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類型分類：: 科普知識

數據分類：: 金屬殼體

非金屬殼體預裝式變電站之GRC殼體應用

發布日期：2022-10-09 點擊率：93

　　近十余年來，由于各地城網改造的普遍展開，預裝式變電站大量出現在城市的市政道路旁與社區建筑中。傳統的預裝式變電站殼體常常采用鋼板或復合板制造，結構形式和造型單一，耐腐蝕性差，隔熱與通風散熱效果也不佳，還常常成為街頭涂鴉和粘貼小廣告的匯集地，造成了視覺污染，更破壞了城市環境。怎樣從總體上改變預裝式變電站的結構設計已成為城市建設的重要問題。

　　本文就預裝式變電站殼體的現狀歸納了存在的主要問題，并針對問題提出了主要的解決方案。結合對非金屬殼體預裝式變電站和金屬殼體預裝式變電站進行對比分析和實驗研究。指出殼體“底進頂出”的通風結構方式，是解決常規“側進側出”通風結構方式散熱效果不佳問題的有效方法。分析了GRC殼體預裝式變電站設計中遇到的問題和解決辦法，并詳細介紹了GRC殼體預裝式變電站的特點和需要注意的主要問題。

　　預裝式變電站殼體用材及通風結構方式的改變，不僅對該類產品性能的改進起到關鍵的作用，還將對相關產品的設計和制造產生較大的影響。

1預裝式變電站殼體現狀

1.1預裝式變電站殼體分類

　　多年來，國內制造的緊湊型預裝式變電站產品，其結構的原型是來自十幾年前歐洲的同類產品。當時，該類產品結合中國廠家的加工能力，在很多方面進行了簡化處理。這些產品在結構與用材上大致可分為以下幾個類型。第一，殼體通常采用金屬板材加工，有沉箱式緊湊型結構和全地面平置式結構，表面噴涂處理。第二，應用有水泥材料的箱體，全地面平置結構，其門體為復合材料，表面涂敷建筑涂料。第三，主要采用復合板材加工，全地面平置結構，框架表面涂漆處理，其余為材料自然表面。以上三類產品的通風結構基本上采用“側進側出”式。

1.2預裝式變電站殼體存在的問題

　　第一，對于金屬材料制造的箱體，易發生因表面涂層質量不高造成的銹蝕。第二，對于普通水泥材料制造的箱體，其門體因多為復合板材加工而成，結構強度低且與整體外觀不協調。第三，對于以復合板材為主制造的箱體，整體結構強度不高且外形美觀性較差。第四，上述幾種箱體因通風結構相同，均為“側進側出”，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法避免因亂涂鴨和亂粘貼而造成的城市視覺污染。

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械強度的材料?？晒┻x擇的材料諸如：GRC、SMC、金屬板內襯外掛水泥預制裝飾板等。

1.3.2結構設計及工藝方案

　　針對所選定的材料，研究制定和組織實施相關結構設計及工藝方案。例如：針對GRC材料，需要解決預制件模具、構件的結構設計與制造工藝、構件的裝配工藝和實現殼體構件功能化的方案。

1.3.3通風散熱方式的選擇

　　改變“側進側出”的通風結構為“底進頂出”的通風結構。

1.3.4表面形狀及涂層

　　對于外表面需要裝飾涂層的GRC構件，為了有效地扼制“兩亂”現象造成的不良影響，殼體表面形狀應制成凸凹不平狀，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與實踐驗證

2.1解決方案所涉試品的實施內容

　　試品的結構類型為沉箱“目”字排列緊湊型預裝式變電站，試品的沉箱部分由鋼板及型鋼焊接而成，地面部分構件為GRC結合耐火隔熱材料以及預埋金屬件構成。試品的沉箱部分涂敷底漿漆及外敷黑色瀝青漆，GRC構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及其應用

2.2.1GRC

　　耐堿玻璃纖維是GRC的肋筋材料，是100無機纖維。它的特點是質輕、能有效抵抗水泥中高堿物質的侵蝕，耐堿性好，握裹力強，彈性模量、抗沖擊、抗拉、抗彎強度極高，不燃、抗凍、耐溫度濕度變化能力強，抗裂、抗滲性能卓越，具有可設計性強、易成型等特點，是廣泛應用在高性能增強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度、抗彎強度、抗裂抗滲性能，改善混凝土基體的韌性和抗沖擊性。該構件材料與SMC等非金屬材料相比，在制作箱站等大型設備殼體方面自主加工性強，構件不必拼接，整體性好，即便出現內部燃弧等火災情況時也不可能有坍塌等風險。

2.2.2GRC構件的構成

　　水泥（混凝土）構件內置用不可燃隔熱材料（可選用諸如：人造無機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、鋼筋網和預埋金屬件，且在水泥構件鋼筋網間有尼龍編制密網。

2.3兩種預裝式變電站殼體通風結構的比較

　　采用“側進側出”或“底進頂出”通風結構的兩種預裝式變電站殼體，在通風方式上同屬于置換式通風，只是其通風結構不同。試品水泥殼體預裝式變電站的通風結構為“底進頂出”式，而通常金屬殼體預裝式變電站的通風結構基本上為“側進側出”式。

