斜拉索接頭自除濕系統(tǒng)性能實(shí)驗(yàn)研究

郭國(guó)誼

（新余學(xué)院機(jī)電工程學(xué)院，江西 新余 338004）

1 自除濕系統(tǒng)除濕性能實(shí)驗(yàn)的提出

大橋斜拉索除濕是目前大橋除濕中極難攻克的一項(xiàng)難關(guān)。斜拉索是橋梁中十分重要的受力件，其梁端的接頭件包括固定端錨具、墊板、錨墊板、塔端導(dǎo)管等。接頭件都是由金屬材料加工而成，如果長(zhǎng)期處于潮濕的環(huán)境中極易被腐蝕。現(xiàn)有的防腐方法是通過控制設(shè)備定期對(duì)拉索的接頭底部進(jìn)行除濕，但是，這種定期除濕方法在出現(xiàn)突發(fā)情況時(shí)，無(wú)法及時(shí)對(duì)拉索進(jìn)行除濕和防護(hù)。因此，我們?cè)O(shè)計(jì)出了一套相關(guān)的自動(dòng)除濕機(jī)構(gòu)，其工作原理見圖1，在圖示的斜拉索的兩端接頭各設(shè)有一根用于使空氣進(jìn)入斜拉索本體內(nèi)部的導(dǎo)氣管，以及一個(gè)控制系統(tǒng)，該機(jī)構(gòu)通過獲取傳感器發(fā)送的環(huán)境參數(shù)，根據(jù)環(huán)境參數(shù)選擇對(duì)應(yīng)的控制方案，根據(jù)控制方案對(duì)除濕設(shè)備進(jìn)行控制，使得控制系統(tǒng)可以通過預(yù)設(shè)的控制方案對(duì)斜拉索兩端接頭及本體進(jìn)行自動(dòng)、及時(shí)、準(zhǔn)確的除濕工作。為驗(yàn)證斜拉索接頭自除濕系統(tǒng)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)方案的合理有效性，進(jìn)行了相關(guān)的實(shí)驗(yàn)研究，力求通過對(duì)試驗(yàn)中每次遇到的問題進(jìn)行分析解決，最后達(dá)到改進(jìn)設(shè)計(jì)并使斜拉索除濕系統(tǒng)達(dá)到實(shí)際應(yīng)用且能批量生產(chǎn)的要求。斜拉索接頭自除濕機(jī)構(gòu)工作原理圖如圖1 所示。

圖1 斜拉索接頭自除濕機(jī)構(gòu)工作原理圖

2 自除濕系統(tǒng)除濕性能實(shí)驗(yàn)方案

2.1 斜拉索自除濕系統(tǒng)的工作過程

除濕機(jī)提供的干燥空氣經(jīng)過高壓風(fēng)機(jī)加壓送至斜拉索的下錨頭，干燥空氣充滿錨頭防護(hù)罩內(nèi)部錨具總成，將錨頭總成保護(hù)在低于50%RH 環(huán)境內(nèi)，杜絕了錨頭的腐蝕發(fā)生。干空氣再經(jīng)由預(yù)埋在斜拉索錨頭里面的小孔徑通氣管進(jìn)入拉索鋼絲內(nèi)部，通過斜拉索上端錨頭處預(yù)埋的小孔徑通氣管出來(lái)，最終氣體由排氣座上面的硅膠恒壓閥排出，使得斜拉索包括上下錨頭總成的濕度始終控制在50%以下，從根本上解決了斜拉索的防腐問題，能大大延長(zhǎng)斜拉索的使用壽命，提高大橋的安全性能。

2.2 實(shí)驗(yàn)工作方案與內(nèi)容

本實(shí)驗(yàn)研究主要包括以下工作。

（1）斜拉索制作安裝。針對(duì)本次斜拉索除濕實(shí)驗(yàn)研究，參照實(shí)際斜拉索大橋圖制作一根符合試驗(yàn)用拉索。主要步驟有預(yù)埋通氣管制作、上下錨頭灌漿固化、吹熱縮套、超張拉（成品索檢驗(yàn)）、吊索裝配、纜索張拉，最終完成試驗(yàn)用斜拉索的裝配。

