非金属grc材料箱变箱体制造工艺及其强度可靠性分析.doc

非金属非金属 GRCGRC 材料箱变箱体制造工艺及其材料箱变箱体制造工艺及其 强度可靠性分析强度可靠性分析字体大小：大 - 中 - 小 gqgmzhanggqgmzhang 发表于 09-12-27 11:35 阅读(319) 评论(0) 景观型非金属箱体特点景观型非金属箱体特点景观型非金属箱式变电站箱体（以下简称箱变箱体）见图 1 应用 GRC 复合 材料制造始于上世纪的 1997 年由于其具有较强的机械强度（其试样的强度， 抗折 18～20MPa，抗拉 3.5～4.5MPa、抗压 40～45MPa、抗冲击 14～18KJ/?）， 箱体能够满足 IEC1330 标准规定的六条判据要求,可防止万一内部故障电弧破坏 强度资料记载德国公司要求在故障时能承受 0.018MPa 冲击力及 0.035MPa 冲 击力（非移动式） 图图 1 1GRC（Glass Fiber Reinforced Cement）复合材料制造的箱变箱体其强度 完全可以承受汽车运输产生的震动和抖动的破坏力苏州企业制造的非金属箱 式变电站已先后采用汽车运输到蒙古、越南、哈萨克斯坦等国GRC 材料从上世纪 70 年代开始应用于箱式变电站制作上,并在桥梁、建筑、 护拦、遮阳板、粮仓、浮筒等处使用,已证明其具有抗曝晒、抗辐射、抗风化、 隔热、防水等特性,具有防大气腐蚀能力。

GRC 材料试块的物理学性能实验表明 其抗冻融性 25 个循环没有出现剥落、脱层等不良现象实践使用证明非金属箱非金属箱 变箱体变箱体和户外电气柜体在户外受骤冷、骤热环境下不产生凝露,因此杜绝因凝露 产生高低压电气设备闪络,甚至短路事故发生GRC 材料制造的非金属箱变箱体非金属箱变箱体外型可塑性大,尺寸变化不受限制,目前箱 变箱体外型有欧式形式多种及户外开关站、户外环网柜、农用配电箱、电站用 消弧线圈柜、中性点电阻柜等箱体色彩可与周围环境协调匹配,能满足城市建 设和景区环境要求箱体的箱体的外观有多种装饰,除采用各种颜色外墙乳胶漆涂料, 仿石砖、墙砖、三色条砖、木纹砖等装饰外.苏州爱信公司在非金属箱体外装嵌 仿腐木条（见图 2）,其防腐木条是经过 CCA-C 防腐剂专门处理过,可提高使用 寿命十倍以上图图 2 2GRC 材料制造的箱体使用寿命长达 40~50 年,与水泥制品、金属制品相比较的评 价见阿尔斯通公司推荐的比较表 表表 1 1 箱变箱体材料评价比较表箱变箱体材料评价比较表评估项目评估项目GRCGRC传统水泥传统水泥金属金属抗腐蚀性抗腐蚀性好好中中差差抗火性抗火性好好中中差差抗内部燃烧性抗内部燃烧性中中好好差差维护性维护性好好好好差差寿命寿命中中好好差差总评总评高高高高差差2 2 GRCGRC 复合材料的由来及其制造工艺复合材料的由来及其制造工艺GRCGRC 复合材料首先是由英国复合材料首先是由英国建筑建筑研究单位于上世纪研究单位于上世纪 7070 年代开发研究成功的。

年代开发研究成功的 具有轻薄、抗撞、吸音、防潮、耐酸雨、耐盐份、耐风化、施工快速等多重优具有轻薄、抗撞、吸音、防潮、耐酸雨、耐盐份、耐风化、施工快速等多重优 点点, ,而被广泛应用多种场合而被广泛应用多种场合, ,同时同时 GRCGRC 材料也被应用制造箱变箱体上来材料也被应用制造箱变箱体上来GRCGRC 复合材料是以耐碱玻纤作增强材料复合材料是以耐碱玻纤作增强材料, ,低碱度（低碱度（pH≤10.5pH≤10.5）硫酸铝盐快干）硫酸铝盐快干 水泥为粘结材料水泥为粘结材料, ,掺入细砂及相关添加剂掺入细砂及相关添加剂, ,按专业配方混合后，通过专用设备混按专业配方混合后，通过专用设备混 合喷射浇注在相应的尺寸的模具中成型合喷射浇注在相应的尺寸的模具中成型, ,其设备的工作原理见图一压缩空气驱其设备的工作原理见图一压缩空气驱 动风动马达时动风动马达时, ,玻纤无捻粗砂纤维由输送管进入切割腔被主动辊轮上的刀片切断，玻纤无捻粗砂纤维由输送管进入切割腔被主动辊轮上的刀片切断， 在高压空气作用下在高压空气作用下, ,将切好的约将切好的约 2cm2cm 左右的玻纤段通过喷嘴射出去左右的玻纤段通过喷嘴射出去, ,与此同时与此同时, ,机机 座上的另一处设有水泥砂浆喷枪座上的另一处设有水泥砂浆喷枪, ,由水泥挤压泵将水泥砂浆输送到喷头内由水泥挤压泵将水泥砂浆输送到喷头内, ,在高在高 压空气作用下喷出并在空气中雾化压空气作用下喷出并在空气中雾化, ,两个喷嘴之间形成一两个喷嘴之间形成一定夹角定夹角, ,使水泥砂浆和玻纤段在空间均匀混掺使水泥砂浆和玻纤段在空间均匀混掺, ,进入所需的模具中成型进入所需的模具中成型, ,在混在混 掺玻纤的水泥砂浆未固化之前用瓦工的抹子反复刮平掺玻纤的水泥砂浆未固化之前用瓦工的抹子反复刮平, ,紧压其表面紧压其表面, ,直至初步固直至初步固 化成型（一般在化成型（一般在 2525 分钟以内）。

