Циклическая долговечность защитных свинцовых оболочек высоковольтных электрических кабелей тема автореферата и диссертации по механике, 01.02.06 ВАК РФ

ПЕРМСКИЙ ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ

На правах рукописи

ЖУЛАНОВА Валентина Никитична

УДК 621.315. 221.5

ЦИКЛИЧЕСКАЯ ДОЛГОВЕЧНОСТЬ ЗАЩИТНЫХ СВИНЦОВЫХ ОБОЛОЧЕК ВЫСОКОВОЛЬТНЫХ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ КАБЕЛЕЙ

Специальность 01.02.06 - "Динамика, прочность машин.

приборов и аппаратуры"

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Пермь - 1991

Работа выполнена в Перископ политехническом институте

Научный руководитель: доктор технических наук, профессор Гладковский ЕА.

Официальные оппонента- доктор физико-математических наук, профессор Соколкин КЛ В. кандидат.технических наук, старший научный сотрудник Ковров В. Н.

Ведущая организация: ГО "Камкабель", г. Пермь

Защига состоится " " ^$ 1991 г. в " часов

на заседании специализированного совета К. 063.66.02 по присуждению ученой степени кандидата технических наук в Пермском политехническом институте (614600, г. Пермь, ГСП-45, Комсомольский пр., 29а)

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке института.

Автореферат разослан " № " 1991 г.

Ученый секретарь специализированного Совета, кандидат технических наук

Л.и. Тимофеева

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность вопросов исследования. При транспортировке различным видом транспорта оболочка кабеля испытывает циклические колебания с большой частотой (10-500 цикл/мин) и малыми деформациями при климатической температуре (многоцикловая усталость). Эти условия нагрузкения моделировались ранее при изучении различных сплавов. Наиболее длительный этап накопления повреждений - эксплуатация, в течение которого оболочка вследствие изменения токовой нагрузки, температурных удлинений испытывает большие деформации - до 0,32 X с малой частотой, не изучался ранее (малоцикловая усталость). Кроме того, напряженное состояние оболочки зависит от конструкции самого кабеля. Поэтому при оценке циклической долговечности оболочек кабелей из новых материалов необходимы комплексные исследования как в многоцикловой, так и в малоцикловой областях, а также необходимо учитывать конструктивно-масштабный фактор. Таким образом, создание новых оптимальных сплавов для оболочек кабелей с позиции усталости и пластичности с учетом исключения или снижения дефицитных легирующих добавок, а также оценка их долговечности с учетом реальных условий транспортировки и эксплуатации является актуальной задачей для кабельной промышленности.

Диссертационная работа выполнена в соответствии с хозяйственными договорами с ПО "Камкабель" "Исследование усталостной прочности защитных оболочек силовых электрических кабелей" (И ГР 81089805, N ГР 0186007383), проводимых в соответствии с тематикой, утвержденной приказом N 455 от 18. 06.85 по Ыинвузу СССР "Координирующей план НИР ВУЗов в области механики на 1985-1990 г." является этапом совместных научно-исследовательских работ с НПО ВНИИКП и СФГИ.

Дели и задачи работы: исследовать циклическую долговечность оболочек кабелей из новых теллуристых сплавов, выбрать оптимальный сплав, дать оценку долговечности оболочек с учетом условий транспортировки и эксплуатации, разработать рекомендации по увеличению сроков службы кабельных линий.

Дня достижения указанной цели необходимо:

- создать экспериментальные установки для усталостных испытаний плоских образцов и натурных кабелей в малоцикловой области;

- изучить влияние температуры, скорости нагружения и уровня деформации на циклические, а также статические характеристики новых теллуристых сплавов; *

- определить влияние конструктивно-масштабного фактора на долговечность натурных кабелей р сравнении с плоскими образцами;

- изучить влияние различных способов крепления кабелей на возникающие в защитных оболочках циклические деформации;

Научная новизна диссертационной работы заключается в следующем:

- впервые проведено комплексное исследование циклической долговечности оболочек кабелей из ногах теллуристых сплавов, что позволило дать оценку долговечности оболочек с учетом условий транспортировки и эксплуатации и сделать выбор оптимального сплава по химическому составу;

- впервые исследована долговечность в малоцикловой области на плоских образцах и натурных кабелях, что позволило установить корреляционные связи между пределом выносливости оболочки натурного кабеля и пределом выносливости плоского образца;

- исследован уровень деформаций вследствие изменений токовой нагрузки при существующем и новом способе крепления кабелй в поворотных и перемещающихся опорах (а.с. 1257349), а также в опорах бикомпенсаторных.

