ДОНБАСЬКА ДЕРЖАВНА АКАДЕМІЯ
БУДІВНИЦТВА І АРХІТЕКТУРИ

Семенов Віктор Володимирович

УДК: 621.315.1

УДОСКОНАЛЕННЯ ПРОЕКТУВАННЯ І УПРАВЛІННЯ ВИРОБНИЦТВОМ ОПОР ВИСОКОВОЛЬТНИХ ЛІНІЙ ЕЛЕКТРОПЕРЕДАЧІ

05.23.01 – Будівельні конструкції, будівлі та споруди

Автореферат

дисертації на здобуття наукового ступеня

кандидата технічних наук

Макіївка – 2004

Дисертацією є рукопис.

Робота виконана в Донбаській державній академії будівництва і архітектури (ДонДАБА) Міністерства освіти і науки України.

Науковий керівник: доктор технічних наук, професор Горохов Євген Васильович, Донбаська державна академія будівництва і архітектури, ректор, завідувач кафедри металевих конструкцій.

Офіційні опоненти: доктор технічних наук, професор Шебанін В'ячеслав Сергійович, Миколаївська державна аграрна академія, ректор;

кандидат технічних наук, старший науковий співробітник Микитаренко Михайло Олексійович, ВАТ “УкрНДІпроектстальконструк-ція ім. В.М. Шимановського” (м. Київ).

Провідна установа: Придніпровська державна академія будівництва і архітектури, кафедра “Металеві, дерев'яні і пластмасові конструкції”, Міні-стерство освіти і науки України (м. Дніпропетровськ).

Захист дисертації відбудеться “26” лютого 2004 р. о 13 годині на засіданні спеціалізованої вченої ради Д 12.085.01 в Донбаській державній академії будівництва і архітектури за адресою: 86123, Донецька обл., м. Макіївка, вул. Державіна, 2, I навчальний корпус, Зал засідань.

З дисертацією можна ознайомитися в бібліотеці Донбаської державної академії будівництва і архітектури (Україна, 86123, Донецька обл., м. Макіївка, вул. Державіна, 2).

Автореферат розісланий “24” січня 2004 р.

В.о. вченого секретаря

спеціалізованої вченої ради Висоцький Ю.Б.

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність теми. Однією з найважливіших задач стратегічної безпеки держави є підвищення надійності електропостачання та забезпечення енергетич-ної безпеки. Значні резерви у вирішенні цієї задачі закладені в удосконаленні будівельних конструкцій опор і фундаментів на основі нового підходу до проектування й управління виробництвом з гарантованими показниками якості та надійності для України та країн далекого зарубіжжя.

У нових умовах ринкової економіки незалежної України перед заводами-виробниками виникли задачі щодо адаптації на світовому ринку, оскільки обсяг постачань на внутрішній ринок за останнє десятиліття значно скоротився. Вихід на міжнародний ринок можливий тільки через участь у міжнародних тендерах, умовами успіху в яких є: низькі ціни в порівнянні з конкурентами, висока якість продукції, гарантовані терміни постачань. Низькі ціни при традиційних підходах до проектування та виробництва одержати неможливо, як і неможливо одержати високу якість з використанням старих технологій. Тому тема дисертаційної роботи, присвяченої оптимальному проектуванню повітряних ліній електропередачі (ПЛ) з урахуванням усіх параметрів, що відображають специфіку траси та умови експлуатації, а також якісним змінам виробництва опор, гарантуючим надійність конструкцій і відповідність міжнародним стандартам, є дуже актуальною, оскільки спрямована на збереження конкурентоспроможності національної продукції на світовому ринку.

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Дисертаційна робота виконана в межах кафедральної держбюджетної теми К-2-10-01 “Удосконалення формоутворення металоконструкцій на основі діагностики і моніторингу залишкового ресурсу, економіко-математичне моделювання режиму експлуатації будівель і споруд” (№ 0102U002843), етап 2 “Розробка розрахункової моделі конструкцій оптимальних опор високовольтних ліній електропередачі”. У даній роботі автором запропоновані конкурентоспроможні конструкції опор ПЛ для України і реґіонів далекого зарубіжжя з урахуванням вимог економічності, технологічності та експлуатації відповідно до міжнародних нормативів.

Мета та задачі дослідження. Мета дисертаційної роботи полягала в удосконаленні проектування і управління виробництвом опор ПЛ для створення надійних і конкурентоспроможних конструкцій для України та реґіонів далекого зарубіжжя.

Для досягнення поставленої мети вирішені наступні задачі:

-

-

-

-

Об'єкти досліджень металеві конструкції опор високовольтних ліній електропередачі.

Предмет дослідження проектування та управління виробництвом конструкцій опор високовольтних ліній електропередачі.

Методи досліджень. В основу розроблених методів розрахунку та проекту-вання покладені методи математичного моделювання на основі методу кінцевих елементів, методи комп'ютерного моделювання, експериментальні методи фізичного моделювання, тензометрії.

Наукова новизна одержаних результатів.