水泥固化过程是放热化学反映分钟以内）水泥固化过程是放热化学反映, ,夏季气温高于夏季气温高于 30℃30℃以上情况下可在表面洒水保养以上情况下可在表面洒水保养, ,冬季温度较低冬季温度较低, ,初凝时间较长初凝时间较长, ,可加入速凝剂可加入速凝剂 等化工原料或采用移动式火炉烘烤等化工原料或采用移动式火炉烘烤, ,提高环境温度加速固化，在成型保养过程中提高环境温度加速固化，在成型保养过程中 采用塑料膜敷盖保温采用塑料膜敷盖保温, ,经过经过 1010～～1212 小时可脱模小时可脱模. .此时其强度比较低此时其强度比较低, ,但完全可以但完全可以 进行整体的搭建施工进行整体的搭建施工, ,真正达到指标强度要真正达到指标强度要 6 6～～7 7 天时间室温低于天时间室温低于 3℃3℃不易进不易进 行行 GRCGRC 材料浇注作业材料浇注作业图图 3 3 GRCGRC 浇注喷射原理图浇注喷射原理图３关于非金属箱体强度可靠性理论的引述和分析GRC 复合材料其主要成分是特种快干水泥，骨料为细砂，增强材料为耐碱玻璃 纤维，在箱体制造时又在 GRC 复合材料的混凝土中增放钢筋骨架，其骨架与结构联结用的预埋件相焊接，其墙板横梁中的骨架及预埋铁见图 4、图 5。

顶盖中 的钢筋骨架及预埋铁见图 6 图图 4 4 墙板钢筋骨架墙板钢筋骨架 GRCGRC 复合材料复合材料图 5 横梁钢筋骨架 GRC 复合材料图 6 顶盖钢筋骨架图图 7 7 钢筋混凝土受力示意图钢筋混凝土受力示意图4 4 非金属箱体的空间刚度非金属箱体的空间刚度箱变箱体强度除决定选材规格、材质外，还与施工中底架和墙板、顶盖等箱变箱体强度除决定选材规格、材质外，还与施工中底架和墙板、顶盖等 整体牢固结合可靠有关箱体实际受力是一个整体搭建的可移动房屋，当箱体整体牢固结合可靠有关箱体实际受力是一个整体搭建的可移动房屋，当箱体 在载荷如风，运输中速度和加速度冲击作用下，力不仅在纵墙和屋盖组成的平在载荷如风，运输中速度和加速度冲击作用下，力不仅在纵墙和屋盖组成的平 面内传递，而且还通过屋盖平面和横墙（山墙）平面进行传递，形成箱体空间面内传递，而且还通过屋盖平面和横墙（山墙）平面进行传递，形成箱体空间 上的内力传播分布的空间工作状态，由上的内力传播分布的空间工作状态，由箱体的箱体的整体刚度，即空间刚度来确保箱整体刚度，即空间刚度来确保箱 体受外力情况下的安全房屋空间受力体系的强度，体受外力情况下的安全。

