換流閥層間大水管可換向電子力矩扳手探究

董志飛，王英爽，劉海強(qiáng)，孫 適

（國網(wǎng)內(nèi)蒙古東部電力有限公司內(nèi)蒙古超特高壓分公司，內(nèi)蒙古自治區(qū) 錫林郭勒盟錫林浩特 026000）

目前，投入使用的普通扳手一般都有著簡單的結(jié)構(gòu)和便攜性的特點，但并沒有可以連續(xù)回轉(zhuǎn)以及增速（增力輸出）功能。普通扳手往往在擰入與卸下螺旋時表現(xiàn)出速度很慢和效率很低的特點；若所拆卸下來的螺栓扭矩比較大的話，則一般來說，需要在扳手上加套一加力桿，從而實現(xiàn)省力目的。不過，使用上述拆卸方法有一定的條件，即必須在較大的空間內(nèi)才能展開。而且拆裝時如果不小心、使用不當(dāng)?shù)?，則會容易引起扳手的滑動，或?qū)е录恿U滑出，從而帶來人身傷害事故等。所以研制一種多功能扳手具有相當(dāng)大的實用價值。文章主要開展換流閥層間大水管可換向電子力矩扳手研討，分析如下。

1 國內(nèi)換流閥閥塔層間水管維修現(xiàn)狀

目前，國內(nèi)換流閥閥塔層間水管的維修情況如下：閥塔層的內(nèi)部管道通常采用不銹鋼和塑料材料組裝和連接，水管接頭常采用螺紋連接。換流閥閥塔通常位于設(shè)備復(fù)雜的閥塔中，而閥塔設(shè)備眾多，易受損。然而，由于閥塔管道的檢修操作范圍和操作空間受限，對于維修工作提出了挑戰(zhàn)，如：靈活操作受限，每個接頭都需要特定的力矩，這增加了現(xiàn)場檢修人員的操作和記錄難度。因此，現(xiàn)場檢修人員需要熟悉不同接頭的力矩要求，并能夠清楚記錄每個接頭的力矩數(shù)據(jù)。此外，現(xiàn)場檢修人員還需在有限的操作空間內(nèi)進(jìn)行檢修工作，同時確保不損壞塑料接頭。

文章對傳統(tǒng)閥塔水管的拆卸和檢測方法進(jìn)行了詳細(xì)分析，闡述了其優(yōu)點和缺點，并研發(fā)了一款塑料可換型電子動力扳手，具有較強(qiáng)的適應(yīng)性和高效的維護(hù)性能。此電子動力扳手的主要特征如下所述：

實用性：能夠在各種不同類型的換流站內(nèi)使用，面對各種不同規(guī)格的閥塔及冷卻水管拆卸和修理任務(wù)，均可取得良好應(yīng)用效果。扳手的卡口能夠適應(yīng)不同接頭規(guī)格，只需調(diào)整方向即可適應(yīng)各種操作環(huán)境。

便捷性：工具設(shè)計內(nèi)容十分簡單，并且安裝和后續(xù)使用便捷。同時，該扳手還能夠準(zhǔn)確記錄每個不同接頭對應(yīng)的力矩參數(shù)值，在這樣的情況下，可以大幅度提升檢修作業(yè)效率。

安全性：此款扳手能夠?qū)α氐拇笮￠撝祬?shù)進(jìn)行調(diào)整，在使用期間，如果存在超出安全閾值范圍的情況，系統(tǒng)電路控制板會立即發(fā)出指令，使蜂鳴報警器發(fā)出警報聲，提醒使用者用力過大，以減小使用力度。

2 存在的問題

在高壓直流輸電技術(shù)系統(tǒng)中，換流閥閥塔層中間的管道，可基于國產(chǎn)的不銹鋼管道及塑料管道的組織后達(dá)到串聯(lián)作用，從而得以形成。在管道接頭位置則要用螺紋連接的管理方法，從而實現(xiàn)管理，在其運行過程中會出現(xiàn)以下問題。

在換流閥的閥塔層之間，大水管的對接安裝工藝可能存在差異，導(dǎo)致密封圈的接觸面存在偏差。同時，在連接頭振動、塑料和金屬的膨脹系數(shù)差異下，密封圈可能會發(fā)生位移問題，導(dǎo)致部分密封圈失效并在高水壓下發(fā)生漏水現(xiàn)象。為解決這些問題，可以采取以下措施。

