超大截面長距離電纜敷設(shè)專用工具的研制與應(yīng)用

趙秀華 厲 飛

1.山東電力建設(shè)第二工程公司 山東 濟(jì)南 250100

2.華能濟(jì)寧運(yùn)河發(fā)電有限公司 山東 濟(jì)寧 272100

0 引言

隨著工程建設(shè)項(xiàng)目規(guī)劃水平不斷提高，大截面長距離電纜應(yīng)用越來越廣泛，而目前在電力建設(shè)施工中電纜敷設(shè)均采用人工敷設(shè)，由于大截面電力電纜重量及外徑大、不易彎曲，人工敷設(shè)效率低、成本高，組織施工困難，施工質(zhì)量與安全難以保證。僅以我公司承建的陽江核電工程為例，橫截面積為500mm2的動(dòng)力電纜就需要敷設(shè)近60km，多數(shù)電纜在廠區(qū)的GB電氣技術(shù)廊道內(nèi)。

1 超大截面長距離電纜敷設(shè)調(diào)查分析

1）工程現(xiàn)狀：由我公司承建的廣東陽江核電常規(guī)島一期2×1000MW建安工程，僅僅橫截面積為500mm2的動(dòng)力電纜就需要敷設(shè)近60km，其中90%以上的電纜敷設(shè)路徑都是在GB電氣技術(shù)廊道內(nèi)。

2）存在問題

電纜敷設(shè)效率低：通過對(duì)前期采用純?nèi)斯し笤O(shè)891m電纜敷設(shè)進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)發(fā)現(xiàn)，敷設(shè)效率為891m÷120人工=7.5m/人工，完全不能滿足工程需求。

基于以上原因，決定研制超大截面長距離電纜敷設(shè)專用工具以適應(yīng)工程需要。

2 提出初步設(shè)計(jì)方案并進(jìn)行優(yōu)選

1）方案設(shè)想：

思路：在橋架上放置敷設(shè)工具，利用敷設(shè)工具減少摩擦力，將電纜放置敷設(shè)裝置上并且對(duì)其進(jìn)行牽引，將電纜傳送就位，完成電纜敷設(shè)工作。

方案分析：

傳動(dòng)效率：電纜在裝置上平穩(wěn)傳輸，通過減少摩擦，提高傳輸效率。

工藝要求：敷設(shè)裝置直接放置在橋架上，移動(dòng)范圍較小，不會(huì)出現(xiàn)大面積打彎現(xiàn)象，工藝質(zhì)量效果較好。

成本分析：最大橫截面積為500mm2的電纜每米重量約為11kg，考慮到敷設(shè)裝置的輕便性和實(shí)際承重，其間距最大不超過5m，所以敷設(shè)最長為460m的大截面電纜時(shí)，裝置需求為92套。

安拆效率：工具輕便，一人即可進(jìn)行安裝，盡量采用螺栓和插銷式連接方式，安拆效率高。

2）結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)分析

（1）減少摩擦部分

①對(duì)于減少摩擦力，對(duì)凹槽滑輪、平面滾軸進(jìn)行了試驗(yàn)選擇。

平面滾軸靈活性優(yōu)于凹槽滑輪，且不易劃傷電纜，因而確定作為電纜敷設(shè)工具的滾動(dòng)裝置。

就滾輪材質(zhì)對(duì)不銹鋼滾軸、碳鋼滾軸、尼龍滾軸從性能、便攜性、穩(wěn)定性方面對(duì)比優(yōu)選，確定使用尼龍作為滾軸面，碳鋼作為中軸材料。

②滾軸組裝工具結(jié)構(gòu)的優(yōu)選

可選方案有單滾軸、雙滾軸、三滾軸三種方案，從安全性、經(jīng)濟(jì)性、延續(xù)性等幾個(gè)方面分析，其結(jié)論參見表1。

表1 滾軸方案比較

通過分析確定使用雙滾軸結(jié)構(gòu)。

③選擇滾軸長度

圖1 滾軸截面圖

為了不劃傷電纜，我們將電纜滾軸的長度L定為145mm。經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)試用，長度為145mm的電纜滾軸符合設(shè)計(jì)要求，選擇滾軸長度為145mm。