（2）實(shí)驗(yàn)設(shè)備及儀器的安裝?？紤]到斜拉索橋拉索除濕環(huán)境等原因，選擇采用以除濕機(jī)、高壓風(fēng)機(jī)、電氣控制柜和溫濕度儀器等集成為斜拉索除濕系統(tǒng)除濕組合機(jī)。

（3）控制系統(tǒng)調(diào)試安裝。綜合現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)試驗(yàn)數(shù)據(jù)、實(shí)驗(yàn)環(huán)境和設(shè)備儀器條件，選擇實(shí)用有效的控制系統(tǒng)，收集數(shù)據(jù)在到控制面板上以便于試驗(yàn)工作進(jìn)行。

（4）斜拉橋拉索及橋體密封。在端蓋板與錨杯之間密封，螺紋口通氣對(duì)接密封，索導(dǎo)管密封等方面。

（5）下錨頭端蓋送氣試驗(yàn)。證明氣體可以從斜拉索地下錨頭端蓋板進(jìn)入，通過小孔徑通氣管，由下到上，經(jīng)過拉索內(nèi)部大空間，再經(jīng)過小孔徑通氣管，經(jīng)過上錨頭端蓋板，最終氣體由排氣座上面的硅膠恒壓閥排出。

（6）下錨頭保護(hù)罩送氣試驗(yàn)。證明氣體可以從斜拉索的下錨頭保護(hù)罩進(jìn)入，通過小孔徑通氣管，由下到上，經(jīng)過拉索內(nèi)部大空間，再經(jīng)過小孔徑通氣管，經(jīng)過上錨頭保護(hù)罩，最終氣體由排氣座上面的硅膠恒壓閥排出。

2.3 除濕試驗(yàn)環(huán)境、電源及要求

試驗(yàn)現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境為現(xiàn)場(chǎng)大氣環(huán)境溫濕度，溫度9 ～12℃，濕度80%～95%RH。試驗(yàn)電源為220V，50Hz。設(shè)計(jì)指標(biāo)及要求為：

（1）上錨頭通過目測(cè)方式觀察到有氣體排出（用塑料袋鼓脹判斷）。

（2）斜拉索送氣量低于1m3/h。

（3）壓力低于2kPa。

（4）根據(jù)濕度的變化，控制除濕系統(tǒng)自動(dòng)開停。

3 斜拉索自除濕系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)工作

3.1 下錨頭端蓋送氣試驗(yàn)

端蓋送氣試驗(yàn)原理如圖2 所示。

圖2 端蓋送氣試驗(yàn)原理圖

（1）端蓋送氣試驗(yàn)?zāi)康?。①證明在送氣進(jìn)氣壓力低于2kPa，送氣量在0.5m3/h 左右時(shí)，確定氣體可以通過小孔徑通氣管，由下到上，經(jīng)過拉索內(nèi)部大空間，再經(jīng)過小孔徑通氣管，經(jīng)過上錨頭端蓋板，最終氣體由排氣座上面的硅膠恒壓閥排出。②確定排氣參數(shù)可以準(zhǔn)確有效地經(jīng)過傳感器反饋給控制系統(tǒng)，能有效控制除濕系統(tǒng)的啟停。