Практическая ценность работы заключается в следующем:

- новый теллуристый сплав 1/2 ССуШ1 с химическим составом РЬ + + Те (0,01-0,03) Си (0,01-0,03) БЬ (0,15-0,25) рекомендован к внедрению для оболочек взамен сплава ССуЮЕ по ГОСТ 1292-81, как более экономичный и долговечный;

- новый теллуристый сплав 1/4 ССуМГ с химическим составом РЬ +

+ Те (0,005-0,015) Си (0,005-0,015) БЬ (0,05-0,013) рекомендован для оболочек кабелей с уменьшенной толщиной на 15 X по сравнению с ГОСТ 24183-80 взамен свинца С2 как более экономичный и долговечный;

- разработан новый способ крепления кабелей в поворотных и перемещающихся опорах (а.с. 1257349), а также в опорах бикомпенсатор-

ных, значительно снижающий уровень эксплуатационных циклических деформаций и увеличивающий долговечность.

Реализация работы. Результаты комплексных исследований были использованы НПО ВНИИКП при разработке ТУ 48-6-89-84, при разработке ГУ и изменений к ГОСТу 24641-81 (п.Б). Разработанный новый способ крепления кабелей был использован НПО ВНИИКП при составлении рекомендаций проектным институтам, разрабатывающим техническую документацию на прокладку новых кабельных линий. Экономический эффект от внедрения на ПО Камкабель сплава 1/2 ССуМГ составил 198 тысяч рублей с долевым участием 100 тысяч рублей.

Достоверность результатов исследования обеспечивается использованием апробированных математических методов и моделей механики деформированных тел, комплексом электронно-усилительной и регистрирующей аппаратуры, позволяющей задавать и измерять деформацию с точностью 3 7. , представительностью выборок испытуемых образцов и статистическими методами обработки результатов.

Автор защищает сл^чощие основные результаты:

- разработанное и изготовленное оригинальное экспериментальное оборудование исследования циклической долговечности в малоцикловой области плоских образцов и натурных кабелей, обеспечивающее автоматическую запись упруго-пластической деформации с помощью электронно-усилительной и регистрирующей аппаратурой;

- результаты комплексного экспериментального исследования новых теллуристых сплавов при статическом и циклическом нагружении в широком диапазоне эксплуатационных частот, температур и деформаций;

- оценку долговечности защитных оболочек кабелей в зависимости от воздействующих эксплуатационных факторов при транспортировке и эксплуатации по линейному закону суммирования повреждений;

- сравнительный анализ деформаций существующего способа прокладки силовых кабелей и предлагаемого в поворотных и перемещающихся опорах.

Апробация работы. Основные положения диссертационной работы докладывались и обсулдались: на зональной научно-технической конференции "Вопросы научно-технического и социального развития Бе-резниковско-Соликамского промышленного района" (Березники, 1983);

на зональной научно-технической конференции "Усталостная прочность и повышение несущей способности изделий методами поверхностной пластической деформации" (Пермь, 1984); на V Всесоюзном симпозиуме "Малоцикловая усталость - критерий разрушения и структура материалов" (Волгоград, 1987); на зональной научно-технической конференции "Совершенствование технологических процессов производства" (Пермь, ПО Камкабель, 1988); на областной научно-технической конференции "Интенсификация производства и социально-экономическое развитие Верхнекамского региона" (Березники, 1988); на Всесоюзной научно-технической конференции машиностроителей "Сопротивление усталости и повышение несущей способности методом поверхностной пластической деформации" (Пермь, 1988); на Мэжрес-публиканской научно-технической конференции "Конструкционная прочность, долговечность, упрочнение материалов и деталей машин" (Волгоград, 1990).

