非金屬殼體預(yù)裝式變電站之GRC殼體應(yīng)用
近十余年來(lái)，由于各地城網(wǎng)改造的普遍展開(kāi)，預(yù)裝式變電站大量出現(xiàn)在城市的市政道路旁與社區(qū)建筑中。傳統(tǒng)的預(yù)裝式變電站殼體常常采用鋼板或復(fù)合板制造，結(jié)構(gòu)形式和造型單一，耐腐蝕性差，隔熱與通風(fēng)散熱效果也不佳，還常常成為街頭涂鴉和粘貼小廣告的匯集地，造成了視覺(jué)污染，更破壞了城市環(huán)境。怎樣從總體上改變預(yù)裝式變電站的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)已成為城市建設(shè)的重要問(wèn)題。
本文就預(yù)裝式變電站殼體的現(xiàn)狀歸納了存在的主要問(wèn)題，并針對(duì)問(wèn)題提出了主要的解決方案。結(jié)合對(duì)非金屬殼體預(yù)裝式變電站和金屬殼體預(yù)裝式變電站進(jìn)行對(duì)比分析和實(shí)驗(yàn)研究。指出殼體“底進(jìn)頂出”的通風(fēng)結(jié)構(gòu)方式，是解決常規(guī)“側(cè)進(jìn)側(cè)出”通風(fēng)結(jié)構(gòu)方式散熱效果不佳問(wèn)題的有效方法。分析了GRC殼體預(yù)裝式變電站設(shè)計(jì)中遇到的問(wèn)題和解決辦法，并詳細(xì)介紹了GRC殼體預(yù)裝式變電站的特點(diǎn)和需要注意的主要問(wèn)題。
預(yù)裝式變電站殼體用材及通風(fēng)結(jié)構(gòu)方式的改變，不僅對(duì)該類(lèi)產(chǎn)品性能的改進(jìn)起到關(guān)鍵的作用，還將對(duì)相關(guān)產(chǎn)品的設(shè)計(jì)和制造產(chǎn)生較大的影響。
1預(yù)裝式變電站殼體現(xiàn)狀
1.1預(yù)裝式變電站殼體分類(lèi)
多年來(lái)，國(guó)內(nèi)制造的緊湊型預(yù)裝式變電站產(chǎn)品，其結(jié)構(gòu)的原型是來(lái)自十幾年前歐洲的同類(lèi)產(chǎn)品。當(dāng)時(shí)，該類(lèi)產(chǎn)品結(jié)合中國(guó)廠家的加工能力，在很多方面進(jìn)行了簡(jiǎn)化處理。這些產(chǎn)品在結(jié)構(gòu)與用材上大致可分為以下幾個(gè)類(lèi)型。第一，殼體通常采用金屬板材加工，有沉箱式緊湊型結(jié)構(gòu)和全地面平置式結(jié)構(gòu)，表面噴涂處理。第二，應(yīng)用有水泥材料的箱體，全地面平置結(jié)構(gòu)，其門(mén)體為復(fù)合材料，表面涂敷建筑涂料。第三，主要采用復(fù)合板材加工，全地面平置結(jié)構(gòu)，框架表面涂漆處理，其余為材料自然表面。以上三類(lèi)產(chǎn)品的通風(fēng)結(jié)構(gòu)基本上采用“側(cè)進(jìn)側(cè)出”式。
1.2預(yù)裝式變電站殼體存在的問(wèn)題
第一，對(duì)于金屬材料制造的箱體，易發(fā)生因表面涂層質(zhì)量不高造成的銹蝕。第二，對(duì)于普通水泥材料制造的箱體，其門(mén)體因多為復(fù)合板材加工而成，結(jié)構(gòu)強(qiáng)度低且與整體外觀不協(xié)調(diào)。第三，對(duì)于以復(fù)合板材為主制造的箱體，整體結(jié)構(gòu)強(qiáng)度不高且外形美觀性較差。第四，上述幾種箱體因通風(fēng)結(jié)構(gòu)相同，均為“側(cè)進(jìn)側(cè)出”，散熱效果普遍不佳。第五，上述各種材料的箱體，因表面處理工藝等原因而無(wú)法避免因亂涂鴨和亂粘貼而造成的城市視覺(jué)污染。
1.3解決方案
1.3.1殼體材料選擇
選擇防腐性能好且具有一定加工性能和足夠機(jī)械強(qiáng)度的材料。可供選擇的材料諸如：GRC、SMC、金屬板內(nèi)襯外掛水泥預(yù)制裝飾板等。
1.3.2結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及工藝方案
針對(duì)所選定的材料，研究制定和組織實(shí)施相關(guān)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及工藝方案。例如：針對(duì)GRC材料，需要解決預(yù)制件模具、構(gòu)件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與制造工藝、構(gòu)件的裝配工藝和實(shí)現(xiàn)殼體構(gòu)件功能化的方案。