（2）試驗(yàn)過程。在錨端蓋與錨杯之間加入密封膠（MF2000H 防水嵌縫密封膠）進(jìn)行密封，下錨蓋板上焊接的直接頭與和高壓風(fēng)機(jī)連接的送風(fēng)管連接。上錨蓋板上焊接的快卡密封接頭與裝有溫濕度傳感器和硅膠恒壓閥的組合件進(jìn)行連接。開啟機(jī)器進(jìn)行送氣，對(duì)錨杯與錨蓋板環(huán)縫、送氣管與錨蓋板連接處、錨蓋板與儀器組件連接處等有可能漏氣的地方噴摸上肥皂水，檢查其部位是否漏氣。觀察發(fā)現(xiàn)環(huán)縫之間完好密封，無(wú)泄漏。接頭連接處有輕微漏氣，影響很小，要求之后此處用生料帶纏繞好，避免泄漏。

檢查完泄漏點(diǎn)后對(duì)上錨頭硅膠恒壓閥處是否有空氣出來(lái)進(jìn)行檢測(cè)，用一個(gè)完好無(wú)破損的塑料袋包住恒壓閥，將其中的多余空氣擠出，通氣后塑料袋是否膨脹，可以觀察證明上錨頭能否出氣。分別試驗(yàn)8kPa、3kPa、1kPa等氣壓，一直到恒定1.5kPa 氣壓，發(fā)現(xiàn)塑料袋依舊能在3s 內(nèi)鼓起，證明上錨頭處可以出氣，斜拉索除濕可以有效進(jìn)行。

3.2 下錨頭保護(hù)罩送氣試驗(yàn)

保護(hù)罩送氣試驗(yàn)原理如圖3 所示。

圖3 保護(hù)罩送氣試驗(yàn)原理圖

（1）保護(hù)罩送氣試驗(yàn)?zāi)康?。①證明干空氣從風(fēng)管進(jìn)去下錨頭保護(hù)罩，之后過通氣鋼管到達(dá)拉索內(nèi)部空間，之后到達(dá)上錨頭保護(hù)罩空間，這三個(gè)“氣囊”空間能有效進(jìn)行。②錨頭部位能否有效密封的證明，解決長(zhǎng)期以來(lái)上下錨頭容易腐蝕的問題，解決對(duì)于索道管處密封用料能否用更經(jīng)濟(jì)的瀝青或者別的材料填充代替的問題。

（2）試驗(yàn)過程。先將之前安裝在上下端蓋板上的送氣裝置及檢測(cè)裝置取下。首次試驗(yàn)不做任何處理，用來(lái)確定從保護(hù)罩送氣對(duì)于密封的要求有多高。按照之前基本一致的步驟，加上橡膠墊圈，安裝上下保護(hù)罩，下保護(hù)罩上焊接的直接頭與和高壓風(fēng)機(jī)連接的送風(fēng)管連接，上保護(hù)罩上焊接的快卡密封接頭與裝有溫濕度傳感器和硅膠恒壓閥的組合件進(jìn)行連接。開機(jī)通氣，肥皂水噴在可能密封沒到位的地方，觀察其部位，首次觀察沒有發(fā)現(xiàn)任何漏氣，但數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)達(dá)不到效果。之后用一個(gè)完好無(wú)破損的塑料袋包住恒壓閥，將其中空氣擠空，通氣后觀察塑料袋是否膨脹，塑料袋沒有和之前端蓋送氣一樣瞬速鼓起；將風(fēng)壓調(diào)大，然后再次觀察塑料袋，發(fā)現(xiàn)仍沒有太大的反應(yīng)，但是可以聽見有氣從端蓋上孔洞出來(lái)的聲音。說(shuō)明保護(hù)罩送氣不做任何密封處理對(duì)于送氣影響很大，干空氣調(diào)大風(fēng)壓可以送到上錨處，不過，對(duì)于除濕防腐沒有幫助，因?yàn)楦煽諝鈴纳媳Ｗo(hù)罩處泄漏了。初次的保護(hù)罩送氣試驗(yàn)證明上下錨頭處有較大泄漏，需要有更完善的密封方案。填充密封膠，開始第二次的保護(hù)罩送氣試驗(yàn)。填充索道管處的密封膠分為兩種，一種是AB 型需要混合使用的可固化的密封膠，另一種為MF2000G 非硫化不干性防腐密封膠，在AB 型膠填充進(jìn)去固化后加入。此前切記先對(duì)底部的泄水槽進(jìn)行密封處理，否則，密封膠會(huì)從泄水槽往下泄漏，造成材料與時(shí)間浪費(fèi)。不過，可將密封膠填充到上錨頭錨墊圈與錨杯之間的縫隙，使整體有更完整的密封性。等到密封膠完全固化后加入MF2000G 非硫化不干性防腐密封膠，蓋上將軍帽。再次重復(fù)之前的步驟，噴肥皂水、加上塑料袋進(jìn)行觀察。觀察到?jīng)]有泄漏，塑料袋也和之前端蓋送氣試驗(yàn)一致，能迅速鼓起。