Публикации. Основные научные результаты, включенные в диссертацию опубликованы в 13 научных работах, в том числе в одном авторском свидетельстве на изобретение (ас. 1257349), в четырех научно-исследовательских отчетах.

Структура и объем диссертационной работы. Диссертация состоит из введения, четырех, глав и заключения, списка использованной литературы, содержащего 100 наименований и 22 приложения. Работа изложена на 161 странице, содержит 64 рисунка, 17 таблиц и 22 приложения.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы диссертации, определена цель исследования, сформулированы основные научные положения, выносимые автором на защиту.

В первой главе дан краткий обзор литературы по теоретическим и экспериментальным исследованиям легированных сплавов, применяемых в кабельной промышленности, дана постановка задачи исследования н оценки циклической долговечности оболочек силовых кабелей, изготовленных из свинцовых сплавов.

Из обзора необходимо отметить, что большая заслуга в создании свинцовых сплавов для кабельной промышленности принадлежит исследователям Большая иной Ы. А., Елсуковой Т. Ф., Макагону М. Е

Исследование циклической долговечности различных материалов для оболочек кабелей проведены в работах Гладковского В. А. . Жу-ченкова А. П. , Волкова а М. , Державинского в. В., Эдельмана А. С. . Шгемберга А. R , Эккеля (Eckel Y. F.), Хаварда (Havard D. G.) и др.

При постановке задачи исследования выделены для изучения два этапа накопления повреладений: транспортировка, при которой выделено превосходящее воздействие изгиба по сравнению с растяжением на циклическую прочность оболочки кабеля и эксплуатация, как наиболее длительный период накопления повреждений при колебаниях токовой нагрузки.

Дана оценка влияния на долговечность оболочек различных легирующих добавок в свинцовые сплавы, технологических и эксплуатационных факторов, условий прокладки и конструкций опор.

В литературных источниках обнаружено недостаточно экспериментальных данных по натурным усталостным испытаниям, особенно в малоцикловой области, отсутствие для их проведения испытательной аппаратуры. Проведен анализ имеющихся методик по оценке долговечности оболочек силовых кабелей.

Во второй главе сообщается о разработанных установках для усталостных испытаний натурных кабелей и плоских образцов в малоцикловой области, произведен выбор критерия вибронагруженности при испытаниях, обоснованы режимы испытаний и методика статистической обработки их результатов.

В качестве критерия вибронагруженности и для натурных и для плоских образцов принята максимальная относительная деформация, которая может быть легко замерена на реальном кабеле в условиях эксплуатации и при наличии кривых усталости можно определить являются ли они критическими с точки зрения долговечности.

i Так как оболочка кабеля при креплении его в хомутах во время эксплуатации вследствие изменения токовой нагрузки подвергается циклическому изменению температуры, испытывая при этом полное или частичное стеснение тепловых расширений, то в ней возникают механические деформации. Эти деформации вызывают усталостные повреждения точно также, если бы они создавались только внешним механическим нагружением, поэтому все результаты, которые получены в области механической усталости применимы к термической усталости. Опираясь на работы Мэнсона (Manson

S. S), Балдвина (Baldwin E. E.), Сокола (Sokol a J.), Коффина (Coffin L. F.), в которых термическая усталость подобна механической, моделирование режимов эксплуатации - малощкловая усталость (большие деформации при малой частоте) осуществлялось на плоских образцах и натурных кабелях механически на специально разработанных установках. Влияние температуры на микроструктуру, ползучесть, усталость изучалось дополнительно и учитывалось при выборе оптимального сплава

Для исследования плоских образцов в малоцикловой области на знакопеременный консольный изгиб разработана многопозиционная установка, позволяющая проводить усталостные испытания в жестком режиме нагружения. Для замера упруго-пластических деформаций и • изучения кинетики накопления повреждений используется метод тензометрии и электронно-усилительная аппаратура Для измерения максимального момента, действующего на образец в процессе нагружения и автоматической записи диаграмм упруго-пластического гистерезиса, к нижним неподвижным захватам и испытываемому образцу приклеены тензорезисторы, которые подсоединяются к каналам тензо-станции ТА-5 и через согласующее устройство к 2-х координатному прибору НДС-021.