1.3.3通風(fēng)散熱方式的選擇
改變“側(cè)進(jìn)側(cè)出”的通風(fēng)結(jié)構(gòu)為“底進(jìn)頂出”的通風(fēng)結(jié)構(gòu)。
1.3.4表面形狀及涂層
對(duì)于外表面需要裝飾涂層的GRC構(gòu)件，為了有效地扼制“兩亂”現(xiàn)象造成的不良影響，殼體表面形狀應(yīng)制成凸凹不平狀，在色彩涂層外再涂以防粘貼、防涂鴉涂料。
2解決方案的理論推導(dǎo)與實(shí)踐驗(yàn)證
2.1解決方案所涉試品的實(shí)施內(nèi)容
試品的結(jié)構(gòu)類(lèi)型為沉箱“目”字排列緊湊型預(yù)裝式變電站，試品的沉箱部分由鋼板及型鋼焊接而成，地面部分構(gòu)件為GRC結(jié)合耐火隔熱材料以及預(yù)埋金屬件構(gòu)成。試品的沉箱部分涂敷底漿漆及外敷黑色瀝青漆，GRC構(gòu)件外表面涂敷彩色建筑涂料及JF系列防粘、防涂鴉涂料。
2.2GRC及其應(yīng)用
2.2.1GRC
耐堿玻璃纖維是GRC的肋筋材料，是100無(wú)機(jī)纖維。它的特點(diǎn)是質(zhì)輕、能有效抵抗水泥中高堿物質(zhì)的侵蝕，耐堿性好，握裹力強(qiáng)，彈性模量、抗沖擊、抗拉、抗彎強(qiáng)度極高，不燃、抗凍、耐溫度濕度變化能力強(qiáng)，抗裂、抗?jié)B性能卓越，具有可設(shè)計(jì)性強(qiáng)、易成型等特點(diǎn)，是廣泛應(yīng)用在高性能增強(qiáng)混凝土中的新型建筑材料。在混凝土中加入玻璃纖維，可有效提高混凝土基體的抗拉強(qiáng)度、抗彎強(qiáng)度、抗裂抗?jié)B性能，改善混凝土基體的韌性和抗沖擊性。該構(gòu)件材料與SMC等非金屬材料相比，在制作箱站等大型設(shè)備殼體方面自主加工性強(qiáng)，構(gòu)件不必拼接，整體性好，即便出現(xiàn)內(nèi)部燃弧等火災(zāi)情況時(shí)也不可能有坍塌等風(fēng)險(xiǎn)。
2.2.2GRC構(gòu)件的構(gòu)成
水泥（混凝土）構(gòu)件內(nèi)置用不可燃隔熱材料（可選用諸如：人造無(wú)機(jī)纖維巖棉或浮石泡沫玻璃保溫材料或玻璃絲纖維水泥混合體等夾層填料）形成的隔熱層、鋼筋網(wǎng)和預(yù)埋金屬件，且在水泥構(gòu)件鋼筋網(wǎng)間有尼龍編制密網(wǎng)。
2.3兩種預(yù)裝式變電站殼體通風(fēng)結(jié)構(gòu)的比較
采用“側(cè)進(jìn)側(cè)出”或“底進(jìn)頂出”通風(fēng)結(jié)構(gòu)的兩種預(yù)裝式變電站殼體，在通風(fēng)方式上同屬于置換式通風(fēng)，只是其通風(fēng)結(jié)構(gòu)不同。試品水泥殼體預(yù)裝式變電站的通風(fēng)結(jié)構(gòu)為“底進(jìn)頂出”式，而通常金屬殼體預(yù)裝式變電站的通風(fēng)結(jié)構(gòu)基本上為“側(cè)進(jìn)側(cè)出”式。
“底進(jìn)頂出”式預(yù)裝式變電站的進(jìn)、排風(fēng)口有效面積雖然比同種規(guī)格的“側(cè)進(jìn)側(cè)出”式預(yù)裝式變電站的進(jìn)、排風(fēng)口有效面積還要小些，但是“底進(jìn)頂出”式預(yù)裝式變電站的換氣量較“側(cè)進(jìn)側(cè)出”式預(yù)裝式變電站的換氣量要大。因此，可以得出這樣的結(jié)論：“底進(jìn)頂出”式預(yù)裝式變電站的通風(fēng)效果好于“側(cè)進(jìn)側(cè)出”式預(yù)裝式變電站的通風(fēng)效果。
3GRC箱式變電站殼體設(shè)計(jì)中的問(wèn)題及解決辦法
3.1GRC箱式變電站殼體設(shè)計(jì)中的問(wèn)題
3.1.1門(mén)體