房屋空间受力体系的强度，建筑建筑学称之为空间刚度学称之为空间刚度 在搭建在搭建箱体的箱体的施工中，各构件之间互相支撑和约束，大大增加了整体强度和刚施工中，各构件之间互相支撑和约束，大大增加了整体强度和刚 度所以非金属箱体的强度不存在质疑本文提出的受力分析，仅供同行参考所以非金属箱体的强度不存在质疑本文提出的受力分析，仅供同行参考5 5 箱体应用中存在的问题及解决措施箱体应用中存在的问题及解决措施非金属箱式非金属箱式变电变电站在国内制造应用已经十余年笔者所经历的制造最大尺站在国内制造应用已经十余年笔者所经历的制造最大尺 寸的非金属箱体外型尺寸为长寸的非金属箱体外型尺寸为长 1010ｍ，宽ｍ，宽 4 4ｍ，高ｍ，高 2.52.5ｍ，平顶箱变在苏州组ｍ，平顶箱变在苏州组 装后，整体重量达装后，整体重量达 3030 余吨采用余吨采用 2 2 台台 2525 吨汽吊同时起吊装车运往天津南开大吨汽吊同时起吊装车运往天津南开大 学目前运行中欧式尖顶长学目前运行中欧式尖顶长 9.59.5ｍ，宽ｍ，宽 3.63.6ｍ（加檐宽后ｍ（加檐宽后 3.93.9ｍ），高ｍ），高 3 3ｍ，ｍ， 由苏州运往河南以上均采取由苏州运往河南。

以上均采取 2020 号槽钢制造底架苏州每年生产号槽钢制造底架苏州每年生产 50005000 多台多台非非 金属箱变箱体金属箱变箱体，极少因为箱体强度发生质量问题发生在，极少因为箱体强度发生质量问题发生在 20042004 年年 1 1 台外型尺寸台外型尺寸 为为 4200×2300×23004200×2300×2300，，变压器变压器容量为容量为 400kVA400kVA 非金属箱变由深圳运往外地客户非金属箱变由深圳运往外地客户 后出现墙体裂纹，用户拒收运回深圳后，经检查，外观墙体开裂，顶盖折断，后出现墙体裂纹，用户拒收运回深圳后，经检查，外观墙体开裂，顶盖折断，内部隔室板变形损坏，箱体变形，门脱落，钢制底架可见弯曲变形但内部电内部隔室板变形损坏，箱体变形，门脱落，钢制底架可见弯曲变形但内部电 器装置、器装置、变压器变压器、高低压柜等未造成破坏性损失箱体和箱变制造厂家双方分、高低压柜等未造成破坏性损失箱体和箱变制造厂家双方分 析认为：主要原因是箱变箱体底架选用析认为：主要原因是箱变箱体底架选用 1212 号槽钢规格偏小，设计起重支点偏外，号槽钢规格偏小，设计起重支点偏外， 增大了弯矩，造成底架刚度不足，另外，增大了弯矩，造成底架刚度不足，另外，箱体的箱体的 GRCGRC 材料也存在由于低碱快干材料也存在由于低碱快干 水泥的质量问题，造成墙板、顶盖等质地疏松现象。

使得整体的箱体强度下降水泥的质量问题，造成墙板、顶盖等质地疏松现象使得整体的箱体强度下降 和刚度不足在运输起吊中受力引起变形，而导致质量事故经初步以静载荷和刚度不足在运输起吊中受力引起变形，而导致质量事故经初步以静载荷 计算钢制底架弯曲挠度在计算钢制底架弯曲挠度在 10m/m10m/m 以上，由于起吊中存在的冲击载荷不可避免对以上，由于起吊中存在的冲击载荷不可避免对 箱体强度、刚度都是有影响的但这样事故极其少见另一方面，近年来，由箱体强度、刚度都是有影响的但这样事故极其少见另一方面，近年来，由 于非金属箱体市场需求量较大，在市场驱动下，各地先后上马制造非金属箱体于非金属箱体市场需求量较大，在市场驱动下，各地先后上马制造非金属箱体 产品，一些单位，对产品，一些单位，对 GRCGRC 复合材料制造箱体相关技术和工艺掌握有一定距离，复合材料制造箱体相关技术和工艺掌握有一定距离， 选材严肃性不够，对起重运输这些体积大，重量重的选材严肃性不够，对起重运输这些体积大，重量重的箱体的箱体的特殊性和危险性认特殊性和危险性认 识不足，故出现了一些问题，如箱体出现裂缝，箱体底架与箱体分离等质量问识不足，故出现了一些问题，如箱体出现裂缝，箱体底架与箱体分离等质量问 题也有发生。

这些问题大部分都产生在运输过程中曾发现箱体与其他货物混题也有发生这些问题大部分都产生在运输过程中曾发现箱体与其他货物混 装运输中途装卸、换车短拨，装卸时没有专用吊具，使箱体变形，换车后短拨装运输中途装卸、换车短拨，装卸时没有专用吊具，使箱体变形，换车后短拨 没有充分固定另一种是箱体装在车尾，在长途运输后出现裂缝运输中突发没有充分固定另一种是箱体装在车尾，在长途运输后出现裂缝运输中突发 事件，急刹车破坏的。