способ монтажа портальной опоры линии электропередачи с помощью летательного аппарата

Формула изобретения

1. СПОСОБ МОНТАЖА ПОРТАЛЬНОЙ ОПОРЫ ЛИНИИ ЭЛЕКТРОПЕРЕДАЧИ С ПОМОЩЬЮ ЛЕТАТЕЛЬНОГО АППАРАТА, включающий соединение собранной и снабженной оттяжками опоры с внешней подвеской летательного аппарата, транспортировку в вертикальном положении к месту монтажа, сопряжение башмаков стоек опоры с элементами фундамента, наклон ее, присоединение оттяжки к тяговому механизму, последующую отцепку от летательного аппарата и вывод опоры в проектное положение с помощью тягового механизма, отличающийся тем, что опору после транспортирования предварительно устанавливают стойками на грунт между фундаментом и анкером для оттяжек, наклоняют опору на 10 - 35^o от вертикали в сторону фундамента, присоединяют к стойкам опоры зафиксированные на анкере для оттяжек страховочные тросы длиной, равной расстоянию от анкера для оттяжек до элементов фундамента, поднимают наклоненную опору над фундаментом до натяжения страховочных тросов и после совмещения в плане башмаков стоек с элементами фундамента производят их сопряжение.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что перед сопряжением башмаков стоек с элементами фундамента уменьшают угол наклона опоры от вертикали до 5 - 10^o.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что при подсоединении опоры к летательному аппарату обеспечивают превышение одного башмака стоек над другим на 1 - 1,5 м посредством стропов равной длины или смещения точек подсоединения стропов к опоре.

4. Способ по п.1, отличающийся тем, что при зависании над местом монтажа летательного аппарата его разворачивают до расположения траверсы опоры вдоль фюзеляжа.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к строительству высоковольтных линий электропередачи, в частности к монтажу портальных опор с использованием летательных аппаратов, например вертолетов.

Известен способ монтажа портальной опоры линий электропередачи с применением летательных аппаратов, заключающийся в том, что собранную опору подсоединяют к внешней подвеске летательного аппарата и транспортируют в горизонтальном положении к месту монтажа, где сопрягают стойки опоры с элементами фундамента и ставят опору в проектное положение [1].

Недостатком известного способа является необходимость увеличения размеров монтажной площадки (пикета) для размещения на ней опоры в горизонтальном положении, что не всегда возможно, например в горной местности. Кроме того, велики непроизводительные затраты летного времени вертолета, вызванные тем, что опора в начале монтажа должна быть в положении, существенно отличающемся от проектного (рассогласование по углу 94 - 100^о), затем необходимо трансформировать схему соединения опоры с вертолетом и только потом выводить вертолетом опору в вертикальное положение.

Еще одним недостатком известного способа является то, что вследствие большого разноса масс портальная опора в горизонтальном положении обладает уникальным моментом инерции относительно оси подвески (например, опора типа ПБ 4с для ВЛ 500 кВ при массе до 10т, общей высоте 32 м и длине траверсы 26 м имеет момент инерции около 6000000 кгм²). При зависании над пикетом опора, состоящая из 3-5 пространственных ферм, разнесенных на большие расстояния и находящихся в зоне интенсивного индуктивного потока воздуха от несущего винта вертолета, закручивается этим потоком. Остановить начавшую вращение опору очень трудно, так как требуются большие усилия. Вращение такого крупногабаритного груза, как портальная опора, на пикете ограниченных размеров представляет повышенную опасность для работающих там. В то же время небольшой угол наклона опоры к горизонтальной плоскости (4 - 10^о) может обеспечить касание нижнего конца (в данном случае траверсы) о мягкую подстилающую поверхность (грунт, болото и т.д.) во время сопряжения башмаков с ловителями на элементах фундамента. За счет таких касаний возможно получение стабилизирующих силы момента сопротивления закрутке опоры от индуктивного потока. Однако подобная стабилизация опоры возможна лишь при работе на равнинной местности, в частности на болотах "Энергетическое строительство. - 1986, N 4, с.62). Поэтому в горных условиях, где наиболее часто используют вертолеты для монтажа опор, известный способ неприменим.