Для испытания натурных кабелей в малоцикловой области была разработана и изготовлена установка, позволяющая проводить усталостные испытания при циклическом изгибе с частотой нагружения от 1 до 20 циклов в минуту при симметричном и асимметричном циклах в жестком режиме нагружения. Для замера упруго-пластических деформаций также используется метод тензометрии и та же электронно-усилительная аппаратура

В третьей главе представлены материалы по экспериментальному исследованию свинца С2 и свинцовых сплавов,легированных Те,Си, Sb, их химический состав, микроструктура при нормальных и повы -шенных температурах до и после испытаний, приводятся результаты испытаний на растяжение при различных скоростях и сопротивление ползучести при различных температурах, результаты усталостных испытаний в многоцикловой и малоцикловой областях, оценено влияние легирующих добавок Те, Си , Sb »температуры, скорости испытаний, уровня деформаций и конструктивно-масштабного фактора на долговеч-

ность этик материалов.

Для всех исследуемых сплавов (табл.1), которые являются производными от отечественного сплава ССуМГ по ГОСТ 1292-81, разработанного в СФГИ, при нормальной температуре определялись физико-механические свойства и микроструктура до и после испытаний.

Таблица 1

Химический состав исследуемых свинцовых сплавов

Тип Маркировка Легирующие добавки, Z Толщина оболочки, мм

Те Си Sb Sn

Свинец С2 51 - 0,001 0,005 - 1,50-2,00

ССуМЭЕ * Е - 0,023 0,23 0,4 тш

1/16 ССуМГ 71 0,0012 0,018 0,0063 - 1,54-1,74

1/16 ССуМГ 72 0,002 0,002 0,005 1,32-1,47

1/8 ССуМГ 61 0,0024 0,024 0,013 - 1,47-1,66

1/8 ССуМГ 62 0,0057 0,017 0,040 - 1,25-1,42

1/4 ССуМТ 81 0,013 0,021 0,100 - 1,44-2,04

1/4 ССуМГ 82 0,014 0,018 0,090 - 1,32-1,47

1/2 ССуМГ 21 0,019 0,022 0,150 - 3,16-3,33

1/2 А ССуМГ 21А 0,016 0,019 0,150 - 1,82-2,22

Свинец имеет крупнозернистую структуру, добавки te, Cu, Sb, уменьшают величину зерна в 2-6 раз. Нагрев свинцовых оболочек кабелей до Т-70 С сопровождается ростом величины зерна, который определяется составом легирующих добавок. Наличие Те обеспечивает тер-мостайильность структуры материала до и после испытаний.

Сопротивление ползучести изучалось на некоторых сплавах при <о - 4 ЫПа, Т - 20; 50 С, наиболее вероятных условиях при эксплуатации. Легирующие добавки снижают скорость ползучести.

Свинец С2, обладая хорошим сопротивлением ползучести при нормальной

о

темпертуре, увеличил скорость ползучести при Т- 50 С Ы в 8 раз, а сплав 1/2 ССуМГ - в 1,04 раза, то есть проявил себя как весьма стабильный.

Усталостные испытания проводились в широком диапазоне деформаций с частотами 3; 6,25; 10; 18; 100; 460; 500; 1000 цикл/мин в

о

режиме жесткого нагружения при температуре 20, 40 и 70 С. Указанные условия испытаний представляют значительную часть диапазона

транспортных и эксплуатационных вибраций, уровня деформаций и температур. Статистическая обработка результатов усталостных испытаний проводилась с использованием линейного корреляционного анализа по разрабоьанной программе на интерпретаторе БЕЙСИК Параметры уравнения кривой усталости определеялись для вероятности разрушения р - 0,5 и представлялись в координатах lgtioJ- lg N.

В многоцикловой области. для выявления взаимного влияния на долговечность трех факторов был поставлен многофакторный эксперимент и получены аналитические зависимости долговечности N от температуры Т, частоты нагружения f и уровня деформации

х, - f (Т); x¿ - *(f); х4 - i (1£<5 • 10'" ).