門(mén)體作為殼體中重要的結(jié)構(gòu)件，在實(shí)現(xiàn)采用GRC材料時(shí)，帶來(lái)了一系列問(wèn)題：其一，門(mén)體是一個(gè)可活動(dòng)的運(yùn)動(dòng)功能件，要求開(kāi)啟輕便靈活，關(guān)閉鎖位置準(zhǔn)確。由于采用了GRC材料，其密度為2.7kg/m3，盡管是緊湊型的小尺寸箱式變電站，每扇門(mén)的質(zhì)量也有百余千克，實(shí)現(xiàn)上述運(yùn)動(dòng)要求和位置校正難度很大；其二，如此重的門(mén)體在遇到損壞需更換時(shí)，其連接件的拆裝具有相當(dāng)大的難度；其三，此種門(mén)體開(kāi)啟后的定位和其與殼體間的密封方式也需要解決。
3.1.2頂部
頂部構(gòu)件重量較大，安裝時(shí)需要起吊，通常突出的固定吊具破壞了箱變殼體外觀的整體效果。
3.2GRC箱式變電站殼體設(shè)計(jì)中問(wèn)題的解決方法
3.2.1門(mén)體問(wèn)題的解決辦法
采用承載能力高的端軸方式，門(mén)軸與門(mén)框形成鉸鏈鏈接；水泥門(mén)板上部端軸采用可軸向滑動(dòng)式軸桿和固定式軸套方式，能有效地實(shí)現(xiàn)對(duì)軸桿的徑向約束，為便捷地更換門(mén)體創(chuàng)造條件；水泥門(mén)板下部端軸采用可軸向滑動(dòng)式軸桿和軸向止推軸承承載方式，下部端軸桿的端部有端鍵，下門(mén)框軸向止推軸承上有一個(gè)短軸，此軸下端部階梯軸外軸面與軸向止推軸承上座圈內(nèi)孔壁過(guò)盈配合，上端部有與端鍵相配合的孔和鍵槽，可以使門(mén)下端軸桿有效的定位到軸承上；水泥門(mén)板下部端軸的軸向止推軸承座側(cè)設(shè)有軸承徑向調(diào)節(jié)螺釘，可用于調(diào)節(jié)門(mén)軸位置以端正門(mén)體。此外，在軸向止推軸承下座圈的托板上還設(shè)置了泄水孔。
3.2.2頂部吊裝掛接方式的改進(jìn)措施
箱體頂蓋沉重，安裝與拆卸時(shí)需要起吊。為了實(shí)現(xiàn)頂蓋的吊裝，在頂蓋上設(shè)置有吊裝掛接構(gòu)件。出于外觀要求，吊裝掛接構(gòu)件需要隱蔽，所采用的方式有兩種。
一是球頭掛環(huán)結(jié)構(gòu)。當(dāng)頂蓋安裝完畢后，撤出彈簧銷(xiāo)將球頭掛環(huán)取下，取下球頭掛環(huán)單獨(dú)存放，使整個(gè)箱體外觀更加協(xié)調(diào)美觀。
二是吊裝環(huán)結(jié)構(gòu)。吊裝完畢后，可將旋合在吊裝掛接構(gòu)件螺旋桿上的螺旋起吊環(huán)取下，單獨(dú)存放。用一個(gè)呈圓弧頂且具有內(nèi)螺紋的防腐外罩將其扣住，以此來(lái)保護(hù)螺栓不被腐蝕。
3.2.3門(mén)邊的密封和門(mén)開(kāi)啟角度的定位支撐
門(mén)體與門(mén)框體間裝有定位支撐結(jié)構(gòu)，開(kāi)啟部分與對(duì)應(yīng)固定殼體接觸邊緣處裝有密封件，門(mén)體鉸鏈側(cè)邊部設(shè)計(jì)有倒角，避免了門(mén)開(kāi)啟始于門(mén)框邊緣發(fā)生干澀。這些措施結(jié)合門(mén)體端軸的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，使得門(mén)體獲得了有效的密封和輕松開(kāi)啟后的準(zhǔn)確定位效果。
3.2.4箱體外表面的防“兩亂”處理
3.2.4.1箱體外表面的形狀設(shè)計(jì)
在箱體外表面設(shè)計(jì)上，除可設(shè)計(jì)為實(shí)驗(yàn)樣品如金字塔形方錐凸起外，還可以做成許多有規(guī)則的外表面形狀。此類(lèi)表面，可以明顯減小粘貼的面積，將使粘貼效果大打折扣。
3.2.4.2箱體外表面涂料的選擇
實(shí)驗(yàn)用樣品為JF系列防“兩亂”無(wú)色涂料，經(jīng)實(shí)驗(yàn)檢驗(yàn)效果較好。2007年初，部分街區(qū)試運(yùn)行的箱體外壁表面雖有遭污損的情況，但均沒(méi)有留下永久的痕跡。該涂料的基本原理為應(yīng)用低表面能高分子樹(shù)脂的合成技術(shù)；通過(guò)控制有機(jī)硅單體、丙烯酸類(lèi)單體、三氟偏乙烯的比例，使樹(shù)脂具有防粘、防寫(xiě)、耐候、耐摩擦的功能。從技術(shù)指標(biāo)看，該涂料具有較低的表面張力，能夠抵抗不干膠紙或其它膠粘劑的粘附；該涂料能夠抵抗有機(jī)溶劑，使油性筆墨水無(wú)法侵入到涂層內(nèi)部，又由于較低的表面張力，使之易于去除；該涂料不含醚類(lèi)、苯、酮、甲醛類(lèi)等有污染的有機(jī)溶劑，不排放有毒氣體，具有良好的安全性和環(huán)保性；該涂料具有丙烯酸氟碳、有機(jī)硅樹(shù)脂互補(bǔ)的特點(diǎn)，成膜硬度、耐熱性、耐水性、耐紫外線(xiàn)、耐酸雨、耐鹽霧性較好，使用壽命得到延長(zhǎng)。據(jù)了解，該種涂料的有效作用期不低于2年。