Известен способ монтажа портальной опоры, заключающийся в том, что собранную и снабженную оттяжками опору соединяют стропами с внешней подвеской летательного аппарата, транспортируют в вертикальном положении к месту монтажа, где сопрягают стойки опоры с элементами фундамента, наклоняют ее, присоединяют оттяжки к тяговому механизму, производят отцепку стропов от летательного аппарата и выводят опору в проектное положение с помощью тягового механизма [2]. Этот способ по технической сущности наиболее близок к заявляемому и выбран в качестве прототипа.

Проведенные в НПО ПАНХ ГА в 1991-1992 г, летные испытания по отработке технологии монтажа опор ВЛ электропередачи с применением вертолетов Ми-10К и Ми-26 выявили ряд особенностей в поведении портальной опоры, которые не могли предвидеть авторы известного способом монтажа, но которые сильно осложняют и даже делают безрезультатными работы с использованием предложенной ими технологии. Как показали летные испытания, к достоинствам этой технологии можно отнести то, что портальная опора в вертикальном положении более устойчива в полете, чем в горизонтальном. Поэтому скорость ее транспортирования выше, что позволяет существенно сократить время доставки портальной опоры к месту монтажа. Однако при зависании над пикетом индуктивный поток от винта вертолета также закручивает опору, как и при первом известном способе монтажа. Вследствие того, что момент инерции портальной опоры в вертикальном положении относительно оси подвески почти в два раза меньше (например, для ПБ4с он находится на уровне 280000 кгм²), опору легче вывести из состояния покоя закрученным от винта потоком воздуха. Но остановить начавшую вращение опору также трудно, так как при вертикальном положении опоры более чем в два раза уменьшается плечо приложения удерживающих усилий, пример, от веревочных фал, привязанных около башмаков стоек (для ПБ4 при горизонтальном положении опоры расстояние от башмаков до оси подвеса равно 22 м, а при вертикальном положении 9,2 м). Летные испытания показали, что усилий 11-12 человек недостаточно, чтобы стабилизировать портальную опору и не допустить ее вращения. Привлечение к монтажу более многочисленной бригады экономически не оправдано и нецелесообразно по соображениям техники безопасности.

Ввиду значительного момента инерции портальной опоры система азимутальной ориентации (САО) груза на внешней подвеске вертолета не обеспечивает стабильного положения опоры, так как скручиваются сначала стропы, а затем вступает в работу демпфирующее устройство САО. Из-за этого возникают крутильные колебания опоры на внешней подвеске вертолета с амплитудой до 90^о. Такие неуправляемые колебания портальной опоры, у которой расстояние между движущимися над землей стойками достигает 20 м, на пикете ограниченных размеров также представляют повышенную опасность для работающих там людей. Чтобы успокоить и уменьшить колебания опоры, необходим отрезок времени, продолжительность которого зависит от многих факторов: опыт экипажа вертолета, ветровая обстановка над пикетом, рельеф местности, направление и характер отраженных потоков воздуха и пр. Т.е. этот отрезок времени является случайной величиной. Поэтому ввод стоек в ловители на фундаменте является весьма сложной, трудоемкой и небезопасной операцией, иногда практически невыполнимой (первые три попытки монтажа опоры ПБ4 в вертикальном положении вертолетом Ми-10К, оснащенным САО, закончились неудачно, что и послужило причиной отработки нового способа). Без сопряжения стоек опоры с элементами фундамента все последующие операции по известному способу, в т.ч. наклоны опоры для закрепления оттяжек, бессмысленны. Очевидно, что без выполнения этой основной операции известный способ не реален, а ее выполнение носит случайный характер.

Кроме того схема строповки с использованием упорных элементов не обеспечивает необходимой жесткости портальной опоры при монтаже. При ослаблении в процессе монтажа хотя бы одного стропа, например при попадании одной стойки в ловитель, силовое замыкание этой стойки через упорный элемент на траверсу исчезает. Оставшаяся шарнирная связь этой стойки с траверсой не обеспечивает жесткости опоры в ее плоскости, что может привести к деформации второй стойки или траверсы от динамических нагрузок в ходе монтажа.

