一种换流阀阀塔自锁式排水连接器的设计与分析.pdf

理论 ， 研发 ／ 设计 ／ 制造 字木交i 赢 一 种换流阀阀塔自 锁式排水连接器的 设计与分析 谢桂泉 ‘ ， 林丽红 ， 王慧泉 ‘ 1 ． 中国南 方电网超高压输 电公司广 州局 ， 广州5 1 0 0 0 0 ； 2 ． 华南理 工大学 ， 广 州 5 1 0 6 4 l 摘 要： 直流输电工程换流阀维护过程中， 常需对单个阀塔进行排水。目前对单个阀塔进行排水尚无专用的排水工具。 文中研制 了一种换流 阀阀塔 自锁式排水 转接头 ， 实现 了对联通管接 口自动快速对接及松开 ， 提高维护效率。 关键词： 输电工程； 换流阀；自锁式； 转接头 中图分类号： T M 6 2 1 ． 5 文献标志码 ： A 文章编号： 1 0 0 2 — 2 3 3 3 ( 2 0 1 4 ) 1 2 - 0 0 9 3 — 0 2 De s i g n a n d An a l y s i s o f a S e l f - l o c ki n g Dr a i np i pe Ad a p t e r f o r Co n v e r t e r Va l v e To we r XI E Gui qua n ，LI N Li hon gz ， W ANG Hui qu an‘ (1 ． t ； u a r ig z h o u Bu r e a u o l C hi n ~No r t h e r n l’ o we r( ； r i d． ( ； u a n g z h o t t 51 0 0 0 0． Ch i , ~： 2 ． S o u l }1【 l 1 i lI L l Ulfiv e r s i t y o f Te ( 。 Il l i o l o g y， ( , u a n g z h ． u 5l 0 6 41 ， Ch i l , a) Abs t r a c t： 1 ) r a i l fin g o l ’s i l 1 g 、 ’ a l v e [ owe l i s o f t en n ee d e d 【 l l ni n g t h e I J r 1 s t l f I 1 ＼I ) C I OI l ~ ／ el’t e l ’、 a l v e I n ai nl e n al l ~ ‘ P． Ct n ‘ r f n t l y i i l P I ’f j s n ( ，s p e e i a 1 d r a i n a g e t o o ]f o r d t ’a i n i n g o f s i n g l e y a h ,( t o we l ’．A s e l f — l I ) 《 ’ k i n g a d a p h I f o l ’ ( o I I V e I t e l’y a h r ( 1 r a i n a g e v 、 P I o w e l’i s d e v e l o p e d I n r e a l i z e t ’ o n n e e t i n g a n d r e l e a s i n g t h e t ~ i p e a I ~ t o tn a t i c ’ a l l > t l l l l l q t t h k j i l l l d i n q I r I 、 f t n a i nt t ‘ I l it n e e el’n【 ’ i P I l f ’ 、 ． Ke y wo r d s ：t r a n s n l i s s i o 1 ]e n g i n e e l i n g：e o fl v e r l e l ’ v a l v e ；s e 1 f _ l ( ) ( 1 k i n g：a d a p t e r ’ 0引 言 随 特高 、 超高 直流输 电一 r 程建设及发展 ， 换流 阀采用 的水冷冷却方式已在直流输 电T程得到推广 及普 及心用 ：在换 流阀维护过程 ， 常需 对单个阀塔进行排水 ， 前对 个阀塔进行排水尚无专用 的排水 具 ，仅通过 拆除阀塔底 的联通水管接头 ，再使用 固定扎带将其与 引水水符进 j ： ~ S J z L x ,t 接 ， 现有方法不便之处在于 ： 1 ) F } 1 r整个过程乇要依靠人T绑扎 ， 不仅要求 维护 人 员具柑熟练的绑扎技术 ，而 且需使用严格平整的引水 水管接头 ， 否则极容易 导致渗水或漏水， 影响设备维护。 2 ) 对接过 费时。 町控性弟 ， 长期采用现有方法容易 磨损阀塔底层的联通水管接头 ，严重时将使陔接头 囚漏 水 导致 直流停运 。 3 ) 现有方法在事故抢修处理不利于设备维护 。 文所设 i t ‘ 的换 流阀阀塔 自锁式排水连接器 ， 解决 r 现有 法在J 、 用过程 中的不可控问题 ， 提 高了维护效 牢 ， 尤其是极 大降低 r 维护人员技能要求 ， 特别适用于抢 修~ Ix > I k H l 技术分析 1 ． 1 结构分析 考虑刨现场维护 埘速度和效率的要求 ，~ f x ,t 该连接 器J 用 f r 快速拆卸的没f t - 5 。。