Для свинца С2:

y=lgN=5,2322-0,0594 х,+0,2139 x¿-0,2712 х5+0,0091 х,х,-0.28 х.х,--0,0928 хгх1-0,3004 X¡+0,2244 х*; для сплава 1/4 ССуМГ:

y-lgN-5,9893-0,1539 х.+0,0446 х.,-0,3853 х,-0,2657 хГ-0,28016

+0,0946 ХГ.

>

Наибольшее влияние из трех факторов на долговечность оказывает уровень деформации, затем температура Дальнейшие испытания плоских образцов в многоцикловой области проводились для конкретных условий нагружения с учётом изменения í и Т. На рис. 1 показано влиянге уровня деформаций на долговечность плоских образцов при Т = 20 С и п - 430 цикл/мин. Как видно, малые добавки теллура к свинцу приводят к постепенному увеличению циклической долговечности плоских образцов, а при добавке теллура от 0,016 - 0,019 сплав

*

по циклической долговечности не уступает эталонному ССуМОЕ С Е ), содержащему 0,4 X дефицитного олова

Сопоставление данных по испытаниям в многоцикловой области при различных повышенных температурах до 70 В показало, что существенных изменений в кривых усталости не произошло, циклическая долговечность с увеличением температуры у всех сплавов монотонно снижается, но это снижение более ярко выражено у сплава ССуШЕ (Е ), он наиболее чувствителен к изменению температуры.

Цри моделировании условий эксплуатации была исследована также и малоцикловая область нагружения. На рис. 2 показаны кривые усталости плоских образцов при Т - 20 С и п - 6,25 цикл/мин. Уставов-

лено, что характэр влияния добавки теллура к свинцу в малоцикловой области аналогичен многоцикловой области нагружения.

: п" : ' 1 I I ! ' :

Рис. 1

I ''II' у ' 'О 0 733:0

«ЦС.

} * 5 в 7 в 91о -3 у

Рис. 2

Для определения степени подобия результатов усталостных испытаний в малоцикдовой области плоских образцов по отношению к натурным кабелям были проведены испытания при тех же режимах на на-

турных образцах. Сравнительный анализ результатов показал, что циклическая долговечность натурных кабелей по сравнению с плоскими образцами примерно в 1,5 - 2 раза меньше, что связано с конструктивно- масштабным фактором.

В малоцикловой области на долговечность также как и многоцикловой оказывает влияние изменение частоты. Для свинца С2 при частоте 3, 10, 18 циклов в минуту кривые усталости располагаются почти параллельно, с увеличением частоты долговечность увеличивается.

При сравнении статических и циклических характеристик новых теллуристых сплавов при нормальной температуре установлена корреляция между пределом прочности и пределом выносливости как в многоцикловой, так и в маловдкловой областях. Растяжение плоских образцов при скоростях V - 10; 100; 200; 500 мм/мин показало, что прочность увеличивается, а пластичность снижается. Предел прочности зависит также и от температуры. Эти исследования позволяют для оценки долговечности рассматривать статистические модели, основанные на кривых растяжения и использовать их для «экспресс-информации, так как это сокращает объем испытаний.

Легирование свинца малыми добавками Те, Си, БЬ приводит к увеличению циклической прочности в много- и малоцикловой областях, но в разной степени. Наибольшее влияние из легирующих добавок оказывает теллур. Цри содержании теллура до 0,019 X долговечность увеличивается по сравнению со свинцом при п - 430 цикл/мин и <5 - 0,06 % в 16 раз, при п - 6,25 цикл/мин и £ - 0,3 % ~ в 2 раза, следовательно, влияние теллура снижается с ростом пластических деформаций.

В четвертой главе приводится оценка долговечности оболочек кабелей с учетом транспортировки и эксплуатации, конструктивно-масштабного фактора, рассмотрены методы, повышающие циклическую долговечность исследуемых сплавов.

Для сплава 1/8 ССуМГ для случая получена кривая усталости при Т - ¿0°С и п - 10 цикл/мин в диапазоне транспортных и эксплуатационных деформаций <? - (0,07 - 0,6) 2 (рис.3). Она не имеет разрыва и перегиба при переходе от многоцикловой области к малоцикловой.

