электропередачи на металлических опорах,, общая масса которых достигает 600 тысяч тонн. Причем они установлены и эксплуатируются в климатических районах с различными температурно-влажностными и аэрохимическими характеристиками.
Особенностью оцинкованных опор является их высокая атмо-сферостойкость. Физико-химические свойства цинка, относительная простота технологии и оборудования для нанесения цинковых покрытий позволяет применять их для защиты металлоизделий от коррозии.
Однако, практика эксплуатации оцинкованных опор в агрессивных средах показала, что отказ элементов конструкций наступает раньше нормативного срока службы. Это объясняется тем, что при проектировании назначение толщины цинковых покрытий производится без учета условий эксплуатации. В существующих нормативных документах указывается, что толщина защитного покрытия должна быть не менее 80 мкм. Отсутствуют исследования долговечности оцинкованных опор ВЛ, ограничены отечественные и зарубежные данные о величине и закономерностях коррозионного износа цинковых покрытий.
В настоящее время в Украине существует единственный завод-изготовитель оцинкованных высоковольтных опор, который активно участвует в международных тендерных торгах. Для обеспе-
чения конкурентной способности изготавливаемых на заводе конструкций необходимо гарантировать заказчику требуемые показатели надежности и долговечности при оптимальных затратах.
Достижение требуемой долговечности металлоконструкций опор ВЛ возможно лишь в том случае, если на стадии проектирования линии будет учитываться коррозионный износ конструкции в зависимости от ее напряженно-деформированного состояния, а защитные покрытия будут подбираться с учетом агрессивности среды и требуемого срока эксплуатации.
Все это позволяет гарантировать высокую надежность металлоконструкций в течение заданного срока эксплуатации, исключить необходимость регулярных технических освидетельствований и реконструкцию опор, получить экономию материальных и трудовых ресурсов.
Диссертационная работа выполнена на кафедре "Металлические конструкции" Донбасской государственной академии строительства и архитектуры в рамках научно-технических работ, выполняемых по заказу Минэнерго Украины и отраслевой научно-технической программы 0.55.01.121 "Разработать и внедрить прогрессивные способы строительного обеспечения реконструкции и технического перевооружения промышленных предприятий, сокращающие сроки ввода мощностей, стоимости строительно-монтажных работ за счет максимального использования конструкций эксплуатируемых зданий и сооружений".
Цель и задачи работы. Целью диссертации является совершенствование расчетно-экспериментальных методов обеспечения гарантированных показателей долговечности стальных опор ВЛ с цинковыми покрытиями для различных агрессивных сред при проек-
тировании, изготовлении и эксплуатации.
Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:
провести натурные исследования оцинкованных стальных опор ВЛ и установить основные повреждения, снижающие их надежность и долговечность;
выполнить комплексные коррозионные испытания с целью установления кинетики коррозионного разрушения цинковых покрытий, определить влияние напряженно-деформированного состояния на их коррозионную стойкость;
разработать технологию цинкования элементов опор, позволяющую получать покрытия различной толщины и обеспечивающую качество в соответствии с требованиями международных стандартов;
создать методику и программу расчета рациональных толщин цинковых покрытий с учетом агрессивности среды, напряженно-деформированного состояния, технологии изготовления при обеспечении гарантированных показателей долговечности;
провести численные исследования по выбору оптимальных вариантов защитных покрытий для опор башенного типа;
на основе технико-экономического анализа сравнить болтовые и сварные опоры с учетом стоимости изготовления, монтажа и эксплуатации.
Научная новизна работы:
- впервые предложена методика дифференцированного опреде
ления толщины защитных цинковых покрытий элементов опор с уче
том напряженно-деформированного состояния и агрессивности экс
плуатационной среды, обеспечивающая требуемую долговечность и
экономичность;
экспериментально установлены и теоретически обоснованы коэффициенты влияния напряженно-деформированного состояния элементов конструкций на скорость коррозии цинковых покрытий;
предложена технология горячего цинкования стальных конструкций опор ВЛ, позволяющая получать покрытия различной толщины при обеспечении требований международных стандартов;
методами численных исследований доказана экономическая эффективность использования болтовых опор для высоковольтных линий электропередачи.
На защиту выносятся:
результаты натурных исследований технического состояния оцинкованных стальных опор ВЛ;
экспериментальные зависимости и показатели коррозионной стойкости цинковых покрытий, полученные при натурных и ускоренных испытаниях в различных типах атмосферы;
методика дифференцированного назначения толщины защитных цинковых покрытий при проектировании опор с учетом напряженно-деформированного состояния, агрессивности среды и срока службы конструкции;
результаты коррозионно-механических и металлографических исследований крепежных изделий опор ВЛ;
технико-экономический анализ стальных опор с болтовыми и сварными соединениями с учетом изготовления, монтажа и эксплуатации.
Практическая ценность работы. Проведенные комплексные исследования позволяют проектировать конструкции опор ВЛ с требуемыми показателями надежности и долговечности при опти-
мальных затратах на изготовление и эксплуатацию.
Внедрение результатов исследований. Материалы исследований вошли в нормативный документ "Металлические и железобетонные опоры воздушных линий электропередачи напряжением 35 кВ и выше. Методические указания по оценке технического состояния и перерасчету", рекомендованные для использования в Минэнерго Украины с 1 января 1996 года.
Разработанная технология цинкования, позволяющая дифференцированно получать толщины цинковых покрытий в зависимости от напряженно-деформированного состояния конструкции, срока службы и агрессивности эксплуатационной среды, внедрена при изготовлении конструкций на ОАО "Донецкий завод высоковольтных опор".
Созданная методика прогнозирования коррозионного износа оцинкованных опор ВЛ внедрена в проектно-изыскательском и научно-исследовательском ОАО "Укрэнергосетьпроект" и позволила выполнить технико-экономический анализ и дать оценку эффективности применения сварных окрашиваемых и болтовых цинкуемых опор ВЛ для условий Украины.
Апробация работы. Основные положения диссертационной работы докладывались на международной конференции "Студент и прогресс строительной индустрии" в г.Москве в 1990 году, на II 1-й Международной научной конференции "Материалы для строительных конструкций" 8-Ю июня 1994 г. в г.Днепропетровске, на заседании Международного научного семинара "Методические вопросы исследования надежности больших систем энергетики", в г. Киеве в 1995 году.
Публикации. По теме диссертации опубликовано шесть печат-
ных работ, отражающих ее основное содержание.
Объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, основных результатов и выводов, списка литературы и приложений.
Работа изложена на 218 страницах, в том числе 108 страниц основного текста, 30 таблиц, 49 рисунков, 143 наименования литературы, 42 страницы приложений.