Секционная композитная опора

Область техники
Полезная модель относится к области строительства, а именно сооружения воздушных линий электропередач, связи и освещения, оперативно транспортируемым и быстровозводимым строительным конструкциям.
Уровень техники
Известно большое количество различных стоек и опор из композитных материалов, имеющих как цельную, так и сборно-секционную конструкции. Это, прежде всего, различные пустотелые стойки и опоры конической формы (патенты РФ на изобретение №№2376432, 2613231, патенты на полезные модели №№135345, 138696).
Конические стойки характеризуются рациональным распределением изгибающей нагрузки по поперечным сечениям, однако, применительно к решению задач оперативной транспортировки и быстрого возвещения строительных конструкций имеют целый ряд недостатков.
1. Конические конструкции не могут быть плотно уложены при транспортировке.
2. Комлевая часть конической стойки или ее нижней секции имеет избыточный диаметр в подгрунтовой части, что требует применение при выполнении строительно-монтажных работ бурового оборудования с увеличенным диаметром коронки и более мощным приводом.
3. Подъем монтеров на конические опоры с помощью индивидуальных лазов затруднен.
4. Для производства секций конических стоек необходимы специализированные технологические оправки, не пригодные для выпуска других композитных изделий (труб), что удорожает подготовку производства и не позволяет разнести затраты на больший ассортимент изделий.
Для решения задач оперативной транспортировки и быстрого возвещения предпочтительно использовать стойки и опоры, состоящие из секций цилиндрической формы. Кроме того, цилиндрические секции могут быть изготовлены на имеющихся производствах композитных труб и профилей, что существенно сокращает расходы на подготовку производства. Такие конструкции тоже известны, это модульные опоры (патенты на полезную модель РФ №№141927 и 147146).
Составная опора линии электропередач (патент 141927) выполнена из последовательно соединяемых многокамерных секций, выполненных методом пуллтрузии. Несмотря на то, что пуллтрузия является одним из самых дешевых способов производства стеклопластиковых несущих элементов, тем не менее, предложенная конструкция не рациональна по целому ряду причин.
1. Дополнительный расход материала на создание внутренних межкамерных перегородок.
2. Неэффективная работа материала внутренних межкамерных перегородок при восприятии изгибающих сил по причине их близкого расположения к оси конструкции.
3. Невозможность укладки вышестоящей секции (модуля) внутрь нижестоящей при транспортировке.
Частично указанные недостатки устранены в модульной опоре линии электропередач (патент 147146), выбранной за прототип.
Здесь опора представляет собой три цилиндрических секции (модуля), внутренние и наружные диаметры которых подобраны таким образом, что вышестоящая секция своим наружным диаметров входит с зазором внутрь нижестоящей секции (телескопическая схема). От вертикальных перемещений вышестоящие секции фиксируются кольцевыми упорами увеличенного диаметра, упирающимися в торец нижестоящей секции. Такая конструкция также позволяет транспортировать опору в сложенном состоянии (вышестоящие секции вкладываются внутрь нижестоящих). Еще одно достоинство конструкции возможность производить секции опоры на любом производстве композитных труб.
В тоже время предложенная конструкция прототипа обладает и рядом недостатков, не позволяющих в полной мере раскрыть ее потенциал.
1. Разница диаметров смежных секций не может на сколько-нибудь значительную величину превышать удвоенную толщину стенки секции. Очевидно, что с точки зрения распределения изгибных нагрузок по высоте конструкция окажется нерациональной - диаметр верхней секции будет избыточным, что приведет к увеличению массы конструкции и перерасходу материала.
2. Секции опоры не могут полностью вкладываться внутрь друг друга при транспортировке, так как наружный диаметр кольцевого упора вышестоящей секции больше внутреннего диаметра нижестоящей. Следовательно, комлевый участок второй секции, в конструкции прототипа будет выступать при транспортировке за пределы нижней секции.
3. Изготовление таких опор требует наличия парка технологических оправок с близкими диаметрами. Так при наиболее типичных для таких конструкций толщинах стенки порядка 8.. 10 мм и допустимом зазоре в телескопическом соединении порядка 1…2 мм для изготовления опоры необходимо иметь технологические оправки с диаметрами, отличающимися на 18…24 мм. Так как диаметры технологических оправок, обычно, выбираются из ряда номинальных диаметров труб, установленных ГОСТ 28338-98, данное условие будет выполняться только в сравнительно узком диапазоне диаметров, примерно от 65мм до 175 мм. В этот диапазон хорошо попадают опоры для городского освещения, однако, опоры для воздушных линий электропередач и связи требуют применение секций больших диаметров, типичный размер нижней секции будет 300 мм. Смежные с ним диаметры отличаются на 50 мм, что потребует изготовление секций с толщиной стенки порядка 20…22 мм, что усугубит вышеописанный недостаток по утяжелению конструкции и увеличению расхода материала.
Предлагаемое техническое решение направлено на устранение недостатков прототипа за счет создания участков увеличенного диаметра на комлевых участках секций.