Короткий зміст наукових положень і результатів, одержаних автором, полягає в тому, що вперше при проектуванні і виробництві опор ПЛ:

-

-

-

-

-

-

Практичне значення одержаних результатів. Розроблені конструкції оптимальних металевих опор високовольтних ліній електропередачі впроваджено при будівництві магістральних ліній електропередачі в Національній енергетичній компанії “Укренерго”.

Запропоновані системи автоматизованого проектування (САПР) та управління виробництвом (АСУВ) опор ПЛ увійшли до практики проектування та виготовлення на ВАТ “Домодедовский завод металлоконструкций” (Росія) і ВАТ “Донецький завод високовольтних опор”. Виконаний комплекс теоретичних і експериментальних досліджень щодо підвищення технологічності та економічності вузлових з'єднань опор ПЛ дозволив впровадити у виробництво ефективні оцинковані вузлові з'єднання на високоміцних болтах і технологію дифузійного цинкування кріпильних виробів на ВАТ “Донецький завод високовольтних опор”. Завод взяв участь у тендерних торгах при проектуванні ліній електропередачі у В'єтнамі, Перу, Лівії, Єгипті, Сирії та Йорданії.

За якість продукції, що поставляється за кордон, ВАТ “Донецький завод високовольтних опор” нагороджений: у 1992 р. – почесним призом “Міжна-родна Золота Зірка” (Мадрид); у 1994 р. – “Міжнародною Діамантовою Зіркою” (Мехіко); у 1996 р. – призом за кращу якість за рішенням міжнародної організації Global Quality Management Ltd. (Женева); 2000 р. – “Золотим Меркурієм” у реґіональному конкурсі в номінації “За високу якість продукції”. У ВАТ “До-нецький завод високовольтних опор” у 2001 р. німецькою фірмою TUV NORD сертифікована система управління якістю відповідно до ISO 9001 в галузі проекту-вання та виробництва оцинкованих металоконструкцій опор ліній електропередачі.

Особистий внесок здобувача. Наведені в дисертаційній роботі результати досліджень одержані здобувачем самостійно. Особистий внесок автора полягає в наступному:

-

-

-

-

-

Апробація результатів роботи. Основні положення дисертаційної роботи доповідалися на 3-й Міжнародній конференції “Нетрадиційна енергетика в XXI столітті” (Крим, 2002 р.), на 4-й Національній науково-технічній конференції і виставці “Неруйнівний контроль і технічна діагностика НКТД-2003” (м. Київ, 2003 р.), на 2-й міжнародній конференції “Баштові споруди” (м. Макіїв-ка, 2003 р.).

У повному обсязі закінчена дисертаційна робота доповідалася на розширеному засіданні кафедри “Металеві конструкції” Донбаської державної академії будівництва і архітектури (м. Макіївка, жовтень 2003 р.).

Публікації. За темою роботи опубліковано 7 друкованих праць, що відображають її основний зміст, у тому числі 5 статей у журналах і збірниках наукових праць і 2 статті в матеріалах і тезах конференцій.

Структура і обсяг роботи. Дисертаційна робота складається зі вступу, 4 розділів, основних результатів і висновків, списку використаної літератури (138 найменувань), 4 додатків. Дисертація викладена на 198 сторінках, у тому числі 114 сторінок основного тексту, 14 сторінок списку літератури, 8 повних сторінок з рисунками і таблицями, 70 сторінок додатків.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

У вступі обґрунтована актуальність теми, сформульовані мета і задачі дослідження, наведено основні результати, які одержані автором, показано їх наукову новизну, практичне значення і реалізацію.

У розділі 1 виконаний огляд науково-технічної і нормативної літератури, проектних рішень опор високовольтних ліній електропередачі, сучасних методів з автоматизації проектування та автоматизованих систем управління виробництвом, методів розрахунку і проектування баштових споруд при спільній роботі з фундаментом і основою, існуючих методів визначення трудомісткості і вартості виготовлення металоконструкцій, досліджень впливу технології цинкування конструкцій на економічність і довговічність захисних покриттів опор ПЛ.

Основні теоретичні та експериментальні дослідження з проблеми аналізу напружено-деформованого стану та оптимізації будівельних металоконструкцій виконано М.С. Стрєлецьким, М.П. Мельниковим, М.М. Жербіним, В.В. Трофимовичем, Я.М. Ліхтарниковим, В.В. Бірюльовим, В.І. Трофимовим, А.А. Зевіним, В.М. Шимановським, А.В. Перельмутером, В.О. Пермяковим, М.О. Микитаренком, Є.В. Гороховим, С.Ф. Пічугіним, В.С. Шебаніним, Є.В. Шевченком та іншими вченими. На даний момент для конструкцій опор високовольтних ліній електропередачі вирішені задачі збору навантажень, розрахунку проводів і тросів разом з опорами, питання проектування та надійної експлуатації. Для забезпечення конкурентоспроможності конструкцій опор ПЛ відповідно до міжнародних нормативів доцільна розробка методики оптимізації конструкцій з урахуванням спільної роботи опори з фундаментом і основою.