在产品设计阶段中， 除 r 满 足传统没i t ‘ 要求外 ，还婴将产帅 I 1 的可拆卸性作为结构设 ‘ 的一 个 H标 ， 求接头的连接结 构易拆卸 、 易维护 、 制 造 I 岂好 如 l 所爪 ． 陔换 流阀阀塔 自锁式排水连接器 ， 包括 l 水水管连接的公接头 、 阀塔底 的连通水管接头 卡 I I 连接的母拔 公接 头与母接头柑对接 ， 母接头呈 中空 圆筒形 ， 其外圆设置宵环状止位凸俞 ， 沿外 周 向没置舀 容纳卡环的卡环槽 ．阍向均匀对称地设置f 】 ‘ 直达小体空 腔内的定位孔 ， 定位孑 L 内设置有卡 H 数量的钢珠 ， 川于 紧公接头。 限位套活动地套住本体左侧的外网表 ，接头本休 外圆表面与限位套内壁之问套设仃弹簧。活动轴 没置于 本体 内， 其中心滑轴 设置 空 ， 公接头 』 母接 头的配 合部沿用向设鼍有用于容纳钢珠并锁定公接头化 的倒 梯形限位槽 。利用设置多层密封圈实现接头的密封 。 ， ． 2 工作原理 接头采用弹簧的自动复位功能实现 I 接头 的快速 连接与松开 。 利用密封圈实现密封 ， 使连接搽工作时兀泄 漏。 公接头 1 插入本体 6 ， 推动活动轴 8 产生位移， 钢球 5 由于活动轴的移动滑人公接头槽 内， 弹簧 3 推动限位套 2 位移实现公接头 1卜 j 本体 6一动锁紧． ． 锥形弹簧 l 3利用 弹力使活动轴 内的密埘圈 卜 j 公接头 I 密埘 机械工程师 2 0 1 4 年第1 2 期 9 3 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 字木交； 赢 理论 ，研发 ， 设计 ， 翩造 该 自锁式排水连接器利用弹簧控制限位套 ，通过限 位套 的移动控制内部环状周布的钢珠压 紧或松开接头 ， 达到快速拆卸的 目的 。 如图 2 ， 工具 接头 连接 至通 用 引水水管 ， 本体连 接至 阀塔底 层 的 联通水管接头。 将 工具接 头 与本体 直接对接 ． 听到明 显卡上的声音 ， 即可实现工具接头与本体可靠对接。 解除 对接时 ， 仅需将 限位套向本体方 向扎起 ， 工具接头将 自动 弹出， 实现快速松开一、 。 ， ． 3创新 点 1 ) _丁具结构实现 了对联通管接口自动快速对接及松 开， 使用简单快捷 ， 节省操作时间。 2 ) 工具结构实现对接后 的密封性 ， 解决 了对接过程 极容易出现的渗漏水问题 。 3 ) ] 具能有效保护阀塔联通水管接头 ， 延长 阀塔底 层 的联通水管接头的使用寿命 。 4) 工具适用于通用引水水管接头。 与现有技术相比 ，本设计的特点在于解决现有方法 在应用过程中的不可控性 ， 提高维护效率 ， 尤其极大地降 低 了维护人员技能要求 ． 特别适用于抢修作业 。 2 强度设计 表 1 弹簧材料属性表 为了保证在装拆 的时候弹 弹性模量， P 1 ． 9 1 0 ” 簧能较好地适应受力 ， 需要对控 泊松 比0 ．2 9 密度／ ( k g m ) 7 ．8 5 x l 0 表 2 弹 簧受力分析表 施加载荷， N 5 0 最大应力／ P a 2 ． 6 8 x 1 0 最大 变形／ ra m 2 ．4 捌外部 的限位套 所使用的弹簧 进行力学分析。 因此对弹簧利用 S o l i d Wo r k s ／ S i mu l a t i o n X p r e s s模 块进行受力仿真。 将其中一端施加 阁定 约束 ， 另一端施加 5 0 N的弹簧轴向受 力， 获得最 大形变 为 2 ．4 ram( 如 表 2 ) ，该形变量 即为限位套的活动行程 ，已足够触发钢 珠 。5 0 N的施力也在合适的范围内” o 一 。 因接头受力部件最薄弱处是外套的螺纹 ，其材料是 尼龙 ， 其余部件是金属 ， 故计算此螺纹最大强度 ， 保证接 头不会损坏 ， 计算如下 ： 尼龙抗托强度 7 5 ．4 6 ～ 8 3 ． 3 MP a ， 抗剪强度 Or 是抗拉 懑 荔彝氮囊澎逡螽露蕊豳娥 懑 图 3 弹簧受力变形分析示意 图 9 4 2机械工程师 2 0 1 4 年第1 2 期 强度的 1 ／ 3 ， 即 o r 7 5 ． 4 6 + 3 ： 2 5 ． 1 5 MP a 。 螺纹受力面积 A= ~Db z =3 ． 1 4 x1 0 x O ． 7 5 x1 0 = 2 3 5 ． 5 mm 。 其中： D为螺纹大径 ， b为螺纹牙底宽度( 6 = 0 ． 7 5 p ) ， z为结 合圈数。 因此螺纹的最大承载 = 2 x A=2 5． 1 5x 2 3 5 ． 5 = 5 6 2 2 ． 8 2 5 N。 由上述 S o l i d Wo r k s ／ S i m u l a t i o n X p r e s s 仿 真分析结 果 可知 ， 5 0 N的施力便可以满足接头连接 的要求 ， 故假设螺 纹作用载荷 Q f = 5 o N 。为了保证连接 的紧密性 ， 此联接要 求具有密封性 ． 故取残余预紧力 Q r = 1 ． 8 Q 。 因此螺纹所受载荷为 Q = Q + Q r = 2 ． 