4 試驗(yàn)數(shù)據(jù)與現(xiàn)場(chǎng)

在如圖4 的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行試驗(yàn)，經(jīng)試驗(yàn)測(cè)試，其部分測(cè)試結(jié)果數(shù)據(jù)如表1。針對(duì)其結(jié)果進(jìn)行了分析改進(jìn)。

表1 試驗(yàn)測(cè)試結(jié)果數(shù)據(jù)表

圖4 試驗(yàn)現(xiàn)場(chǎng)

5 實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析及結(jié)論

經(jīng)多次實(shí)驗(yàn)可得到以下分析結(jié)果：

（1）下錨頭端蓋。經(jīng)過反復(fù)觀察并分析試驗(yàn)記錄數(shù)據(jù)，可以得出結(jié)論，氣流量控制在0.5m3/h 左右，氣壓控制在1.5kPa 左右，端蓋的除濕送氣能達(dá)到很好的除濕的效果。在送氣進(jìn)氣壓力低于2kPa，送氣量在0.5m3/h 左右時(shí)，下錨頭處有氣可以排出。在達(dá)到預(yù)定溫濕度時(shí)，除濕控制系統(tǒng)能自動(dòng)控制啟停。

（2）下錨頭保護(hù)罩。通過對(duì)監(jiān)測(cè)記錄的數(shù)據(jù)分析，保護(hù)罩送氣達(dá)到除濕要求。同時(shí)，為了更好地模擬大橋情況，在拉索上安裝了一個(gè)震動(dòng)裝置，一邊震動(dòng)一邊記錄數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，再次經(jīng)過數(shù)個(gè)小時(shí)的試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)除濕效果依舊很好，震動(dòng)對(duì)其影響不大。但保護(hù)罩內(nèi)泄漏較大，必須填充密封膠才能對(duì)其進(jìn)行有效封堵，后期投入市場(chǎng)，可以考慮更加經(jīng)濟(jì)的瀝青等材料，前提是能對(duì)其有效密封。索導(dǎo)管加入流體密封材料時(shí)，需要對(duì)下錨頭泄水槽進(jìn)行封堵，否則，會(huì)造成較大問題和浪費(fèi)。錨頭處可以進(jìn)行有效密封，能達(dá)到除濕防腐效果，解決了長(zhǎng)期以來(lái)的錨頭易腐蝕問題。

基于以上測(cè)試數(shù)據(jù)及實(shí)驗(yàn)結(jié)果，在上面分析結(jié)果指導(dǎo)下進(jìn)行了上下錨頭結(jié)構(gòu)改進(jìn),得到總體試驗(yàn)結(jié)論如下：設(shè)計(jì)所采用的自除濕結(jié)構(gòu)方案均能夠保證氣體從下錨頭進(jìn)入斜拉索索體內(nèi)腔后從上錨頭出氣口排出，送氣的有效壓力可以低至0.3kPa。結(jié)構(gòu)方案均能夠?qū)π崩鹘宇^實(shí)施良好的除濕，并且除濕機(jī)在壓力較大時(shí)除濕效果明顯，完全可以實(shí)現(xiàn)斜拉索及兩端錨頭防腐的目的。