4采用GRC殼體需要注意的問(wèn)題
在選用GRC作為殼體材料時(shí)，須注意下列三個(gè)方面的問(wèn)題。
其一，用于制造箱體的GRC材料，其加工性能與金屬板材尚有差距，對(duì)成型模具的依賴(lài)性較強(qiáng)，對(duì)于非標(biāo)產(chǎn)品的適應(yīng)性較差，加工周期長(zhǎng)。
其二，殼體構(gòu)件加工工藝較為復(fù)雜，定制模具、預(yù)埋鋼結(jié)構(gòu)加工、噴注用于制造箱體的GRC材料，其加工性能與金屬板材尚有差距，對(duì)成形模具的依賴(lài)性較強(qiáng)，對(duì)于非標(biāo)產(chǎn)品的適應(yīng)性較差，加GRC材料、高溫養(yǎng)護(hù)、修形、部件配裝、調(diào)整等等，這些環(huán)節(jié)均對(duì)最終的產(chǎn)品外觀和性能產(chǎn)生影響，不易控制。
其三，因?yàn)镚RC本身屬脆性材料，質(zhì)量較大，對(duì)吊裝、運(yùn)輸均有較高要求，容易造成表面磕碰傷。
5結(jié)束語(yǔ)
5.1GRC“底進(jìn)頂出”通風(fēng)結(jié)構(gòu)預(yù)裝式變電站殼體的特點(diǎn)
GRC預(yù)裝式變電站殼體有以下特點(diǎn)：實(shí)現(xiàn)了該種成套設(shè)備地面主體部分的全非金屬結(jié)構(gòu)；通風(fēng)降溫采用“底進(jìn)頂出”的方式，使風(fēng)徑通過(guò)熱源，充分提高散熱效率；水泥門(mén)板的鉸鏈采用端軸方式，上端選用徑向軸套約束，下端選用軸向止推軸承承載，轉(zhuǎn)動(dòng)靈活輕巧；為便捷地更換沉重地水泥門(mén)板，作為鉸鏈的上下端軸被設(shè)計(jì)成可實(shí)現(xiàn)軸向伸縮的結(jié)構(gòu)；使其滿(mǎn)足了使用的牢固性與高效的更換性要求；門(mén)板鉸鏈附加軸位調(diào)節(jié)裝置，用以校正門(mén)位；頂部吊裝采用球頭掛環(huán)掛接原理，無(wú)吊裝板；表面涂敷有長(zhǎng)效防粘貼涂料，避免亂貼亂涂造成的城市視覺(jué)污染。
本文所探究的具備以上特點(diǎn)的GRC預(yù)裝式變電站殼體，其相應(yīng)專(zhuān)利申請(qǐng)已于2006年由國(guó)家知識(shí)產(chǎn)權(quán)局通知受理。
5.2預(yù)裝式變電站殼體結(jié)構(gòu)研究結(jié)果的啟示及影響
預(yù)裝式變電站作為配電網(wǎng)設(shè)備，在今后相當(dāng)?shù)臅r(shí)間內(nèi)還將是各個(gè)開(kāi)關(guān)制造企業(yè)生產(chǎn)的對(duì)象。上述研究結(jié)果表明，預(yù)裝式變電站殼體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的優(yōu)劣，對(duì)其使用和散熱性能具有決定性作用。預(yù)裝式變電站殼體的材料選擇，與其使用的環(huán)境和用戶(hù)的要求有直接的關(guān)系。金屬材料較GRC材料，就加工性而言，金屬的優(yōu)勢(shì)是毋庸置疑的。GRC預(yù)裝式變電站殼體雖其加工過(guò)程中的工藝環(huán)節(jié)較為復(fù)雜，但其優(yōu)異的隔熱和防腐特性，在夏季燥熱的環(huán)境中以及面對(duì)相對(duì)惡劣的戶(hù)外環(huán)境會(huì)有更優(yōu)的表現(xiàn)。本文所進(jìn)行的殼體通風(fēng)結(jié)構(gòu)的比較，對(duì)于以往普遍采用的“側(cè)進(jìn)側(cè)出”通風(fēng)結(jié)構(gòu)模式的效果提出了質(zhì)疑。經(jīng)過(guò)理論和實(shí)踐的探究，得出了“底進(jìn)頂出”的通風(fēng)結(jié)構(gòu)較之“側(cè)進(jìn)側(cè)出”通風(fēng)結(jié)構(gòu)散熱效果更佳的結(jié)論。那些圍繞因材料產(chǎn)生變化而需要采用的結(jié)構(gòu)措施，僅僅是為了滿(mǎn)足使用功能和外觀視覺(jué)效果要求的需要，因此解決的方案是多種多樣的。作為一種散熱的通風(fēng)方式，“底進(jìn)頂出”的通風(fēng)結(jié)構(gòu)不限于用在GRC預(yù)裝式變電站殼體上，把這種結(jié)構(gòu)應(yīng)用在以金屬為材料的殼體上仍會(huì)有同樣的效果。