В совершенствовании известного способа монтажа портальной опоры, в придании ему закономерного характера кроется резерв повышения производительности монтажных работ и сокращения дорогостоящих затрат летного времени вертолета. Особо важной задачей при этом является повышение безопасности работ.

Целью изобретения является повышение производительности работ с одновременным снижением их опасности как для членов экипажа вертолета, так и для наземной бригады.

Сущность изобретения заключается в том, что в способе монтажа портальной опоры линий электропередачи с применением летательного аппарата, заключающемся в том, что собранную и снабженную оттяжками опору соединяют с внешней подвеской летательного аппарата, транспортируют в вертикальном положении к месту монтажа, где сопрягают башмаки опоры с элементами фундамента, наклоняют ее, присоединяют оттяжки к тяговому механизму, производят отцепку от летательного аппарата и выводят опору в проектное положение с помощью тягового механизма, опору после транспортирования предварительно устанавливают башмаками на грунт между фундаментом и анкером для оттяжек, наклоняют опору на 10-35^о от вертикали в сторону фундамента, присоединяют к стойкам опоры зафиксированные на анкере для оттяжек страховочные тросы длиной, равной расстоянию от анкера для оттяжек до элементов фундамента, поднимают наклонную опору над фундаментом до натяжения страховочных тросов и после совмещения в плане башмаков стоек с элементами фундамента производят их сопряжение. При этом перед сопряжением изменяют угол наклона опоры до 5-10^о от вертикали. Причем при подсоединении опоры к летательному аппарату обеспечивают превышение одного башмака стоек над другим на 1-1,5 м посредством применения стропов разной длины или смещения точек подсоединения стропов к опоре. Кроме того при зависании над местом монтажа летательный аппарат разворачивают так, чтобы траверса опоры заняла положение вдоль фюзеляжа.

На фиг.1 изображен момент транспортировки портальной опоры; на фиг.2 - вид сбоку при предварительной установке опоры на грунт; на фиг.3 - вид на портальную опору (без тросостоек) и монтажные устройства сверху при маневрировании вертолета (не показан); на фиг.4 - график зависимости усилия в страховочных тросах от условий монтажа; на фиг.5 - портальная опора после сопряжения башмаков стоек с монтажными устройствами (вид сбоку) и закрепления эксплуатационных оттяжек.

Способ осуществляют следующим образом.

На полигоне собирают портальную опору 1, состоящую из стоек 2 с башмаками 3 и траверсы 4 с тросостойками 5. Тросами 6 и 7 опоре придают необходимую жесткость и задают расстояние между башмаками 3, соответствующее расстоянию между элементами 8 фундамента на месте монтажа - на пикете. На опоре закрепляют эксплуатационные оттяжки 9 так, чтобы на первых этапах монтажа они не мешали, а при необходимости их можно было задействовать, например, нижние (свободные) концы скручивают в бухты, которые закрепляют выше башмаков 3. Собранную опору посредством стропов 10 соединяют с внешней подвеской 11 вертолета так, чтобы опора при транспортировании к месту монтажа находилась в вертикальной плоскости (фиг.1). При отрыве от земли опора под действием аэродинамических сил, возникающих от закрученного винтом индуктивного потока, начинает вращение вокруг вертикальной оси - оси подвески. Это, вероятно, послужило основанием для вывода о неприемлемости такого способа транспортирования и необходимости расположения портальной опоры горизонтально (или близко к этому). Как показали летные испытания, при вялом разгоне вертолета опора под действием скошенного индуктивного потока может совершить 0,5-1 оборот (180-360^о), а затем когда опора уходит из индуктивного потока и находится во встречном потоке, она устойчиво устанавливается поперек направления полета во всем диапазоне скоростей, разрешенных при транспортировании груза на внешней подвеске конкретного типа вертолета. Например, для вертолета Ми-26 при транспортировании опор типа ПБ4 максимальная скорость (160 км/ч) ограничивалась лишь выходом двигателей на номинальный режим работы. При интенсивном разгоне до 50 км/ч максимальный угол поворота опоры ПБ4 вокруг оси подвески не превышал 45^о с последующим возвращением в исходное положение - поперек встречного потока.