Рис. 3

Для этого не сплава исследованы различные нестационарные режимы при двухступенчатом нагружении - для наиболее часто встречающегося случая во время эксплуатации оболочки: деформация <С1 - <'„ -

- 0,07 X, характерная транспортировке (шогоцикловая область) и <*_,-

- ¿1 - 0,35 %, характерная эксплуатации (малоцикловая область). При длительности первой ступени нагружения п.- 11,5-10 циклов разрушение происходит при (п„ + п_) - 24,35 * 103 циклов, а отношение

—и + близко к единице. При увеличении длительности первой сту-'%ени нагружения наблюдается небольшой эффект так называемой "тренировки". Однако, можно считать, что процесс накопления

повреждений близок к линейному.

На основании результатов комплексного исследования в многоцикловой области (транспортировка), в малощтеловой (эксплуатация) .полную кривую усталости, нестационарность нагружения и, используя закон линейного суммирования повреждений, расчетная формула оценки долговечности представляется в виде:

И' тран 1Г эксп _ И тран N эксп

И' тран - 60 Цр (2)

где Г - частота вибраций при транспортировке, Гц;

Ъ' - время транспортировки, мин. С учетом введенных коэффициентов к - конструктивно-масштабного фактора и к,, - коэффициента относительной повреждаемости при транспортировке

1 -

- 14 -тран

(3)

ЬГ тран

Расчетная формула для определения срока службы оболочки кабеля

N эксп • к • к,

60 Г,КГЛ

Конструктивно-масштабный фактор - к

(4)

определяется эксперимен -

тально и зависит от эффективной жесткости кабеля Е^ и полученных результатов испытаний плоских образцов и натурных кабелей. Для некоторых типов кабелей была замерена ЕГ с помощью тензодаг-чиков, сопоставлены результаты испытаний и получено уравнение 1г (к-Ю)"* - 1,6032 - 0,4584 1е (Е1 • 10^) (5) Значение N тран и N эксп - находятся для вероятности разрушения (р = 0,5) для различных режимов из кривых усталости, полученных экспериментально или с использованием математической модели, получаемой по методу планирования экспериментов - некомпозиционных пла-рого порядка или для случая экспресс-прогнозирования - статистическую модель с использованием кривых растяжения.

Для увеличения срока службы кабельной линии необходимо снижать эксплуатационные деформации. Это достигается изменением существующего способа прокладки (рис.4) на новый способ (рис.5).

—' —___

ъ, &

е

^- радиус кривизны; 1 - расстояние медцу опорами. , >\ чччч\\\\\\\У\Ч\ч\\\\\\\\\\\\\>\ч\\\\\\\\ N.

ч

А-

¿-ге

;)] -¿.У^—Й-

—ся—

г

т о

1/2

-Ю

1 - кронштейн; 2 - опора поворотная; 3 - опора перемещающаяся;

4 - кабель; 1 - расстояние между опорами; p¿- радиус кривизны; f - угол поворота концевых сечений.

Рис.5

В предлагаемом способе прокладки все сечения кабеля становятся равноопасными к циклическим деформациям, так как напряженное состояние близко к чистому изгибу. Величину снижения деформаций можно оценить в упругой области расчетным путем из условия ¿ - f (у ; ß) при чистом изгибе

<f - У/р , (б)

где jD - радиус кривизны ; у - d/2, - d - диаметр оболочки кабеля.

У/л ; у/(7)

Радиус кривизны - ß - определяется в зависимости от длины дуги l из системы уравнений

+ (8) \LfZр - sin ifZ

L - расстояние между опорами;

¿L - изменение длины кабеля за счет изменения температуры Г

д L - лТ • =». • L (9)

и - коэффициент линейного расширения материала жилы;

Ч1 - угол поворота концевых сечений;

дТ - диапазон изменения температуры кабеля.