優(yōu)化安裝工藝：改進(jìn)對接安裝工藝，確保密封圈的接觸面對齊?？梢圆捎镁_的定位裝置和工藝控制，確保連接頭的準(zhǔn)確對齊，從而減少密封圈的位移和失效的可能性。

選擇合適的密封材料：根據(jù)塑料和金屬的膨脹系數(shù)差異，選擇具有良好彈性和耐化學(xué)腐蝕性能的密封材料。這樣可以減少由于溫度變化引起的密封圈位移問題，提高密封性能和耐壓能力。

加強(qiáng)密封圈的固定：在安裝過程中，可以采用適當(dāng)?shù)墓潭ㄑb置，如夾緊環(huán)或壓蓋等，來確保密封圈的穩(wěn)定性和密封效果。這樣可以減少振動對密封圈的影響，提高密封性能。

定期檢查和維護(hù)：定期檢查閥塔層的水管連接情況，特別是密封圈的狀態(tài)。如發(fā)現(xiàn)密封圈有損壞或位移等問題，及時更換或調(diào)整，以保證系統(tǒng)的正常運行和防止漏水現(xiàn)象的發(fā)生。

通過以上措施的采取，可以有效解決換流閥閥塔層間水管連接中的位移和漏水問題，提高系統(tǒng)的可靠性和安全性。

現(xiàn)有塑料水管力矩扳手存在以下不足之處：強(qiáng)度不足，塑料材質(zhì)相對較脆弱，無法承受高強(qiáng)度的力矩施加，容易發(fā)生損壞或斷裂；精確度有限，塑料扳手的制造精度相對較低，無法提供高精度的力矩控制，可能導(dǎo)致不準(zhǔn)確的擰緊或松動；耐久性差，塑料材質(zhì)容易受到環(huán)境因素的影響，如溫度變化、化學(xué)物質(zhì)侵蝕等，導(dǎo)致扳手的耐久性下降，使用壽命較短；適用范圍受限，由于塑料材質(zhì)的局限性，塑料扳手在一些特殊工作環(huán)境或需要承受高壓力的情況下可能無法使用；維修和更換困難，一旦塑料扳手損壞，修復(fù)和更換較為困難，可能需要更換整個扳手而不僅僅是部件。因此，設(shè)計一種特制的、定制的塑料管道可換向電動力矩扳手，并將其應(yīng)用于層間大水管的檢修是非常必要的。

3 智能力矩扳手的介紹

3.1 智能力矩扳手

智能力矩扳手是一種集成了高科技產(chǎn)品零件的扳手，具有自動化和簡便化的管理功能。其主要由主體力矩扳手和集成傳感器模塊構(gòu)成。智能力矩扳手通過數(shù)字型液晶顯示屏系統(tǒng)和扭力傳感器系統(tǒng)實現(xiàn)了扭矩的測量和控制，并能夠?qū)⑾嚓P(guān)的技術(shù)參數(shù)顯示出來。智能力矩扳手的使用不僅方便快捷，還能夠提高工作的科學(xué)性和精確度。

3.2 智能力矩扳手的特點

①集成高科技產(chǎn)品零件：智能力矩扳手采用了先進(jìn)的電子技術(shù)和傳感器技術(shù)，使其具備高精度、高穩(wěn)定性和高可靠性。②自動化管理功能：智能力矩扳手通過數(shù)字型液晶顯示屏系統(tǒng)，直觀地顯示扭矩數(shù)值和相關(guān)參數(shù)，操作人員可以根據(jù)需要進(jìn)行調(diào)整。③簡便化操作：智能力矩扳手的操作簡單，只需設(shè)置扭矩值和角度值，即可完成工作。操作過程中不需要過多的人力和復(fù)雜的操作步驟。④數(shù)據(jù)記錄和分析功能：智能力矩扳手可以記錄扭矩值、角度值和操作時間等數(shù)據(jù)，為后續(xù)的數(shù)據(jù)分析和工作評估提供依據(jù)。

3.3 智能力矩扳手的應(yīng)用

智能力矩扳手在換流閥閥塔層間水管可換向中發(fā)揮著重要的作用。具體應(yīng)用包括以下幾個方面：①螺栓擰緊和松開：智能力矩扳手通過傳感器模塊對閥塔層間水管的螺栓進(jìn)行扭矩的測量和控制，保證了螺栓的緊固力度。②扭矩測量和控制：智能力矩扳手通過數(shù)字型液晶顯示屏系統(tǒng)，操作人員可以直觀地了解扭矩數(shù)值，并根據(jù)需要進(jìn)行調(diào)整，以保證操作的準(zhǔn)確性。③換向操作：智能力矩扳手可以幫助實現(xiàn)換流閥閥塔層間水管的可換向操作，提高了操作的效率和準(zhǔn)確度。