本文就預(yù)裝式變電站殼體的現(xiàn)狀歸納了存在的主要問(wèn)題，并針對(duì)問(wèn)題提出了主要的解決方案。結(jié)合對(duì)非金屬殼體預(yù)裝式變電站和金屬殼體預(yù)裝式變電站進(jìn)行對(duì)比分析和實(shí)驗(yàn)研究。指出殼體“底進(jìn)頂出”的通風(fēng)結(jié)構(gòu)方式，是解決常規(guī)“側(cè)進(jìn)側(cè)出”通風(fēng)結(jié)構(gòu)方式散熱效果不佳問(wèn)題的有效方法。分析了GRC殼體預(yù)裝式變電站設(shè)計(jì)中遇到的問(wèn)題和解決辦法，并詳細(xì)介紹了GRC殼體預(yù)裝式變電站的特點(diǎn)和需要注意的主要問(wèn)題。
預(yù)裝式變電站殼體用材及通風(fēng)結(jié)構(gòu)方式的改變，不僅對(duì)該類(lèi)產(chǎn)品性能的改進(jìn)起到關(guān)鍵的作用，還將對(duì)相關(guān)產(chǎn)品的設(shè)計(jì)和制造產(chǎn)生較大的影響。
1預(yù)裝式變電站殼體現(xiàn)狀
1.1預(yù)裝式變電站殼體分類(lèi)
多年來(lái)，國(guó)內(nèi)制造的緊湊型預(yù)裝式變電站產(chǎn)品，其結(jié)構(gòu)的原型是來(lái)自十幾年前歐洲的同類(lèi)產(chǎn)品。當(dāng)時(shí)，該類(lèi)產(chǎn)品結(jié)合中國(guó)廠家的加工能力，在很多方面進(jìn)行了簡(jiǎn)化處理。這些產(chǎn)品在結(jié)構(gòu)與用材上大致可分為以下幾個(gè)類(lèi)型。第一，殼體通常采用金屬板材加工，有沉箱式緊湊型結(jié)構(gòu)和全地面平置式結(jié)構(gòu)，表面噴涂處理。第二，應(yīng)用有水泥材料的箱體，全地面平置結(jié)構(gòu)，其門(mén)體為復(fù)合材料，表面涂敷建筑涂料。第三，主要采用復(fù)合板材加工，全地面平置結(jié)構(gòu)，框架表面涂漆處理，其余為材料自然表面。以上三類(lèi)產(chǎn)品的通風(fēng)結(jié)構(gòu)基本上采用“側(cè)進(jìn)側(cè)出”式。
1.2預(yù)裝式變電站殼體存在的問(wèn)題
第一，對(duì)于金屬材料制造的箱體，易發(fā)生因表面涂層質(zhì)量不高造成的銹蝕。第二，對(duì)于普通水泥材料制造的箱體，其門(mén)體因多為復(fù)合板材加工而成，結(jié)構(gòu)強(qiáng)度低且與整體外觀不協(xié)調(diào)。第三，對(duì)于以復(fù)合板材為主制造的箱體，整體結(jié)構(gòu)強(qiáng)度不高且外形美觀性較差。第四，上述幾種箱體因通風(fēng)結(jié)構(gòu)相同，均為“側(cè)進(jìn)側(cè)出”，散熱效果普遍不佳。第五，上述各種材料的箱體，因表面處理工藝等原因而無(wú)法避免因亂涂鴨和亂粘貼而造成的城市視覺(jué)污染。
1.3解決方案
1.3.1殼體材料選擇
選擇防腐性能好且具有一定加工性能和足夠機(jī)械強(qiáng)度的材料。可供選擇的材料諸如：GRC、SMC、金屬板內(nèi)襯外掛水泥預(yù)制裝飾板等。
1.3.2結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及工藝方案
針對(duì)所選定的材料，研究制定和組織實(shí)施相關(guān)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及工藝方案。例如：針對(duì)GRC材料，需要解決預(yù)制件模具、構(gòu)件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與制造工藝、構(gòu)件的裝配工藝和實(shí)現(xiàn)殼體構(gòu)件功能化的方案。
1.3.3通風(fēng)散熱方式的選擇
改變“側(cè)進(jìn)側(cè)出”的通風(fēng)結(jié)構(gòu)為“底進(jìn)頂出”的通風(fēng)結(jié)構(gòu)。