Решая (8) получаем ^ _ , Л

(L + а Ф Id + AL)^

Р * ( 24-AL )'¿ "\| 24л L ' (10)

Полагая L, - 1/4 ; Lz - 2-1 (рис. б) - Д1/4 ; ¿L,- 2 Л 1

и с учетом (7)

V, - 0,125 6, (И)

При креплении кабеля по предлагаемой'схеме деформация обо -лочки снижается ~ в 8 раз. Конструкция поворотной опоры (а.с. 1257349) показана на рис.6.

При разработке конструкций опор кабелей необходимо учитывать не только удлинение кабеля из-за изменения токовой нагрузки, но и поперечные колебания от внешних вибрационных нагрузок.

1 - кронштейн; 2 - палец шарнирный с ложе для кабеля; 3 - накладка; 4 - болт; 5 - скоба; 6 - прокладка упругая; 7 - кабель; 8 - гайка

Рис. 6

Проведено исследование поперечных колебаний кабелей для различных схем с использованием функции Крылова А. М. Установлен закон изменения максимальных прогибов упругой линии оси кабеля по его длине и были просчитаны их значения для конкретных условий.

Шказано, что наименьшая стрела прогиба наблюдается для кабеля с упругим закреплением концов с жесткостью пружины с - 15' 1С* Н/м и ему целесообразно отдать предпочтение, хотя конструктивно,жесткое крепление намного проще и дешевле. Это определило разработку опоры поворотной и одновременно бикомпенсаторной С рис.7). Авторская заявка на изобретение N 4767941/29 (13ё596).

Преимущества предлагаемого способа " в разработанных опорах заключается в снижении уровня эксплуатационных циклических деформаций приблизительно в 8 раз, следовательно, увеличения срока службы кабельной линии без изменения конструкции самого кабеля. •

1 - кронштейн; 2 - палец шарнирный; 3 - ложе для кабелей; 4 - кабели; 5 - кольцевой паз; б - фиксатор; 7 - отверстие фиксатора; 8 - прокладка для кабеля; 9 - скоба; 10 - шайба-прокладка; 11, 13, 14 - крепления фиксатора; 12 - пружина.

Рис. 7

В заключении сформулированы основные результаты диссертационной работы:

1. Сконструирован и изготовлен комплекс испытательного обо -рудования для исследования плоских образцов и натурных кабелей в условиях, моделирующих эксплуатационные, в малоцикловой облас-тианагружения и разработана методика проведения и обработки усталостных испытаний.

2. Впервые проведены комплексные исследования новых тел-луристых свинцовых сплавов, установлены общие закономерности поведения при циклических и статических испытаниях, выбран оптимальный сплав 1/2 ССуМТ для оболочек кабелей, отвечающий современным условиям транспортировки и эксплуатации. Установлено, что по основным показателям (вибропрочность, сопротивление ползучести, термостабильносгь микроструктуры, производительность при прессовании и т. п.) он не уступает сплаву ССуМОЕ, широко применяемому в нашей стране и за рубежем, содержащему дефицитное олово до 0,5 X.

3. Получены адекватные уравнения второго порядка М= f (Т, <Г, Г, ) в многоцикловой области в диапазоне транспортных температур, частот и деформаций для сплавов 1/4 ССуМГ и свинца С2,

которые показали наибольшее влияние на долговечность уровня деформаций.

4. Впервые исследована циклическая прочность теллуристых сплавов в малоцикловой области на натурных кабелях и плоских образцах, что позволило установить корреляционные связи между пределом выносливости оболочки натурного кабеля и пределом выносливости плоского образца.

5. Экспериментально установлено, что кривая усталости сплава 1/8 ССуМГ в диапазоне транспортных и эксплуатационных деформаций е - (0,07 - 0,6) X не имеет разрыва и перегиба Для этого сплава при двухступенчатом режиме нагружения с , - сп -

- 0,07 X и 0,35 X не наблюдается существенных отклонений

от закона линейного суммирования повреждений. Подтверждена оценка долговечности при нестационарных режимах, соответствующих транспортировке и эксплуатации, которая дана с учетом коэффициента относительной повреждаемости свинцовых оболочек к , вызванных вибрациями при транспортировке и конструктивно-масштабного фактора к , зависящего от эффективной жесткости кабеля.