Вивчення корозійних процесів і кінетики руйнування систем антикорозійного захисту сталевих конструкцій проводилися в роботах Г.В. Акімова, Ю.Л. Вольберга, А.І. Голубєва, А.І. Кікіна, І.І. Кошина, Є.В. Горохова, С.М. Шаповалова, В.П. Корольова, С.М. Бакаєва та інших. Перспективними є роботи з упровадження технології ефективних способів цинкування у виробництво опор ПЛ.

Системи автоматизованого проектування та автоматизовані системи управління виробництвом металевих конструкцій досліджено в роботах Г.А. Геммерлінга, В.М. Гордєєва, А.А. Чираса, А.В. Шевченка, Л.С. Вінарика та інших авторів. З метою підвищення якості та ефективності виготовлення конструкцій опор ПЛ є раціональною розробка зв'язку між системами АСУВ і САПР.

На підставі огляду літератури і проведеного аналізу сформульовані основні напрямки досліджень.

У розділі 2 виконано вдосконалення проектування та технології виготовлення вузлових з'єднань опор, а також антикорозійного захисту металу і металовиробів з метою підвищення якості продукції. Проведено комплекс теоретичних і експериментальних досліджень з підвищення технологічності та економічності вузлових з'єднань опор ПЛ.

Опори ПЛ являють собою системи з дуже гнучкими елементами, і для них несуча здатність визначається не міцністю, а стійкістю. Зараз в усьому світі перевага віддається металевим оцинкованим болтовим опорам. Уся опора ПЛ може бути розбита на три конструктивних елементи: пояси, решітку, вузли з’єднання решітки з поясами на болтах. Від кількості болтів залежить розрахункова схема розкосів: при постановці одного болта закріплення приймається шарнірним, при двох і більш болтах уздовж зусилля – вважається жорстким, тобто при однаковій несучій здатності вузла з переходом з одноболтового на багатоболтове з'єднання зменшується розрахункова довжина розкосу. Оскільки розкоси підбираються за умовою стійкості, то можна підібрати менший профіль кутника і заощадити на масі конструкції, але в той же час підвищується трудомісткість на виготовлення і монтаж. В одноболтовому ж з'єднанні з використанням звичайних болтів класу 4.6?8.8 закріплення за рахунок сил тер-тя, створюваних натягом болтів, не враховується, тому що вони належать до болтів з неконтрольованою силою затягування. Для цього можуть бути використані фрикційні з'єднання на високоміцних болтах. Робота високоміцних болтів у будівельних і спеціальних конструкціях досить добре вивчена, а результати цих досліджень є в нормах розрахунку. Досвід використання високоміцних болтів в оцинкованих опорах ліній електропередачі в даний час відсутній. Така конструкція вузла вимагає вирішення економічних і технічних питань.

З метою виконання класифікації і визначення обсягів використання різних вузлових з'єднань елементів решітки з поясами був проведений аналіз найбільш характерних опор ПЛ, який показав, що одноболтове з'єднання є найпоширенішим, його кількість у відсотках на опору складає 25–63що на порядок вище всіх інших типів вузлів з’єднання. Таким чином, визначена галузь використання високоміцних болтів в одноболтових з'єднаннях.

Економічна доцільність прийняття конструкції вузла може бути доведена на підставі техніко-економічного аналізу. З цією метою була розроблена методика розрахунку вартості опор ПЛ, що дозволяє враховувати: масу конструкції і вартість основних матеріалів для них; трудомісткість і вартість виготовлення і монтажу; вартість конструкції “в ділі”. Найбільш складною частиною розрахун-ку вартості вузлових з’єднань опор ПЛ є розрахунок трудомісткості обробки. Це пов'язано з великою розмаїтістю конструктивних рішень і великою кількістю факторів, що впливають на трудомісткість вузлових з’єднань. Для 52 типів вузлових з’єднань опор ПЛ одержані рівняння трудомісткості за всіма технологічними операціями.

Для розрахунку трудомісткості обробки на стадії проектування в системі одностадійного автоматизованого проектування була розроблена програма розрахунку трудомісткості вузлів опор ПЛ на ЕОМ. Апробація методики розрахунку вартості опор ПЛ виконана на типовій опорі П330-2 шляхом варіювання між одноболтовими і багатоболтовими з'єднаннями. На опорі обрано тридцять вузлів, що підлягають зміні. Варіювалися три типи вузлових з'єднань: одноболтове, багатоболтове та на фасонці. Найбільш економічним за трудомісткістю є одноболтове з'єднання. Однак, з вартості “в ділі” перехід із шарнірного одноболтового на жорстке багатоболтове з'єднання дав економічний ефект, одержаний за рахунок зменшення витрати металу на опору, що склав 6%. Ця ефективність може бути підвищена за рахунок переходу з жорст-ких багатоболтових з'єднань на фрикційні одноболтові з'єднання на високоміц-них болтах.