1.3.4表面形狀及涂層
對(duì)于外表面需要裝飾涂層的GRC構(gòu)件，為了有效地扼制“兩亂”現(xiàn)象造成的不良影響，殼體表面形狀應(yīng)制成凸凹不平狀，在色彩涂層外再涂以防粘貼、防涂鴉涂料。
2解決方案的理論推導(dǎo)與實(shí)踐驗(yàn)證
2.1解決方案所涉試品的實(shí)施內(nèi)容
試品的結(jié)構(gòu)類(lèi)型為沉箱“目”字排列緊湊型預(yù)裝式變電站，試品的沉箱部分由鋼板及型鋼焊接而成，地面部分構(gòu)件為GRC結(jié)合耐火隔熱材料以及預(yù)埋金屬件構(gòu)成。試品的沉箱部分涂敷底漿漆及外敷黑色瀝青漆，GRC構(gòu)件外表面涂敷彩色建筑涂料及JF系列防粘、防涂鴉涂料。
2.2GRC及其應(yīng)用
2.2.1GRC
耐堿玻璃纖維是GRC的肋筋材料，是100無(wú)機(jī)纖維。它的特點(diǎn)是質(zhì)輕、能有效抵抗水泥中高堿物質(zhì)的侵蝕，耐堿性好，握裹力強(qiáng)，彈性模量、抗沖擊、抗拉、抗彎強(qiáng)度極高，不燃、抗凍、耐溫度濕度變化能力強(qiáng)，抗裂、抗?jié)B性能卓越，具有可設(shè)計(jì)性強(qiáng)、易成型等特點(diǎn)，是廣泛應(yīng)用在高性能增強(qiáng)混凝土中的新型建筑材料。在混凝土中加入玻璃纖維，可有效提高混凝土基體的抗拉強(qiáng)度、抗彎強(qiáng)度、抗裂抗?jié)B性能，改善混凝土基體的韌性和抗沖擊性。該構(gòu)件材料與SMC等非金屬材料相比，在制作箱站等大型設(shè)備殼體方面自主加工性強(qiáng)，構(gòu)件不必拼接，整體性好，即便出現(xiàn)內(nèi)部燃弧等火災(zāi)情況時(shí)也不可能有坍塌等風(fēng)險(xiǎn)。
2.2.2GRC構(gòu)件的構(gòu)成
水泥（混凝土）構(gòu)件內(nèi)置用不可燃隔熱材料（可選用諸如：人造無(wú)機(jī)纖維巖棉或浮石泡沫玻璃保溫材料或玻璃絲纖維水泥混合體等夾層填料）形成的隔熱層、鋼筋網(wǎng)和預(yù)埋金屬件，且在水泥構(gòu)件鋼筋網(wǎng)間有尼龍編制密網(wǎng)。
2.3兩種預(yù)裝式變電站殼體通風(fēng)結(jié)構(gòu)的比較
采用“側(cè)進(jìn)側(cè)出”或“底進(jìn)頂出”通風(fēng)結(jié)構(gòu)的兩種預(yù)裝式變電站殼體，在通風(fēng)方式上同屬于置換式通風(fēng)，只是其通風(fēng)結(jié)構(gòu)不同。試品水泥殼體預(yù)裝式變電站的通風(fēng)結(jié)構(gòu)為“底進(jìn)頂出”式，而通常金屬殼體預(yù)裝式變電站的通風(fēng)結(jié)構(gòu)基本上為“側(cè)進(jìn)側(cè)出”式。
“底進(jìn)頂出”式預(yù)裝式變電站的進(jìn)、排風(fēng)口有效面積雖然比同種規(guī)格的“側(cè)進(jìn)側(cè)出”式預(yù)裝式變電站的進(jìn)、排風(fēng)口有效面積還要小些，但是“底進(jìn)頂出”式預(yù)裝式變電站的換氣量較“側(cè)進(jìn)側(cè)出”式預(yù)裝式變電站的換氣量要大。因此，可以得出這樣的結(jié)論：“底進(jìn)頂出”式預(yù)裝式變電站的通風(fēng)效果好于“側(cè)進(jìn)側(cè)出”式預(yù)裝式變電站的通風(fēng)效果。
3GRC箱式變電站殼體設(shè)計(jì)中的問(wèn)題及解決辦法
3.1GRC箱式變電站殼體設(shè)計(jì)中的問(wèn)題
3.1.1門(mén)體
門(mén)體作為殼體中重要的結(jié)構(gòu)件，在實(shí)現(xiàn)采用GRC材料時(shí)，帶來(lái)了一系列問(wèn)題：其一，門(mén)體是一個(gè)可活動(dòng)的運(yùn)動(dòng)功能件，要求開(kāi)啟輕便靈活，關(guān)閉鎖位置準(zhǔn)確。由于采用了GRC材料，其密度為2.7kg/m3，盡管是緊湊型的小尺寸箱式變電站，每扇門(mén)的質(zhì)量也有百余千克，實(shí)現(xiàn)上述運(yùn)動(dòng)要求和位置校正難度很大；其二，如此重的門(mén)體在遇到損壞需更換時(shí)，其連接件的拆裝具有相當(dāng)大的難度；其三，此種門(mén)體開(kāi)啟后的定位和其與殼體間的密封方式也需要解決。
3.1.2頂部