（2）工具固定部分

①選擇雙滾軸連接方式，如表2所示。

表2 雙滾軸連接方式

雙滾軸連接方式采用螺栓連接，并且使用鏈條固定夾角。

②選擇鏈條型號(hào)

對(duì)規(guī)格為4.0mm×26mm×12mm （粗×長×寬）的鏈條進(jìn)行拉力試驗(yàn)，試驗(yàn)證明，在承受800N的拉力下，鏈條無變形。現(xiàn)階段橫截面接最大的電纜為500mm2，其每米重量約為11kg，電纜敷設(shè)工具最大距離不超過5m，5×11×9.8=540N， 遠(yuǎn)小于拉力試驗(yàn)的800N。此規(guī)格鏈條以滿足承重要求。 選用型號(hào)為4.0mm×26mm×12mm的鏈條。

“V”和“Y”組合支架的分析表，參見表3。

表3 組合支架比較表

經(jīng)方案比較：采用“Y”組合支架，滾軸A部分單獨(dú)加工。

④選擇支架固定位置

可選方案有固定在橋架兩邊、直接固定在橋架底部、一邊固定在橋架邊，加底托，三種方案的分析對(duì)比如表4：

表4 三種固定方式的分析表

持續(xù)性 適用性敷設(shè)完一根電纜后，只能放置在支架上，不能累計(jì)過多，持續(xù)性相對(duì)較差。敷設(shè)完一根電纜后，可直接放置在橋架上，不影響下根電纜敷設(shè)，持續(xù)性較好。受橋架不同寬度的影響，需要做不同長度支架。敷設(shè)完一個(gè)電纜后，可直接放置橋架上，不影響下根電纜敷設(shè)，持續(xù)性較好。不限于橋架寬度，只需放在橋架的橫撐上即可，并且具有雙滾軸組合的拓展性即可根據(jù)電纜橫截面積調(diào)整角度。不限于橋架寬度，并且具有雙滾軸組合的拓展性即可根據(jù)電纜橫截面積調(diào)整角度。

結(jié)論：支架固定位置采用方案三“一邊固定在橋架邊，加底托”執(zhí)行。

⑤選擇底部支撐架

底部支撐架以線支撐、多點(diǎn)支撐兩種思路，分析如表5。

表5 底部支撐架兩種方案的分析表

經(jīng)濟(jì)性 0.6m ×0.395kg/m ×4100元/t＝0.97 元0.6m×3.77kg/m×4300 元/t＝9.73元

結(jié)論：采用以線支撐的方式做底部支撐架是最為合理的。

⑥選擇支撐架材料

根據(jù)現(xiàn)有材料，提出三種材料制作支撐架。

三種材料的分析如表6。

表6 三種材料分析表

對(duì)支撐件進(jìn)行受力分析，現(xiàn)階段橫截面積最大的電纜為500mm2，其每米重量約為11kg，電纜敷設(shè)工具最大距離不超過5m，根據(jù)底部支撐架選擇結(jié)論采用以線方式固定，計(jì)算每個(gè)電纜敷設(shè)工具支架的最大受力為11kg/m×5m×9.8N/kg＝539N。