На підставі проведеного техніко-економічного аналізу опор ПЛ розроблений каталог вузлових з'єднань, що використовується в системі одностадійного автоматизованого проектування ВАТ “Донецький завод високовольтних опор”.

Передчасне руйнування цинкового покриття і корозія металу – основна причина зниження терміну служби сталевих опор ПЛ. З метою технологічного обґрунтування товщини цинкового покриття при виконанні гарячого цинкування конструктивних елементів сталевих опор ПЛ з урахуванням установ-леного терміну служби розроблена і впроваджена в ВАТ “ДЗВО” система операційного контролю якості захисних покриттів, що включає проведення прискорених випробувань на корозійну стійкість і довговічність. Запропоновано розрахункову модель визначення гарантованих термінів служби захисних покриттів, що забезпечує оцінку ресурсу конструкцій у процесі експлуатації.

Зараз нанесення захисних покриттів на кріпильні вироби, застосовувані при складанні опор ПЛ, проводиться також методом гарячого цинкування. Однак, при цьому методі не забезпечується згвинчування гвинтової пари, тому що шар цинку, який розташовується на поверхні виробу, збільшує його геометричні розміри. Застосування подальшої механічної обробки для забезпечення згвинчування порушує суцільність покриття, збільшує трудомісткість і собівартість виготовлення. Крім того, високоміцні болти, що виготовляються з високоміцних сталей з використанням багатоступінчастої термічної обробки, не цинкуються методом гарячого цинкування, який використовується при традиційному цинкуванні опор.

Для забезпечення згвинчування гвинтової пари, підвищення надійності і довговічності нарізних з’єднань доцільне використання дифузійного методу нанесення цинкового покриття. Даний метод забезпечує одержання антикорозійного шару заданої товщини (за вимогою замовника) і згвинчування гвинтової пари, тому що цинк дифундує в поверхню виробу, утворюючи антикорозійний шар і не змінюючи істотно розмірів різьблення. Дифузійні цинкові покриття практично безпористі, мають високу твердість і значну міцність зчеплення з металом основи. Вони запобігають насиченню воднем сталі, мають рівномірну товщину на всій поверхні болтового з'єднання. Усе це підвищує монтажно-експлуатаційні властивості з’єднання. Покриття відповідають вимогам міжнародних стандартів, що дозволяє використовувати їх для конструкцій, які виготовляються на експорт.

Тому була відпрацьована технологія дифузійного цинкування і впроваджена у ВАТ “ДЗВО” для цинкування болтів з використанням методики диференційованого призначення товщини цинкових покриттів при проектуванні опор ПЛ з урахуванням напружено-деформованого стану, агресивності середовища і терміну служби конструкції.

З метою дослідження дійсної роботи оцинкованих одноболтових з'єднань на високоміцних болтах був виконаний ряд експериментів: відпрацьована технологія цинкування високоміцних болтів; визначений коефіцієнт тертя оцинкованої гайки при закручуванні болта; визначений коефіцієнт тертя оцин-кованого покриття; досліджена дійсна робота оцинкованого одноболтового з'єднання на високоміцних болтах при дії подовжньої сили і спільній дії подовжньої сили і моменту в одноболтовому оцинкованому з'єднанні на високоміцних болтах.

Величина осьового зусилля у високоміцному болті, створюваного динамометричним ключем, залежить від коефіцієнта тертя гайки і шайби при закручуванні. Коефіцієнт тертя гайки і шайби, оцинкованих дифузійним способом, досліджений експериментально в спеціально розробленому стенді (рис. 1). Зусилля, створюване високоміцним болтом вимірялося за допомогою зусиллєвимірювача (рис. 2).

Рис. 1. Загальний вигляд стенда для визначення коефіцієнта тертя між гайкою і шайбою високоміцного болта | Рис. 2. Випробувальний стенд
і зусиллєвимірювач

Величина крутильного моменту закручування гайки визначалася за допомогою тарувальних кривих динамометричного ключа, а значення осьового зусилля фіксувалося за показниками тензометричної системи, що контролювала роботу тензодатчиків, установлених на зусиллєвимірювачі. За результатами обробки експерименту одержане значення коефіцієнта тертя гайки і шайби оцинкованого високоміцного болта, що дорівнює 0,13.

Експериментальні дослідження коефіцієнта тертя цинкового покриття проведені на стенді, який дозволяє створювати поверхні тертя в чистому вигляді, тобто в зрушенні беруть участь тільки оцинковані поверхні (рис. 3). Навантаження на випробовувані зразки створювалися за допомогою двох гідродом-кратів (рис. 4). Момент початку зрушення поверхонь тертя фіксувався за падінням тиску масла в гідродомкраті, що здійснював натяг.

Рис. 3. Схема робочих елементів при
визначенні коефіцієнта тертя
цинкового покриття | Рис. 4. Випробувальний стенд для
визначення коефіцієнта тертя
цинкового покриття

Статистична обробка експериментальних даних показала, що коефіцієнт тертя цинкового покриття, одержаного методом гарячого цинкування, дорівнює 0,513.