頂部構(gòu)件重量較大，安裝時(shí)需要起吊，通常突出的固定吊具破壞了箱變殼體外觀的整體效果。
3.2GRC箱式變電站殼體設(shè)計(jì)中問(wèn)題的解決方法
3.2.1門(mén)體問(wèn)題的解決辦法
采用承載能力高的端軸方式，門(mén)軸與門(mén)框形成鉸鏈鏈接；水泥門(mén)板上部端軸采用可軸向滑動(dòng)式軸桿和固定式軸套方式，能有效地實(shí)現(xiàn)對(duì)軸桿的徑向約束，為便捷地更換門(mén)體創(chuàng)造條件；水泥門(mén)板下部端軸采用可軸向滑動(dòng)式軸桿和軸向止推軸承承載方式，下部端軸桿的端部有端鍵，下門(mén)框軸向止推軸承上有一個(gè)短軸，此軸下端部階梯軸外軸面與軸向止推軸承上座圈內(nèi)孔壁過(guò)盈配合，上端部有與端鍵相配合的孔和鍵槽，可以使門(mén)下端軸桿有效的定位到軸承上；水泥門(mén)板下部端軸的軸向止推軸承座側(cè)設(shè)有軸承徑向調(diào)節(jié)螺釘，可用于調(diào)節(jié)門(mén)軸位置以端正門(mén)體。此外，在軸向止推軸承下座圈的托板上還設(shè)置了泄水孔。
3.2.2頂部吊裝掛接方式的改進(jìn)措施
箱體頂蓋沉重，安裝與拆卸時(shí)需要起吊。為了實(shí)現(xiàn)頂蓋的吊裝，在頂蓋上設(shè)置有吊裝掛接構(gòu)件。出于外觀要求，吊裝掛接構(gòu)件需要隱蔽，所采用的方式有兩種。
一是球頭掛環(huán)結(jié)構(gòu)。當(dāng)頂蓋安裝完畢后，撤出彈簧銷(xiāo)將球頭掛環(huán)取下，取下球頭掛環(huán)單獨(dú)存放，使整個(gè)箱體外觀更加協(xié)調(diào)美觀。
二是吊裝環(huán)結(jié)構(gòu)。吊裝完畢后，可將旋合在吊裝掛接構(gòu)件螺旋桿上的螺旋起吊環(huán)取下，單獨(dú)存放。用一個(gè)呈圓弧頂且具有內(nèi)螺紋的防腐外罩將其扣住，以此來(lái)保護(hù)螺栓不被腐蝕。
3.2.3門(mén)邊的密封和門(mén)開(kāi)啟角度的定位支撐
門(mén)體與門(mén)框體間裝有定位支撐結(jié)構(gòu)，開(kāi)啟部分與對(duì)應(yīng)固定殼體接觸邊緣處裝有密封件，門(mén)體鉸鏈側(cè)邊部設(shè)計(jì)有倒角，避免了門(mén)開(kāi)啟始于門(mén)框邊緣發(fā)生干澀。這些措施結(jié)合門(mén)體端軸的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，使得門(mén)體獲得了有效的密封和輕松開(kāi)啟后的準(zhǔn)確定位效果。
3.2.4箱體外表面的防“兩亂”處理
3.2.4.1箱體外表面的形狀設(shè)計(jì)
在箱體外表面設(shè)計(jì)上，除可設(shè)計(jì)為實(shí)驗(yàn)樣品如金字塔形方錐凸起外，還可以做成許多有規(guī)則的外表面形狀。此類(lèi)表面，可以明顯減小粘貼的面積，將使粘貼效果大打折扣。
3.2.4.2箱體外表面涂料的選擇
實(shí)驗(yàn)用樣品為JF系列防“兩亂”無(wú)色涂料，經(jīng)實(shí)驗(yàn)檢驗(yàn)效果較好。2007年初，部分街區(qū)試運(yùn)行的箱體外壁表面雖有遭污損的情況，但均沒(méi)有留下永久的痕跡。該涂料的基本原理為應(yīng)用低表面能高分子樹(shù)脂的合成技術(shù)；通過(guò)控制有機(jī)硅單體、丙烯酸類(lèi)單體、三氟偏乙烯的比例，使樹(shù)脂具有防粘、防寫(xiě)、耐候、耐摩擦的功能。從技術(shù)指標(biāo)看，該涂料具有較低的表面張力，能夠抵抗不干膠紙或其它膠粘劑的粘附；該涂料能夠抵抗有機(jī)溶劑，使油性筆墨水無(wú)法侵入到涂層內(nèi)部，又由于較低的表面張力，使之易于去除；該涂料不含醚類(lèi)、苯、酮、甲醛類(lèi)等有污染的有機(jī)溶劑，不排放有毒氣體，具有良好的安全性和環(huán)保性；該涂料具有丙烯酸氟碳、有機(jī)硅樹(shù)脂互補(bǔ)的特點(diǎn)，成膜硬度、耐熱性、耐水性、耐紫外線(xiàn)、耐酸雨、耐鹽霧性較好，使用壽命得到延長(zhǎng)。據(jù)了解，該種涂料的有效作用期不低于2年。
4采用GRC殼體需要注意的問(wèn)題
在選用GRC作為殼體材料時(shí)，須注意下列三個(gè)方面的問(wèn)題。