3.4 結(jié)構(gòu)原理分析

換流閥閥塔層間智能力矩扳手是一種用于換流閥操作的先進(jìn)設(shè)備。它結(jié)構(gòu)原理包括主體力矩扳手和集成傳感器模塊的設(shè)計和功能。

3.4.1 主體力矩扳手

智能力矩扳手的主體部分是一種具備扭矩傳遞和控制功能的力矩扳手。其主要結(jié)構(gòu)包括以下幾個部分：

扭矩傳遞裝置：主體力矩扳手的扭矩傳遞裝置通常由電機(jī)、減速器和扭矩傳感器組成。電機(jī)提供動力，減速器將電機(jī)輸出的高速旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)換成合適的扭矩輸出，扭矩傳感器用于測量實時扭矩。

操作桿和手柄：操作桿和手柄是主體力矩扳手的操作部分，操作人員通過手柄對松緊的控制來實現(xiàn)扭矩的調(diào)整和控制。

顯示屏系統(tǒng)：主體力矩扳手配備了數(shù)字型液晶顯示屏系統(tǒng)，可以顯示扭矩數(shù)值和相關(guān)參數(shù)，便于操作人員進(jìn)行實時監(jiān)測和調(diào)整。

3.4.2 集成傳感器模塊

智能力矩扳手的集成傳感器模塊是其重要的功能組件，主要包括以下幾個部分。

扭矩傳感器：集成傳感器模塊內(nèi)置了高精度的扭矩傳感器，用于實時測量和反饋扭矩數(shù)值。傳感器與主體力矩扳手的扭矩傳遞裝置相連接，通過測量扭矩傳遞裝置的輸出扭矩來獲得實際的扭矩數(shù)值。

控制單元：集成傳感器模塊中的控制單元負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)的采集、處理和控制。控制單元通過與主體力矩扳手的數(shù)字型液晶顯示屏系統(tǒng)相連接，將測量到的扭矩數(shù)值顯示出來，并根據(jù)操作人員的設(shè)定進(jìn)行調(diào)整和控制。

數(shù)據(jù)存儲和分析模塊：集成傳感器模塊還包括數(shù)據(jù)存儲和分析模塊，用于記錄扭矩數(shù)值、操作時間等數(shù)據(jù)，并提供數(shù)據(jù)的存儲和分析功能。這些數(shù)據(jù)可以用于后續(xù)的數(shù)據(jù)分析、評估和維護(hù)。

3.5 智能力矩扳手的發(fā)展趨勢與展望

智能力矩扳手作為一種新興工具，具有廣闊的發(fā)展前景。未來，智能力矩扳手有望在換流閥閥塔層間水管可換向中發(fā)揮更重要的作用。隨著科技的不斷進(jìn)步，智能力矩扳手的功能和性能也將得到進(jìn)一步提升。因此，未來的研究方向可以包括對智能力矩扳手的改進(jìn)和優(yōu)化，以及與其他智能設(shè)備的聯(lián)合應(yīng)用等。

4 換流閥層間大水管可換向電子力矩扳手

4.1 結(jié)構(gòu)設(shè)計

力矩傳遞系統(tǒng)，設(shè)計一個高強(qiáng)度的力矩傳遞系統(tǒng)，以確保扳手能夠承受高強(qiáng)度的力矩施加。可以采用優(yōu)質(zhì)合金鋼材料制造扳手的主體結(jié)構(gòu)，并結(jié)合優(yōu)化的結(jié)構(gòu)設(shè)計，以增強(qiáng)其抗彎曲和抗扭轉(zhuǎn)能力。

可調(diào)節(jié)的卡口設(shè)計，為了適應(yīng)不同規(guī)格的水管，扳手應(yīng)具備可調(diào)節(jié)的卡口設(shè)計?？梢圆捎每刹鹦兜目诮Y(jié)構(gòu)，使其能夠適應(yīng)不同直徑的水管，并通過簡單的調(diào)整實現(xiàn)固定和松開的功能。

