热伸缩拉杆型波纹管伸缩量的计算

　在GIS工程中，根据变电站的布置情况，用户对设备的热伸缩问题提出了复杂的位移组合要求和相应的疲劳寿命要求，因此设计人员在工程设计时必须考虑波纹管伸缩量的计算。波纹管伸缩量的计算需要从环境温度、安装温度、日照温度、通电温升等多方面加以考虑。以下以大连某变电站参数为例，对热伸缩拉杆型波纹管伸缩量的计算进行说明。

1、使用环境条件

　(1) 安装场所：户外 (2) 环境温度：-30℃～+40℃ (3) 最大日温差：20K
　(4) 日照温升：5K  (5) 通电温升：30K  (6) 安装时环境温度：5℃～+30℃

　(7) 材料的线膨胀系数α：铁：α1＝11.7×10-6　铝：α2＝23.9×10-6

2、温度变化量的计算

　根据使用环境条件，结合大连某站热伸缩拉杆型波纹管的具体情况，可分别计算出波纹管的年温度变化量和日温度变化量。

（1）年温度变化量

　① 当环境温度为+40℃时，在工况㈠条件下的温度变化量：

母线壳体的温度变化量△T1＝(+40)－(+5)＋(+30)＋(+5)＝70K

热伸缩拉杆的温度变化量△T2＝(+40)－(+5)＋(+0)＋(+5)＝40K

　② 当环境温度为-30℃时，在工况㈥条件下的温度变化量：

母线壳体的温度变化量△T3＝(-30)－(+30)＋(+0)＋(+0)＝-60K

热伸缩拉杆的温度变化量△T4＝(-30)－(+30)＋(+0)＋(+0)＝-60K

（2）日温度变化量

　在计算日温度变化量时不需要考虑年平均环境温度和安装温度，变化量如下：

　母线壳体的温度变化量△T5＝ (+20)＋(+5)＋(+30)＝55K

　热伸缩拉杆的温度变化量△T6＝ (+20)＋(+5)＋(+0)＝25K

3、波纹管轴向变形量的计算

　在GIS变电站中地基一般采用钢筋混凝土基础，热伸缩拉杆(材质：铁)与地基具有几乎相等的线膨胀系数，因此可认为它们两个属于同步等量热伸缩。此外，由于波纹管较短(485mm)，为简化计算，可忽略波纹管自身热伸缩产生的变形。因此，可求出因热伸缩而导致的波纹管的年变形量X和日变形量Y。

年变形量的计算

    在工况㈠条件下的年变形量：X＝L1×α1×△T2－L2×α2×△T1＝-5.24mm

　在工况㈥条件下的年变形量：X＝L1×α1×△T4－L2×α2×△T3＝2.97mm

　其中负值表示波纹管被压缩，正值表示被拉伸。

　按照以上的参数条件，安装完成后，因热伸缩拉杆和壳体的综合热伸缩作用，波纹管将在压缩5.24mm(通电的夏季)与拉伸2.97mm(不受电的冬季)之间的可能范围内变动。为了使波纹管有足够的热伸缩裕度，年变形量以计算值的2倍左右加以考虑，即+5mm至-10mm范围内变化。

日变形量的计算

　Y＝L1×α1×△T6 －L2×α2×△T5＝-4.5mm

　由上计算可知：当日温差为0～20K时，波纹管将在0～4.5mm之间被压缩。

　综上所述，在目前的工程设计中，波纹管年变形量为±10mm，年伸缩次数为50次（以GIS的使用寿命50年考虑）；日变形量为-15mm，日伸缩次数为18250次(＝365天×50年)；同时，具有160mm的轴线压缩和5mm的径向拉伸能力，完全满足工程的伸缩需求。

4、结论

　近年来，随着户外大型变电站的迅猛增长，温度补偿型波纹管在GIS设备中被广泛使用。本文以热伸缩拉杆型波纹管为例，对波纹管的热伸缩量计算进行了简要介绍。在实际工程中，热伸缩问题不仅仅只需考虑波纹管，还要从设备的结构、支撑的布置、内压载荷等多方面进行综合分析，只有这样，波纹管的选用及布置才能更加合理、经济，设备的运行才能更加安全、可靠。