Використання високоміцних болтів в одноболтових вузлових з'єднаннях забезпечує сприйняття подовжньої сили і згинального моменту у вузлі. Величина згинальних вузлових моментів в елементах решітки одержана на підставі статичного розрахунку за жорсткою схемою опор ПЛ. Це дозволило задати робочий діапазон співвідношень між подовжньою силою і згинальним моментом розкосу у вузловому з'єднанні.

Експериментальні дослідження дійсної роботи одноболтового з'єднання оцинкованої опори на високоміцних болтах при спільній дії згинального момен-ту і подовжньої сили у вузлі проводилися на спеціально створеному стенді. Стенд дозволяє створювати незалежні один від одного згинальний момент і подовжню силу в розкосі в широкому діапазоні (рис. 5). Навантаження на випробовуваний вузол створюються за допомогою двох гідродомкратів, а момент зрушення розкосу у вузлі фіксувався за допомогою індикаторів годинникового типу (рис. 6).

Експериментальні дослідження підтвердили можливість створення жорст-кого з’єднання розкосу в оцинкованому одноболтовому вузловому з'єднанні за допомогою високоміцних болтів (рис. 7). Запропоновані з'єднання можуть забезпечити сприйняття згинального моменту до 4 кН·м, що перевищує діючі згинальні моменти в опорах ПЛ у 2–4 рази.

Рис. 5. Загальний вигляд випробувального стенда для дослідження роботи
одноболтових з'єднань | Рис. 6. Вузол з'єднання розкосу з поясом

а) |

б) |

в)

Рис. 7. Деформативність одноболтового оцинкованого з'єднання
на високоміцному болті:

а) від згинального моменту; б) від подовжньої сили;
в) від спільної дії подовжньої сили і згинального моменту

На підставі проведених експериментальних досліджень розроблені рекомендації з розрахунку одноболтових оцинкованих з'єднань на високоміцних бол-тах опор ПЛ.

У розділі 3 розроблений програмно-апаратний зв'язок між автоматизованою системою управління виробництвом і системою автоматизованого проектування.

Автоматизована система управління виробництвом призначена для управління процесами організації виробництва продукції і поєднує процеси підготовки виробництва, саме виробництво (виготовлення) конструкцій і відван-таження готової продукції.

Система автоматизованого проектування призначена для розробки проект-но-конструкторської і технологічної документації, схем і деталей упакування готової продукції з використанням персональних комп'ютерів. САПР містить у собі виконання розрахунків будівельних конструкцій, систему моделювання об'єктів, розробку робочої документації стадії КМ і КМД, комп'ютерне контроль-не складання конструкцій до початку їх виготовлення, укладання пакувальних листів та інше. Особливістю САПР для конструкцій опор високовольтних ліній електропередачі є те, що від конструкції вузла залежить розрахункова довжина елементу та відповідно маса всієї опори, тому необхідне оптимальне одностадійне проектування.

Після аналізу роботи систем АСУВ і САПР виявлено, що функції виробничої діяльності процесами обома системами дублюють деякі операції при підготовці виробництва, що може призвести до суперечливих результатів на визначених етапах виробництва при роздільному функціонуванні цих систем.

З метою досягнення ефективного спільного функціонування обох систем в умовах ВАТ “Донецький завод високовольтних опор” розроблені і впровад-жені наступні заходи:

-

-

-

-

Зв'язок між АСУВ і САПР (рис. 8) припускає роботу різних структурних підрозділів заводу з єдиною базою даних.

Після прийому замовлення фахівці відділу головного конструктора розробляють модель опори ПЛ у натуральний розмір, що є базовою для формування креслень для виготовлення конструкцій, креслень технологічного оснащення, проекту упакування деталей, монтажної схеми і замовлених специфікацій.

Рис. . Структурно-логічна схема автоматизованого проектування і управління виробництвом опор ПЛ

У процесі виготовлення деталей зв'язок проектування з АСУВ дозволяє оперативно вирішувати задачі заміни металопрокату, вносити зміни в конструкцію опор з метою їх удосконалення, вирішувати питання з технології виготовлення і виконувати комп'ютерне та контрольне складання.

Переваги спільної роботи систем АСУВ і САПР:

-

-

-

-

-

-

Упроваджена система одностадійного проектування і вимоги міжнародних тендерних торгів обумовили появу комплексних випробувань, що включають випробування матеріалів, металовиробів, цинкових покриттів, комп'ютерне та контрольне складання, натурні випробування цілої конструкції на випробувальному полігоні, по завершенні яких здійснюється остаточне коригування проекту для серійного випуску продукції.

Розроблений зв'язок між системами АСУВ і САПР дозволив здійснити взаємопов'язане проходження всіх етапів проектування і виробництва, привів до упорядкування прийому і проходження замовлень, підвищення якості та ефективності виготовлення конструкцій і скорочення термінів. У підсумку рівень виробництва і якість готової продукції досягли міжнародного рівня.

У розділі 4 виконано оптимальне проектування ліній електропередачі при участі в тендерних торгах у далекому зарубіжжі.