　　“底進頂出”式預裝式變電站的進、排風口有效面積雖然比同種規格的“側進側出”式預裝式變電站的進、排風口有效面積還要小些，但是“底進頂出”式預裝式變電站的換氣量較“側進側出”式預裝式變電站的換氣量要大。因此，可以得出這樣的結論：“底進頂出”式預裝式變電站的通風效果好于“側進側出”式預裝式變電站的通風效果。

3GRC箱式變電站殼體設計中的問題及解決辦法

3.1GRC箱式變電站殼體設計中的問題

3.1.1門體

　　門體作為殼體中重要的結構件，在實現采用GRC材料時，帶來了一系列問題：其一，門體是一個可活動的運動功能件，要求開啟輕便靈活，關閉鎖位置準確。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，每扇門的質量也有百余千克，實現上述運動要求和位置校正難度很大；其二，如此重的門體在遇到損壞需更換時，其連接件的拆裝具有相當大的難度；其三，此種門體開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

　　頂部構件重量較大，安裝時需要起吊，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箱式變電站殼體設計中問題的解決方法

3.2.1門體問題的解決辦法

　　采用承載能力高的端軸方式，門軸與門框形成鉸鏈鏈接；水泥門板上部端軸采用可軸向滑動式軸桿和固定式軸套方式，能有效地實現對軸桿的徑向約束，為便捷地更換門體創造條件；水泥門板下部端軸采用可軸向滑動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，下門框軸向止推軸承上有一個短軸，此軸下端部階梯軸外軸面與軸向止推軸承上座圈內孔壁過盈配合，上端部有與端鍵相配合的孔和鍵槽，可以使門下端軸桿有效的定位到軸承上；水泥門板下部端軸的軸向止推軸承座側設有軸承徑向調節螺釘，可用于調節門軸位置以端正門體。此外，在軸向止推軸承下座圈的托板上還設置了泄水孔。

3.2.2頂部吊裝掛接方式的改進措施

　　箱體頂蓋沉重，安裝與拆卸時需要起吊。為了實現頂蓋的吊裝，在頂蓋上設置有吊裝掛接構件。出于外觀要求，吊裝掛接構件需要隱蔽，所采用的方式有兩種。

　　一是球頭掛環結構。當頂蓋安裝完畢后，撤出彈簧銷將球頭掛環取下，取下球頭掛環單獨存放，使整個箱體外觀更加協調美觀。

　　二是吊裝環結構。吊裝完畢后，可將旋合在吊裝掛接構件螺旋桿上的螺旋起吊環取下，單獨存放。用一個呈圓弧頂且具有內螺紋的防腐外罩將其扣住，以此來保護螺栓不被腐蝕。

3.2.3門邊的密封和門開啟角度的定位支撐

　　門體與門框體間裝有定位支撐結構，開啟部分與對應固定殼體接觸邊緣處裝有密封件，門體鉸鏈側邊部設計有倒角，避免了門開啟始于門框邊緣發生干澀。這些措施結合門體端軸的結構特點，使得門體獲得了有效的密封和輕松開啟后的準確定位效果。

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計

　　在箱體外表面設計上，除可設計為實驗樣品如金字塔形方錐凸起外，還可以做成許多有規則的外表面形狀。此類表面，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

　　實驗用樣品為JF系列防“兩亂”無色涂料，經實驗檢驗效果較好。2007年初，部分街區試運行的箱體外壁表面雖有遭污損的情況，但均沒有留下永久的痕跡。該涂料的基本原理為應用低表面能高分子樹脂的合成技術；通過控制有機硅單體、丙烯酸類單體、三氟偏乙烯的比例，使樹脂具有防粘、防寫、耐候、耐摩擦的功能。從技術指標看，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溶劑，使油性筆墨水無法侵入到涂層內部，又由于較低的表面張力，使之易于去除；該涂料不含醚類、苯、酮、甲醛類等有污染的有機溶劑，不排放有毒氣體，具有良好的安全性和環保性；該涂料具有丙烯酸氟碳、有機硅樹脂互補的特點，成膜硬度、耐熱性、耐水性、耐紫外線、耐酸雨、耐鹽霧性較好，使用壽命得到延長。據了解，該種涂料的有效作用期不低于2年。

4采用GRC殼體需要注意的問題

　　在選用GRC作為殼體材料時，須注意下列三個方面的問題。

　　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，對成型模具的依賴性較強，對于非標產品的適應性較差，加工周期長。

　　其二，殼體構件加工工藝較為復雜，定制模具、預埋鋼結構加工、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，對成形模具的依賴性較強，對于非標產品的適應性較差，加GRC材料、高溫養護、修形、部件配裝、調整等等，這些環節均對最終的產品外觀和性能產生影響，不易控制。

　　其三，因為GRC本身屬脆性材料，質量較大，對吊裝、運輸均有較高要求，容易造成表面磕碰傷。

5結束語

5.1GRC“底進頂出”通風結構預裝式變電站殼體的特點

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