При подлете к пикету со снижением скорости полета до нуля опора снова попадает в индуктивный поток от несущего винта, который закручивает ее. При повороте на 90^о траверса 4 оказывается в зоне затенения потока под фюзеляжем вертолета и опора может остановиться. Поэтому, чтобы не допустить разгона опоры в ее вращении, при зависании над пикетом можно применить такой прием: разворот вертолета (если позволяет ветровая обстановка) навстречу намечающемуся вращению опоpы, пока она войдет в затененное положение под фюзеляжем. Такой маневр после захода с опорой на монтаж вдоль трассы линии электропередачи обеспечивает положение опоры, близкое к проектному, т.е. поперек трассы. Снижением вертолета предварительно устанавливают опору на грунт так, чтобы башмаки 3 стоек 2 разместились с одной стороны элементов 8 фундаментов (фиг.2), т.е. между фундаментом и анкером 12 для оттяжек 9. На элементах 8 фундамента заранее (до прилета вертолета) установлены монтажные устройства - ловители 13. Дальнейшим снижением вертолета отклоняют опору от вертикали на угол =10 - 35^о. За счет поворота опоры вокруг башмаков 3, опирающихся на грунт, верхняя часть опоры, к которой прикреплены стропы 10, снижается на величину h (например, для ПБ4 h = 0,5 - 5,0 м в указанном диапазоне углов). Этим создается запас, компенсирующий неизбежные колебания вертолета по высоте в режиме висения. Даже при сильном порыве ветра "вспухивание" вертолета будет в пределах указанного запаса, что исключит отрыв башмаков 3 опоры от земли и не допустит неуправляемые колебания и вращение опоры, опасные для людей и техники, находящихся на пикете.

При угле наклона опоры ( ) менее 10о не гарантирован надежный контакт обоих башмаков с землей при случайный колебаниях вертолета из-за отсутствия необходимого запаса по высоте h. Особенно опасен случай отрыва от земли одного из башмаков, когда вокруг второй опорной точки (ставшей мгновенным центром вращения) опора под действием случайных колебаний вертолета может совершать непредсказуемые повороты (как циркуль). Потерявшая контакт с землей стойка при повороте с большим радиусом (около 20 м для ПБ4) может не только создать опасную ситуацию на пикете, но и стать причиной поломки опоры (проверено при летных испытаниях). При случайном отрыве обеих стоек от земли возможны маятниковые колебания опоры и ее закручивание индуктивным потоком воздуха, что препятствует установке стоек 2 в ловители 13. Для исключения случайного отрыва стоек от земли необходимо отклонение опоры от вертикали в указанном диапазоне углов . Увеличение угла наклона опоры более 35^о нецелесообразно из-за возможности создания опасной ситуации для людей вследствие проскальзывания башмаков опоры по ледяной, скальной и другой твердой поверхности. Такие проскальзывания возможны вследствие роста горизонтальной составляющей опорных реакций и приближения их по величине к силам трения, предотвращающим скольжение башмаков.