З метою підвищення якості та ефективності продукції виконаний аналіз відмінностей при проектуванні металевих конструкцій опор за американськими та українськими нормами (табл. 1).

Зараз у світовій практиці для проектування опор ПЛ широко використовується програмний комплекс “TOWER” на базі американських норм ANSI/ASCE 10-90. Аналіз відмінностей методик проектування опор за американськими та українськими нормами проведений на прикладі проміжної опори TL+9 напругою 132 кВ (рис. 9), що будується в Лівії. Проект опори виконаний словенськими фахівцями за допомогою програми “TOWER”. Виконано перерахунок опори TL+9 за українськими нормами. Геометрична схема, розміри, матеріали і навантаження на опору прийняті такі ж, як і в лівійському проекті. Маса нижньої частини опори на 179,5 кг (1,69%) більше маси лівійського варіан-та, що пояснюється прийнятим, відповідно до українських норм, коефіцієнтом умов роботи гс=0,9. В іншому збіг розрахунків за американськими та українськими нормами досить близький. Далі, за методикою і програмами, розробленими в ДонДАБА, проведений оптимізаційний розрахунок нижньої частини стовбура опори. У результаті розрахунку знайдений оптимальний варіант геометричної схеми та одержане зниження маси нижньої частини стовбура опори на 949 кг (8,94%).

Таблиця 1 – Відмінності при проектуванні металевих конструкцій опор ПЛ
за американськими та українськими нормами

Показники | Українські норми | Американські норми

1. Максимальна відстань між діафрагмами жорсткості по висоті опор | 15 м | не нормується

2. Гранично припустимі гнучкості стиснутих елементів:

?

?

?

120

220-40б (б ? 0,5)=180

200 |

150

200

250

3. Підбір перерізів стиснутих
елементів | при

при

де

4. Кріплення опор
до фундаментів | башмаки |

стаби

5. Навантаження на решітку по нижніх гранях траверс від ваги монтажника | враховується | не враховується

(обумовлюється переміщення
монтажників по поясах)

6. Використовуваний при проек-туванні опор сортамент | сортамент заводів-виробників | великий спектр
типорозмірів профілів

Проведений аналіз проектів опори виявив, що:

-

-

-

-

Оптимальний проект
за українськими нормами | Маса опори – 9665 кг
Економія металу – 949 кг (8,94 %)
Економія землі – 35 м2 (45 %) | Рис. 9. Результати аналізу відмінностей в умовах проектування опор за американськими та українськими нормами
на прикладі проміжної опори TL+9 напругою 132 кВ для Лівії

Проект
за українськими нормами | Маса опори – 10794 кг
Перевитрата металу – 180 кг (1,69 %)

Лівійський проект
(програма “TOWER”) | Маса опори – 10614 кг

Оптимальне проектування металоконструкцій ліній електропередачі виконано з урахуванням спільної роботи опори з фундаментом і основою. Методика оптимізації системи “основа-фундамент-опора” полягає в розрахунку надійного закріплення опори в ґрунті, включаючи оптимізацію параметрів фундаментів при їх роботі в режимах “стиск – перекидання” і “висмикування – перекидання”. При оптимізації одночасно мінімізується вартість металоконструкцій опори і фундаментів.

Для металевих опор повітряних ліній електропередачі конструкція фундаменту залежить від конструкції вузла обпирання на нього опори. В країнах СНД застосовують, як правило, збірні грибоподібні фундаменти. Методика підбіру типорозміру за існуючими каталогами фундаментів полягає в тому, що за величиною вертикального навантаження (стиск-висмикування) і горизонтального навантаження визначаються необхідні параметри фундаменту: глибина закладення (висота фундаменту) і площа підошви для даних фізико-механічних характеристик ґрунту основи. Слід зазначити характер роботи фундаментів-підножників, кожний з який може працювати або як стиснуто-перекиданий, або як висмикувано-перекиданий. До особливостей проектування грибоподібних фундаментів необхідно віднести і те, що їх стійкість значною мірою залежить від будівельних властивостей ґрунту зворотного засипання.

Розрахунки грибоподібних фундаментів показали, що застосування збірного варіанту не завжди виправдано з точки зору забезпечення стійкості опори і, як правило, завжди невиправдано щодо перевитрати матеріалу. Останнє пояснюється тим, що перехід від одного типорозміру фундаменту до наступного дає стрибкоподібне збільшення витрати бетону на 12–13а металу – на 18–20 Крім того, у країнах далекого зарубіжжя замість фундаментів зі збірного залізобетону, як прийнято в країнах СНД, застосовують монолітний залізобетон, опора кріпиться до фундаменту закладними деталями (стабами) замість башмаків, і, таким чином, типове проектування фундаментів утрачає зміст; проводять індивідуальне проектування монолітних фундаментів для конкретних ліній електропередачі. Економічні розрахунки дозволили зробити висновок, що перехід від дискретної зміни параметрів грибоподібних фундаментів, що має місце в збірному варіанті, до плавної зміни при монолітному варіанті дозволяє знизити вартість фундаменту в 1,5–1,7 рази.