6. Исследован уровень деформации в оболочке кабеля вследствие изменения токовой нагрузки при существующем и предлагаемом новом способе крепления кабелей, что позволило разработать опоры поворотные и перемещающиеся (ас. 1257349), снижающие продольные деформации и :рачительно увеличивающие циклическую долговечность оболочек кабелей.

7. Проведен теоретический анализ поперечных колебаний кабеля с различными краевыми условиями и получены аналитические зависимости максимальных прогибов его упругой линии, что позволило выбрать наиболее оптимальный способ крепления при наличии внешних вибраций в опорах бикомпенсаторных.

8. Результаты исследований были использованы при разработке ТУ-48-6-89-84 при внедрении сплава 1/2 ССуМГ, при разработке изменений к ГОСТу 24183-80 (п.5) по сплаву 1/4 ССуМГ вместо свинца 02. Новый способ крепления кабелей рекомендован НПО ВНИИКП проектным институтам, разрабатывающим техническую документацию на прокладку новых кабельных линий.

9. Реальный экономический эффект от практической реализации результатов исследований на ПО "Камкабель" 198 тыс. рублей

- 19 -

с долевым участием 100 тыс. рублей.

Основное содержание работы изложено:

1. А. с. 1257349 СССР МКИ ПбЬЗЛб. Опора трубопровода (ка -беля) / а М. Волков, В. Н. Дуланова, А П. Дученков, а А. Гладковский, А. И. Гусинский (СССР). - 3 с. : ил.

2. Волков а К., Жуланова. а Е , Жученков А. П. Установка для исследования малоцикловой усталости натурных образцов кабелей / Пери Ж - Пзрмь, 1986. - 9с. - ДеЪ. в ИЙЮРМЗЛЕКГРО, 10.86 N 10

3. Жученков А. П., Волков Ь М., Жуланова а Е К исследованию поперечных колебаний кабелей / Шрм ПК.- Пермь, 1986.- 18с.- Дел. в ИНФОРЭЛЕКТРО, 11.86. N 11.

4. Новый способ прокладки маслоналолненных кабелей / Глад -ковский а А., Волков В. Ы., Жуланова а Н., лученков А. а , Губинс -кий А. И. / Шрм ПИ.- Пермь, 1986.- 13с.- Деп. в ИНЮРМЭЛЕКТРО, 11.86. N 11.

5. Жученков А. И . Волков а М., Жуланова а Н. Установки для исследования усталостной выносливости оболочек кабелей в условиях малоциклового нагружения // Динамика и прочность механических систем. - Пермь. - 1986. - С. 74-76.

6. Исследование малоцикловой усталости оболочек кабелей из новых свинцовых сплавов / Гладковский а А., Дученков А. П., Жула -нова а Я., Сапрыкина И. С., Державинский а а /IV Всесоюзный симпозиум " Малоцикловая усталость - критерий разрушения и структура материалов " / Ч.П: Тез.докл.- Волгоград, 1987.- С.210-211.

7. Влияние различных факторов на долговечность свинцовых сплавов для оболочек силовых кабелей / Дученков А. Д , Гладкове -кий а А., Яуланова а Н , Сапрыкина Я С., Державинский а а // Всесоюзное научно-техническое общество машиностроителей, ПЛИ, Пермский дом техники " Сопротивление усталости и повышение несу -щей способности изделий методом поверхностной пластической деформации ": Тез. докл.- Пермь, 1988. - С.7-8.

8. Гладковский К А., Жуланова В. Н., Лученков А. П. Влияние легирующих добавок на закономерности разрушения свинцовых сплавов // Межреспубликанская научно-техническая конференция. " Конструкционная прочность, долговечность, упрочнение материалов и деталей машин Тез.докл.- Волгоград, 1990.- С.23-24.

9. Снижение эксплуатационных деформаций защитных оболочек си-

лового электрического кабеля / Жуланова В. а , Гладковский Е А., «ученков А. П., Губинский А. И., Перминов НИ.// Электротехника. -- 1991. - N 4. - С. 50-52.

Сдано в печать 28.08.91. йормат 60x84/16. Объем 1,25 п.л. 1ираи 100. Заказ 1351. Бесплатно.

Ротапринт Пермского политехнического института