Описанная выше предварительная установка опоры на грунт с отклонением от вертикали на 10 - 35^о обеспечивает однозначное поведение опоры, поскольку ей оставлена одна степень свободы. В результате обеспечивается возможность безопасного выполнения людьми следующей операции: к стойкам 2 подсоединяют страховочные тросы 14, прикрепленные заранее к анкеру 12. Длина каждого троса 14 подобрана равной расстоянию от анкера 12 до соответствующего элемента 8 фундамента (для удобства и оперативности в работе диаметр тросов 14 не должен превышать 12-16 мм). Затем опору вертолетом отрывают от земли над ловителями 13 до натяжения тросов 14. Наклоняют опору в прежнем направлении на 10-35^о и маневрированием вертолета совмещают в плане башмаки стоек с элементами фундамента. Благодаря натянутым тросам 14 опора в процессе маневрирования имеет только три степени свободы (из возможных шести), что облегчает задачу монтажа. Натянутое состояние тросов 14 страхует от появления дополнительных (непредсказуемых) свобод опоры и придает ее движениям закономерный характер. В частности, опора с вертолетом может совершать движение по дуге вокруг центра, которым является точка закрепления обоих тросов 14, т.е. анкер 12 (фиг.3). Радиус дуги для башмаков 3 равен длине тросов 14 и гарантирует совмещение в плане башмаков с элементами 8 фундамента, на которых установлены ловители 13, обеспечивающие сопряжение опоры с фундаментом. Угол отклонения от вертикали опоры менее 10^о при движении по дуге не гарантирует надежного натяжения страховочных тросов 14 и может привести к появлению дополнительных степеней свободы опоры. При угле наклона опоры более 35^о резко растут усилия (в 3-5 и более раз) в страховочных тросах 14, что может привести к их разрыву и созданию опасной ситуации на пикете.

Кроме того величина усилия в тросах 14 зависит и от угла наклона страховочных тросов 14 к горизонтали (фиг.5). С увеличением угла резко растут усилия в тросах 14 (фиг.4). Поэтому башмаки 3 нецелесообразно высоко отрывать от грунта, необходимо лишь выдерживать высоту над ловителями 0,5 - 2,5 м.

После совмещения в плане башмаков 3 опоры с ловителями 13 производят снижение вертолета до сопряжения стоке 2 с элементами 8 фундамента. При монтаже портальных опор, у которых в башмаках 3 выполнено отверстие, сопрягаемое со штырем на элементах фундамента (это наиболее массовые опоры для ВЛ 220 кВ и Вл 500 кВ), для обеспечения входа штыря в отверстие необходимо при снижении вертолета уменьшить угол отклонения опоры от вертикали до 5 - 10^о. При большем угле возможны закусывание (для ПБ4 это угол 13^о) и поломка штыря, что сделает невозможным монтаж опоры.

Для облегчения процесса сопряжения стоек с фундаментом при подсоединении опоры к вертолету можно обеспечить превышение а одного башмака стоек над другим на 1 - 1,5 м. Это достигается за счет применения стропов 10 разной длины. Если нет таких стропов, то разница по высоте башмаков может быть обеспечена смещением точек подсоединения стропов к опоре, например несимметричной подцепкой. Такой прием обеспечит возможность поочередного ввода башмаков стоек в ловители, что способствует реальным физиологическим возможностям человека при наблюдении за крупногабаритным грузом, как портальная опора (из-за большого расстояния между ними нижними концами стоек можно наблюдать лишь за одним из них, второй при этом находится в поле бокового зрения летчика).

После установки обеих стоек 2 на элементы 8 фундамента открепляют от опоры нижние концы эксплуатационных оттяжек 9 и прикрепляют их к тяговому механизму 15, прикрепленному к анкеру 12. В качестве тягового механизма и анкера могут быть также использованы трактор, автомобиль с лебедкой и другие средства. Опору удерживают вертолетом с отклонением от вертикали не более 10^о и фиксируют в этом положении соответствующими оттяжками 9 и тяговым механизмом. Противоположные эксплуатационные оттяжки 9 прикрепляют к анкеру 12 с противоположной стороны фундамента. Затем производят отцепку стропов 10 от вертолета и после его отлета выводят опору тяговым механизмом 15 в проектное положение.

Отработанная в процессе летных испытаний технология монтажа портальных опор основана на методе последовательных приближений опоры к проектному положению, когда на разных этапах к опоре прикладывают необходимое число временных связей, достаточное для безопасного выполнения соответствующих монтажных операций.

Преимущество предлагаемого способа по сравнению с известными заключается в том, что работы могут выполнять не только летчики-испытатели, но летчики средней квалификации, сокращаются трудоемкость монтажа и численность наземной бригады. При этом повышается безопасность работы как для членов экипажа вертолета, так и для наземной бригады. Кроме того, предлагаемый способ монтажа портальной опоры можно осуществлять с использованием вертолетов, не оснащенных САО.