З метою підвищення конкурентоспроможності вітчизняних наукових розробок на світовому ринку в дисертації розроблена цінова методика, що дозволяє виконувати техніко-економічне обґрунтування тендерних пропозицій.

За результатами виконаних досліджень у дисертації наведені тендерні розробки для різних реґіонів далекого зарубіжжя: опори ПЛ 66 і 220 кВ для Лівії (Північна Африка), опори ПЛ 138 і 220 кВ для Перу (Латинська Америка), опори ПЛ 400 кВ для Сирії і Йорданії, опори ПЛ 220 кВ для Єгипту (Близький Схід), опори ПЛ 500 кВ для В'єтнаму (Південно-Східна Азія).

ОСНОВНІ ВИСНОВКИ

1.

2.

3.

4.

5.

Основні положення дисертації опубліковані в наступних роботах:

1. Горохов Є.В., Семенов В.В., Шевченко Є.В. Упровадження системи автоматизованого проектування і управління у виробництво опор ліній електропередачі // Міжнародний науковий журнал “Металеві конструкції”. Макіївка. 2001 р. Том 4, №1. С. 5-10.

2. Горохов Е.В., Шевченко Е.В., Семенов В.В., Сапронов Ю.В. Новая расчетная модель воздушной линии электропередачи на портальных опорах как единая конструктивная система // Вестник ДонГАСА. Макеевка. 2001.
№ 2001-5 (30). С. .

3. Горохов Е.В., Васылев В.Н., Сапрыкин А.В., Семенов В.В. Использование высокопрочных болтов в оцинкованных опорах высоковольтных линий электропередачи // Вестник ДонГАСА. Макеевка. 2002. № 2002-2 (33). С. .

4. Горохов Є.В., Лучніков В.А., Василєв В.М., Шевченко Є.В, Пермяков В.О., Ситник М.П., Семенов В.В., Чевичелов В.О., Гарф Е.Ф., Кудря С.О.
Розробка наукових основ та принципів побудови експлуатаційно-надійних конструкцій магістральних електромереж, освоєння їх виробництва та впровад-ження// Материалы 3-й Международной конференции “Нетрадиционная энергетика в XXI веке”, 2002г., Крым. С. .

5. Горохов Е.В., Некрасов Ю.П., Турбин С.В., Гримуд Г.И., Семенов В.В. Динамическая интегральная диагностика как метод оценки технического состояния строительных конструкций башенных сооружений // Материалы 4-й Национальной научно-технической конференции и выставки “Неразрушающий контроль и техническая диагностика НКТД-2003”, 19-23 мая 2003 г., Киев. С. .

6. Горохов Е.В., Турбин С.В., Бусько М.В., Бакаев С.Н, Гримуд Г.И.,
Семенов В.В. Техническое состояние строительных конструкций ОРУ Минтопэнерго Украины // Міжвідомчий науково-технічний збірник “Будівельне виробництво”. – Київ. – 2003р. – Випуск №44. - С. 43-49.

Роботи, що додатково відображають результати досліджень:

7. Лучніков В.А., Горохов Є.В., Шевченко Є.В., Василєв В.М., Семенов В.В. Розробка наукових основ, освоєння виробництва та впровадження конкурентоспроможних, експлуатаційно надійних конструкцій електромереж // Новини енергетики. – Київ. – 2003. – Спеціальний випуск. – Серпень – 2003. –
С. 44-47.

Особистий внесок автора в даних публікаціях:

В роботі [1] розроблено зв'язок автоматизованих систем проектування і керування виробництвом конструкцій електромереж; роботи [1, 7] присвячені впровадженню в умовах ВАТ “ДЗВО” одностадійної системи автоматизованого проектування та системи управління виробництвом опор ліній електропередачі; [4] – те саме стосовно конструкцій веж вітроенергетичних установок; у роботі [2] враховані конструктивні і технологічні фактори при розробці розрахункової моделі повітряної лінії електропередачі; в [3] розроблена технологія цинкування високоміцних болтів, виготовлених з високолегованих сталей з використанням багатоступеневої термічної обробки, а також виконані експериментальні дослідження коефіцієнту тертя оцинкованих поверхонь гайки та шайби високоміцних болтів при закручуванні; в [5] досліджено вплив корозійного зносу та механічних пошкоджень експлуатованих конструкцій на напружено-деформований стан; у [6] виконано аналіз існуючих проектних рішень порталів відкритих розподільних пристроїв; у [7] виготовлені дослідні зразки нових оптимальних конструкцій електромережного будівництва й освоєно їх серійне виробництво.

АНОТАЦІЯ

Семенов В.В. Удосконалення проектування і управління виробництвом опор високовольтних ліній електропередачі. – Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.23.01 – Будівельні конструкції, будівлі та споруди. – Донбаська державна академія будівництва і архітектури Міністерства освіти і науки України, Макіївка, 2004.