8 Q ~1 4 0 N 。 螺纹受载远小于螺纹的最大承载 ， 故符合应用要求。 3 实际应用效果 在某高压直流输电工程 中， 对某个换流阀阀塔应用该 自锁式排水转接头 ， 并进行多次拆装试验， 实践效果 良好 ， 故障率低 ， 有效地保证了接 口维护的便利性 。其特点为： 1 ) 该 自锁式排水转接头密封性 良好， 采用聚氨酯轴 向 密封圈能够满足密封的要求 ， 使用过程中未发生漏水现象。 2 ) 结构简单， 拆卸容易， 现场工人能够较容易地掌握 维修方法。 为保证 自锁式排水转接头性能 良好， 每拆装一 次后均检修一次， 检查螺纹连接处是否松动。 3 ) 接头磨损后 ， 可实现零件或材料的再利用 ， 达到节 约资源 、 能源和保护环境 的目的。 [ 参考文献 ] [ 1 ] 博坤 ， 王清岩 ， 殷琨． S L D 8 9型 双通 道气 水龙头结构设计 与应用 [ J ] ． 凿岩机械气动工具 ， 2 0 0 8 ( 2) ： 9 —1 2 ． [ 2 ] 刘成才． 轻便实用的高速水龙头 [ J ] ． 探矿工程 ( 岩土钻掘1 ： 程 ) ， 2 0 0 8 ( 1 1 ) ： 2 7 ． [ 3 ] 彭力军， 贾正海， 贾辉， 对某单通道水龙头的改进[ J ] ． 探矿工程 ( 岩土钻掘工程 ) ， 2 0 1 0 ( 2) ： 3 0 — 3 2 ． [ 4 ] 张小明．3 0 0型水井钻水龙头的改进[ J ] ． 西部探矿 程， 2 0 0 I ( 1 ) ： l O 1 ． [ 5 ] T a k e u e h i s ， S a i t o u K ． D e s i g n f o r p r o d u c t e mb e d d e d d i s a s s e mb l y wi t h ma x i m u m p r o f i t [ C] ， ，P r o c e e d i n g s o f t h e E c o D e s i g n 2 0 0 5 ： Fo u ah I n t e r n a t i o n a l S y mp o s i u m o n En v i r o n me n t Co n s c i o u s De s i g n a n d I n v e r s e Ma n u f a c t ur i n g， De c e mb e r l 2-1 4， To k y o． J a pa n： I EEE， 2 0 0 5． [ 6 ] 郑立扬 ， 赵愿 军 ， 冯进 ， 田灵飞．一种停水 自闭水龙头的发明构 思[ J ] ．液压与气动， 2 0 0 9 ( 1 1 ) ： 6 1 - 6 2 ． [ 7 ] B o g u e R ． De s i g n f o r d i s a s s e mb l y ： A c r i t i c a l t w e n t y — f i r s t c e n t u r y d i s c i p l i n e [ J J ． A s s e mb l y A u t o ma t i o n ． 2 0 0 7 ， 2 7 ( 4 ) ： 2 8 5 — 2 8 7 ． [ 8 ] V i l l a l b a G ， S e g a r r a M， C h i m e n o s J M ， e t a 1 ． U s i n g t h e l le c y c l a b i l i t y i n d e x o f ma t e r i a l s a s a t o o l f o r d e s i g n for d i s a s s e mb l y[ J ] Ec o l o g i c a l E c o n o m i c s。 2 0 0 4． 5 0 ( 3 ／ 4 ) ： 1 9 5 — 2 0 0 ． [ 9 ] 卢韵皎．S L 6 7 5 水龙头的研制[ J ] ． 石油机械． 2 0 1 0 ( 1 0 ) ： 4 9 — 5 0 ． [ 1 0 ] P l a t c h e c k E R， S c h a e ff e r L ， K i n d l e i n J R W， e t a 1 ． E c o d e s i g n： C a s e o f a m i n i c o m p r e s s o r r e — d e s i g n l J ： ． J o u , n a l o f C l e a n e r P r o d u c t i o n ， 2 0 0 8 ． 1 6 ( 4 ) ： 1 5 2 6 — 1 5 3 5 ． ( 编辑 立明) 作者 简介 ： 谢桂 泉( 1 9 8 5 一 ) ， 男， 硕 士研 究生， 工程师 ， 主要 从事 高压 直流输电技 术工作。 收 稿 日期 ： 2 0 1 4 — 0 8 — 2 8 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m