Технический результат заключается в создании возможности изготовления секций опор с оптимальным (с точки зрения прочности и массы конструкции) соотношением диаметров и толщин, с использованием парка технологических оправок, предназначенных для производства композитных труб стандартного ряда диаметров, и обеспечения возможности укладки вышестоящих секций в нижестоящие без выступания комлевых участков за габарит нижней секции.
Суть предлагаемого технического решения заключается в том, что в известной конструкции, принятой за прототип, комлевый участок каждой секции, кроме самой нижней, на участке от нижнего торца до кольцевого упора выполняется увеличенным по сравнению с внутренним диаметром основной части секции, сопряжение внутренних диаметров комлевого участка и основной части секции осуществляется по конической поверхности, длина которой выбирается от 1,2 до 3 значений внутреннего диаметра основной части секции.
В вариантах исполнения внутренний диаметр комлевого участка нижестоящей секции выбирается больше, чем наружный диаметр кольцевого упора соответствующей ей вышестоящей секции, а наибольший наружный диаметр основной цилиндрической части вышестоящей секции выбирается меньшим, чем внутренний диаметр основной части соответствующей ей нижестоящей секции, на нижней секции выполняется увеличение внутреннего диаметра комлевой части со ступенчатым или конусным переходом к внутреннему диаметру основной части, длина комлевой части увеличенного внутреннего диаметра нижестоящей секции выбирается большей или равной расстоянию от нижнего торца до верхней границы кольцевого упора вышестоящей секции, длина вышестоящей секции меньше или равна длине нижестоящей секции, при транспортировке каждая вышестоящая секция полностью укладывается внутрь соответствующей ей нижестоящей секции и общие габаритные размеры опоры при транспортировке не превышают габаритных размеров нижней секции.
Пояснение сути предлагаемого технического решения показано на фиг. 1 и фиг. 2 на примере опоры, состоящей из трех секций.
На фиг. 1 показана схема опоры в эксплуатационном состоянии. Нижняя секция 1 длиной L1 имеет основную часть 2 с внутренним диаметром dl и комлевый участок 3 увеличенного диаметра D1 длиной L1. Вышестоящая секции (вторая снизу) 4 длиной L2 имеет основную часть 5 с внутренним диаметром d2, наибольшим наружным диаметром f2, комлевую часть 6 увеличенного внутреннего диаметра D2 и длиной L2, простирающуюся от нижнего торца до кольцевого упора 7 наружным диаметром F2, расстояние от нижнего торца секции до верней поверхности которого равно h2, а наружный диаметр F2, сопряжение частей 5 и 6 по конической поверхности 8 длиной c2=(l,2..3)⋅d2. Вышестоящая секция 9 (третья снизу) и возможные последующие (при наличии) имеют конструкцию, аналогичную секции 4 и отличаются меньшими диаметрами и длинами.
На фиг. 2 показана схема опоры в транспортном положении. При одновременном выполнении условий D1>F2, D2>F3, f2<d1, f3<d2, b1>h2, b2≥h3 вышестоящие секции при транспортировке могут быть уложены в нижестоящие. Дополнительно, при выполнении условия L3≤L2≤L1 при транспортировке вышестоящие секции будут полностью укладываться в нижестоящие, а общие габаритные размеры опоры в сложенном положении не будут превышать габаритных размеров нижней секции.
Осуществление технического решения
Предложенное техническое решение на практике осуществлено в конструкции сборной трехсекционной опоры ПК-10-1, изготавливаемой АО «НЛП «Алтик» по техническим условиям ТУ и эксплуатируемой на предприятиях ПАО «МРСК Сибири».
Опора состоит из трех секций. Основные размеры опоры следующие:
1. Нижняя секция L1=5000 мм, d1=315 мм, D1=326 мм, b1=450 мм, f1=342 мм.
2. Средняя секция: L2=4900 мм, d2=230 мм, D2=295 мм, L2=400 мм, с2=300 мм, h2=420 мм, f2=242 мм, F2=325 мм;
3. Верхняя секция: L3=2400 мм, d3=154 мм, D3=210 мм, L3=300 мм, с3=250 мм, h3=315 мм, f3=166 мм, F3=240 мм.
Опора ПК-10-1 выпускается на действующем производстве стеклопластиковых труб. Изготовления используются оправки диаметрами 315 мм, 230 мм и 154 мм, предназначенные для производства тонкостенных композитных труб DN300, DN200 и DN150 соответственно.
Опора ПК-10-1 при транспортировке укладывается в габарит 5000×350 мм, что позволяет перевозить ее, в том числе, в грузовой кабине вертолета Ми-8. При перевозке автомобильным транспортом в типовом полуприцепе длиной 12 м размещается до 90 опор. Масса опоры составляет 210 кг, а масса самой тяжелой секции не превышает 100 кг, что позволяет перевозить ее на верхнем багажнике микроавтобуса оперативно-выездной бригады электросетей и выполнять манипуляции с ней вручную без применения подъемных кранов. Опора может эксплуатироваться V районе по давлению ветра и IV районе по толщине стенки гололеда с проводами типа АС-75 и габаритными пролетами до 75 м. Указанные качества опоры ПК-10-1 обеспечивают достижение заявленного технического результата.
Коллаж фотографий опоры ПК-10-1 в процессе монтажа в действующую линию электропередач представлен на фиг. 3.