Дисертація присвячена вдосконаленню проектування і управління виробництвом опор високовольтних ліній електропередачі з метою створення надійних і конкурентоспроможних конструкцій для України та реґіонів далекого зарубіжжя. Новий підхід до проектування і технології виготовлення опор, що поєднує питання створення технологічних і надійних з'єднань елементів опор, удосконалення антикорозійного захисту металу і металовиробів, оптимальне проектування конструкцій опор ПЛ з урахуванням спільної роботи опори з фундаментом і основою, а також розроблений і впроваджений в умовах ВАТ “Донецький завод високовольтних опор” програмно-апаратний зв'язок систем одностадійного проектування і управління виробництвом опор дозволили підняти рівень виробництва та якість готової продукції до міжнародного рівня й надали можливість участі в тендерних торгах.

Ключові слова: опори високовольтних ліній електропередачi, система автоматизованого проектування, управління виробництвом, конструктивні та технологічні фактори, оптимальне проектування.

АННОТАЦИЯ

Семенов В.В. Совершенствование проектирования и управления производством опор высоковольтных линий электропередачи. – Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.23.01 – Строительные конструкции, здания и сооружения. – Донбасская государственная академия строительства и архитектуры Министерства образования и науки Украины, Макеевка, 2004.

Диссертация посвящена совершенствованию проектирования и управления производством опор высоковольтных линий электропередачи с целью создания надежных и конкурентоспособных конструкций для Украины и регионов дальнего зарубежья.

Содержание диссертации. Во введении обоснована актуальность темы, сформулированы цель и задачи исследования, приведены основные результаты, полученные автором, показаны их научная новизна, практическое значение и реализация.

В разделе 1 выполнен обзор научно-технической и нормативной литературы, проектных решений опор высоковольтных линий электропередачи, современных методов по автоматизации проектирования и автоматизированных систем управления производством, методов расчета и проектирования башенных сооружений при совместной работе с фундаментом и основанием, существующих методов определения трудоемкости и стоимости изготовления металлоконструкций, исследований влияния технологии оцинковки конструкций на экономичность и долговечность защитных покрытий опор ВЛ. На основании обзора сформулированы основные направления исследований.

В разделе 2 выполнено совершенствование проектирования и технологии изготовления узловых соединений опор, а также антикоррозионной защиты металла и метизов с целью повышения качества продукции. Проведен комплекс теоретических и экспериментальных исследований по повышению технологичности и экономичности узловых соединений опор ВЛ. В результате проведенного технико-экономического анализа опор ВЛ разработан каталог узловых соединений. На основании проведенных экспериментальных исследований узловых соединений разработаны рекомендации по расчету одноболтовых оцинкованных соединений на высокопрочных болтах опор ВЛ. С целью технологического обоснования толщины цинкового покрытия при выполнении горячего цинкования конструктивных элементов стальных опор ВЛ с учетом установленного срока службы разработана и внедрена в ОАО “Донецкий завод высоковольтных опор” система операционного контроля качества защитных покрытий, включающая проведение ускоренных испытаний на коррозионную стойкость и долговечность.

В разделе 3 разработана программно-аппаратная связь между автоматизированной системой управления производством и системой автоматизированного проектирования, что позволило осуществить взаимоувязанное прохождение всех этапов проектирования и производства, привела к упорядочению приема и прохождения заказов, повышению качества и эффективности изготовления конструкций и сокращению сроков. В итоге уровень производства и качество готовой продукции достигли международного уровня, что предоставило возможность участия в тендерных торгах.

В разделе 4 выполнено оптимальное проектирование линий электропередачи с учетом совместной работы опоры с фундаментом и основанием при участии в тендерных торгах. С целью повышения качества и эффективности продукции выполнен анализ отличий при проектировании металлических конструкций опор по американским и украинским нормам. По результатам выполненных исследований приведены тендерные разработки для различных регионов дальнего зарубежья.

Ключевые слова: опоры высоковольтных линий электропередачи, система автоматизированного проектирования, управление производством, конструктивные и технологические факторы, оптимальное проектирование.

ABSTRACT

Semenov V.V. Support of power transmission lines' design perfection and management production. – Manuscript.

The Thesis for the Candidate's Degree Competition, Speciality 05.23.01 – Engineering Structures, Buildings and Constructions. - The Donbas State Academy of Civil Engineering and Architecture of the Ministry of Education of Ukraine, Makeyevka, 2004.

The thesis deals with the investigation of design perfection and management production for supports of power transmission lines with the purpose of reliable creation and competitive constructions for Ukraine and foreign countries. The technological and effective connections of elements are created. The galvanized coatings of metal are also perfected. The optimal designing of support PTL provided together with the base and foundation. For conditions of Joint-stock enterprise “Donetsk High-Voltage Supports Plant” the system of one-stage designing and management production of supports is introduced. It grows up the level of manufacturing and quality control of products with accordance of international conditions and provides opportunity for tenders participation.

Key words: support of power transmission lines, CAD/CAM-system, management production, constructive and technology factors, optimal designing.