高精度力矩傳感器，為了實現(xiàn)精確的力矩控制，扳手需要配備高精度的力矩傳感器。該傳感器應(yīng)能夠準(zhǔn)確地測量施加在水管上的力矩，并將數(shù)據(jù)傳輸給控制系統(tǒng)進(jìn)行實時監(jiān)測和反饋。

控制系統(tǒng)，設(shè)計一個智能化的控制系統(tǒng)，用于監(jiān)測和控制扳手的力矩輸出。該系統(tǒng)應(yīng)具備可調(diào)節(jié)的力矩閾值功能，以確保在擰緊或松動水管時能夠?qū)崿F(xiàn)精確的力矩控制，并在超過設(shè)定閾值時發(fā)出警報。

耐久性和防護(hù)措施，考慮到扳手在工作環(huán)境中可能受到的振動、濕度和化學(xué)物質(zhì)的影響，需要采取相應(yīng)的防護(hù)措施?？梢栽诎馐值耐鈿ど鲜褂梅浪头栏繉樱蕴岣咂淠途眯院涂垢g能力。

綜上所述，可換向電子力矩扳手通過結(jié)構(gòu)設(shè)計和電氣控制實現(xiàn)了高效而安全的層間大水管檢修。其特定可移動卡口、力矩數(shù)顯組件和可轉(zhuǎn)向手柄等設(shè)計特點，使其能夠適應(yīng)不同管徑接頭、完成操作角度轉(zhuǎn)換，并提供力矩實時顯示和記錄功能。同時，采用塑料制造和絕緣防護(hù)套等措施，提高了安全性和使用體驗。這種特制的力矩扳手將極大地提高層間大水管的檢修效率和安全性，減少潛在的安全隱患。

4.2 電氣控制

可換向電子力矩扳手具備數(shù)據(jù)放大和存儲功能，并支持外部接口進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。該扳手配備了一種優(yōu)質(zhì)合金鋼制成的傳感器，外層包裹著塑料絕緣層。傳感器包含四片電阻應(yīng)變片R1、R2、R3、R4。

可換向電子力矩扳手是一種用于緊固和松開螺栓、螺母等連接件的工具。它采用電子技術(shù)和力矩傳感器，通過精確測量和控制施加在連接件上的力矩，實現(xiàn)高效、準(zhǔn)確的擰緊和松開操作。力矩傳感器：可換向電子力矩扳手內(nèi)置高精度的力矩傳感器，用于測量施加在連接件上的力矩。力矩傳感器能夠?qū)⒘剞D(zhuǎn)化為電信號輸出。控制電路：通過控制電路對力矩傳感器輸出的電信號進(jìn)行采集和處理。控制電路通常由微處理器或單片機(jī)組成，能夠?qū)崟r監(jiān)測和分析力矩數(shù)據(jù)。顯示屏和設(shè)置功能：可換向電子力矩扳手通常配備有顯示屏，用于實時顯示測量到的力矩數(shù)值。同時，它還可以提供設(shè)置功能，允許用戶根據(jù)需要調(diào)整力矩閾值或其他參數(shù)。

一次按鍵操作可以將檢測結(jié)果數(shù)據(jù)傳輸并存儲到16M RAM 芯片中。在檢修完成后，工作人員可以使用無線或有線方式將測量結(jié)果傳輸?shù)缴衔粰C(jī)，進(jìn)行存儲和分析?？刂齐娐钒迳线€設(shè)計有USB 接口，可以使用外部存儲器暫時存儲測量數(shù)據(jù)，并通過數(shù)據(jù)接口將數(shù)據(jù)傳輸?shù)接嬎銠C(jī)上。這樣，如果工作人員在戶外等待中，不方便記錄和整理顯示屏上的力矩值，可以通過外部存儲器臨時存儲數(shù)據(jù)，待需要時，使用USB數(shù)據(jù)接口和數(shù)據(jù)線將數(shù)據(jù)傳輸?shù)缴衔粰C(jī)進(jìn)行顯示和處理。這樣，方便了工作人員的數(shù)據(jù)提取和整理過程。

5 結(jié)束語

綜上所述可知，研制可換向電子力矩扳手，可確保高壓直流輸電系統(tǒng)中的換流閥層間的大水管檢修工作變得更為順利，并提高現(xiàn)場檢修的效率，同時，確保最終的檢修效果。另外，此項目成果還可推廣到各個換流站中，實現(xiàn)有效的應(yīng)用。由此可見，其應(yīng)用前景非常廣闊。