其一，用于制造箱體的GRC材料，其加工性能與金屬板材尚有差距，對(duì)成型模具的依賴(lài)性較強(qiáng)，對(duì)于非標(biāo)產(chǎn)品的適應(yīng)性較差，加工周期長(zhǎng)。
其二，殼體構(gòu)件加工工藝較為復(fù)雜，定制模具、預(yù)埋鋼結(jié)構(gòu)加工、噴注用于制造箱體的GRC材料，其加工性能與金屬板材尚有差距，對(duì)成形模具的依賴(lài)性較強(qiáng)，對(duì)于非標(biāo)產(chǎn)品的適應(yīng)性較差，加GRC材料、高溫養(yǎng)護(hù)、修形、部件配裝、調(diào)整等等，這些環(huán)節(jié)均對(duì)最終的產(chǎn)品外觀和性能產(chǎn)生影響，不易控制。
其三，因?yàn)镚RC本身屬脆性材料，質(zhì)量較大，對(duì)吊裝、運(yùn)輸均有較高要求，容易造成表面磕碰傷。
5結(jié)束語(yǔ)
5.1GRC“底進(jìn)頂出”通風(fēng)結(jié)構(gòu)預(yù)裝式變電站殼體的特點(diǎn)
GRC預(yù)裝式變電站殼體有以下特點(diǎn)：實(shí)現(xiàn)了該種成套設(shè)備地面主體部分的全非金屬結(jié)構(gòu)；通風(fēng)降溫采用“底進(jìn)頂出”的方式，使風(fēng)徑通過(guò)熱源，充分提高散熱效率；水泥門(mén)板的鉸鏈采用端軸方式，上端選用徑向軸套約束，下端選用軸向止推軸承承載，轉(zhuǎn)動(dòng)靈活輕巧；為便捷地更換沉重地水泥門(mén)板，作為鉸鏈的上下端軸被設(shè)計(jì)成可實(shí)現(xiàn)軸向伸縮的結(jié)構(gòu)；使其滿(mǎn)足了使用的牢固性與高效的更換性要求；門(mén)板鉸鏈附加軸位調(diào)節(jié)裝置，用以校正門(mén)位；頂部吊裝采用球頭掛環(huán)掛接原理，無(wú)吊裝板；表面涂敷有長(zhǎng)效防粘貼涂料，避免亂貼亂涂造成的城市視覺(jué)污染。
本文所探究的具備以上特點(diǎn)的GRC預(yù)裝式變電站殼體，其相應(yīng)專(zhuān)利申請(qǐng)已于2006年由國(guó)家知識(shí)產(chǎn)權(quán)局通知受理。
5.2預(yù)裝式變電站殼體結(jié)構(gòu)研究結(jié)果的啟示及影響
預(yù)裝式變電站作為配電網(wǎng)設(shè)備，在今后相當(dāng)?shù)臅r(shí)間內(nèi)還將是各個(gè)開(kāi)關(guān)制造企業(yè)生產(chǎn)的對(duì)象。上述研究結(jié)果表明，預(yù)裝式變電站殼體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的優(yōu)劣，對(duì)其使用和散熱性能具有決定性作用。預(yù)裝式變電站殼體的材料選擇，與其使用的環(huán)境和用戶(hù)的要求有直接的關(guān)系。金屬材料較GRC材料，就加工性而言，金屬的優(yōu)勢(shì)是毋庸置疑的。GRC預(yù)裝式變電站殼體雖其加工過(guò)程中的工藝環(huán)節(jié)較為復(fù)雜，但其優(yōu)異的隔熱和防腐特性，在夏季燥熱的環(huán)境中以及面對(duì)相對(duì)惡劣的戶(hù)外環(huán)境會(huì)有更優(yōu)的表現(xiàn)。本文所進(jìn)行的殼體通風(fēng)結(jié)構(gòu)的比較，對(duì)于以往普遍采用的“側(cè)進(jìn)側(cè)出”通風(fēng)結(jié)構(gòu)模式的效果提出了質(zhì)疑。經(jīng)過(guò)理論和實(shí)踐的探究，得出了“底進(jìn)頂出”的通風(fēng)結(jié)構(gòu)較之“側(cè)進(jìn)側(cè)出”通風(fēng)結(jié)構(gòu)散熱效果更佳的結(jié)論。那些圍繞因材料產(chǎn)生變化而需要采用的結(jié)構(gòu)措施，僅僅是為了滿(mǎn)足使用功能和外觀視覺(jué)效果要求的需要，因此解決的方案是多種多樣的。作為一種散熱的通風(fēng)方式，“底進(jìn)頂出”的通風(fēng)結(jié)構(gòu)不限于用在GRC預(yù)裝式變電站殼體上，把這種結(jié)構(gòu)應(yīng)用在以金屬為材料的殼體上仍會(huì)有同樣的效果。
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