圖2 電纜支架受力分析圖

設(shè)每個(gè)支點(diǎn)承載力為p＝270N，根據(jù)圖2所示，支點(diǎn)反力R＝2p

每個(gè)受力點(diǎn)彎矩M＝2p×0.3＝0.6p。

查詢∠40×4的角鋼抗彎W＝2.5cm3＝2.5×10－6m3

計(jì)算彎曲應(yīng)力σ＝M/W＝270N/2.5×10－6m3＝108MPa

角鋼材料為Q235，其屈服應(yīng)力為235MPa，故判斷235＞108，計(jì)算證明∠40×4的角鋼完全滿足承重。

結(jié)論：支撐架材料選取∠40×4的角鋼，材質(zhì)為Q235。

⑥選擇支架與橋架邊固定方式

支架與橋架邊固定方式可設(shè)計(jì)為：可活動(dòng)支架、不可活動(dòng)支架。

經(jīng)分析，支架與橋架邊固定采用活動(dòng)式支架。

⑦選擇連接圓鋼與鋼管的固定方式

打孔后的連接圓鋼與鋼管有兩種固定方式：螺栓式連接和插銷式連接，如表7。

表7 螺栓連接和插銷連接的分析表

經(jīng)分析，連接圓鋼與鋼管固定方式為插銷式連接。

（3）繪制設(shè)計(jì)模擬圖

繪制設(shè)計(jì)模擬圖，如圖3所示。

圖3 設(shè)計(jì)模擬圖

3 應(yīng)用試驗(yàn)

1）現(xiàn)場(chǎng)試用

現(xiàn)場(chǎng)試用，如圖4所示。

2）應(yīng)用情況

現(xiàn)共制作電纜敷設(shè)工具60套，已經(jīng)全部在現(xiàn)場(chǎng)GB電氣技術(shù)廊道內(nèi)使用，其應(yīng)用敷設(shè)符合設(shè)計(jì)目標(biāo)，大幅提高了電纜敷設(shè)效率和電纜敷設(shè)工藝質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)。

圖4 現(xiàn)場(chǎng)試用釁

對(duì)2LX廠房的500 mm2盤連電纜進(jìn)行了電纜敷設(shè)工具使用試驗(yàn)，在橋架中每隔4～6m裝置一個(gè)電纜敷設(shè)工具，一個(gè)人負(fù)責(zé)2個(gè)器械，動(dòng)力電纜均長為33m，僅使用了6套器械，6個(gè)人用時(shí)4天完成27根電纜的敷設(shè)工作，共計(jì)891m。人工敷設(shè)與采用專用工具敷設(shè)比較，如表8所示。

表8 人工敷設(shè)與采用專用工具敷設(shè)比較表

使用敷設(shè)工具 0套 6套敷設(shè)效率 7.5m/人工 37.1 m/人工電纜外觀檢查 外觀光滑無明顯劃痕敷設(shè)過程中產(chǎn)生劃傷27處

電纜敷設(shè)效率為891m÷（6×4）人工≈37.1m/人工，工作效率提高（37.1-7.5）÷7.5×100%=400%，提高了4倍的勞動(dòng)效率。

4 結(jié)論

通過陽江核電一期百萬千瓦級(jí)壓水堆機(jī)組BOP及常規(guī)島建安工程GB電氣技術(shù)廊道電纜敷設(shè)效果驗(yàn)證，采用該專用工具進(jìn)行大截面長距離電纜敷設(shè)方法的主要優(yōu)點(diǎn)：一是提高工作效率、降低勞動(dòng)強(qiáng)度；二是保證了電纜的內(nèi)在質(zhì)量提高了電纜的可靠性；三是電纜排列整齊提高了電纜敷設(shè)的工藝質(zhì)量；四是該專用工具制作簡(jiǎn)單、投入少；五是該專用工具體積小、重量輕、方便組裝拆卸便于轉(zhuǎn)移適用于各類電纜橋架上的電纜敷設(shè)。具有廣泛的實(shí)用價(jià)值和良好的推廣前景。

［1］《1000MW超超臨界火電機(jī)組施工技術(shù)叢書》編委會(huì).電氣設(shè)備安裝［M］.北京：中國電力出版社，2012.

［2］GB 50168-2006《電氣裝置安裝工程電纜線路施工及驗(yàn)收規(guī)范》［S］.北京：中國計(jì)劃出版社，2006.