一种龙骨结构及封堵系统

技术领域

本发明涉及换流阀套管封堵结构技术领域，具体涉及一种龙骨结构及封堵系统。

背景技术

换流站是高压直流输电系统中，将交流电变换为直流电或者将直流电变换为交流电的站点。而换流站的核心为换流站阀厅，换流站阀厅中安放有换流阀，换流阀通过套管与阀厅外的换流变压器相连。换流阀与换流变压器之间通过封堵结构分隔，套管穿过封堵结构上的贯穿孔连通换流变压器和换流阀。该封堵结构在换流站阀厅设计中，简称“封堵系统”。封堵系统在本质上属于防火墙。

GB/T 50789±800kV直流换流站设计规范中规定：阀厅与换流变压器、油浸式平波电抗器之间应采用防火墙进行分隔，防火墙的耐火极限不应低于3h；GB 50016(2018年版)建筑设计防火规范中定义：防火墙为防止火灾蔓延至相邻建筑或相邻水平防火分区且耐火极限不低于3h的不燃性墙体；多次火灾事故中，起火点均为换流变压器侧原因引发，故封堵系统的设防目标均以换流变侧作为防护方向，要求封堵系统迎火面一侧的烃类火耐火极限应不低于3h。

封堵系统的耐火极限试验一般在耐火极限试验炉进行。试件安装位置为一正方形的混凝土框架，该框架由钢筋混凝土浇筑而成，测试用封堵系统试件安装于该框架上，试件安装完毕，带有试件的框架被吊装或推移到试验炉口，然后框架被固定和锁死，随后进行耐火极限试验。

封堵系统试件一般由“不锈钢龙骨+封堵板材+辅助材料”构成。其中，对于封堵系统试件高度在3-6米的，一般采用三横梁结构，不锈钢龙骨包括上横梁、下横梁、设于两个横梁之间的半高横梁和立柱，立柱与上横梁、下横梁和半高横梁之间均通过角码连接。封堵板材上部和底部通过自攻螺钉分别固定在上横梁和下横梁上，封堵板材中部通过自攻螺钉固定在半高横梁上，上横梁、下横梁和半高横梁通过锚栓固定在混凝土框架上，封堵板材、上横梁、下横梁、半高横梁与混凝土框架形成刚性连接，各个横梁受热变形时无变形空间在其内部产生热应力。

上横梁、下横梁和半高横梁均为不锈钢方钢，不锈钢方钢在高温下会发生热胀；而封堵板材一般为漂珠板、蛭石板和硅酸铝夹芯复合板，其中漂珠板和蛭石板属于无机刚性板材，在高温下会发生热缩。不锈钢方钢的热膨胀系数为1.87×10-5，一般试验中，不锈钢方钢的温度在400℃左右，在此温度下，如采用5×5m尺度的试件，试验炉洞口尺寸通长的304不锈钢方钢的热膨胀长度约为35mm；再加上封堵板材热缩的收缩量，封堵板材与不锈钢方钢的膨胀伸长量差异至少在35mm以上。

立柱方钢受热膨胀产生热应力，会沿立柱轴向向外拉半高横梁，半高横梁再沿垂直于自攻螺钉方向拉自攻螺钉，由于封堵板材面向方钢的一面与方钢表面紧贴设置，自攻螺钉没有弯折变形空间，只能跟随半高横梁上移或下移并剪切封堵板材，导致封堵板材从螺钉孔处产生裂纹，裂纹扩展导致封堵板材开裂损坏。

发明内容

因此，本发明要解决的技术问题在于克服现有技术中的封堵板材紧贴半高横梁方钢地连接在半高横梁上，容易导致封堵板材受热在螺纹孔处产生裂纹扩展导致封堵板材开裂的缺陷。

为此，本发明提供一种龙骨结构，包括

横向支撑组件，其包括第一支撑件，所述第一支撑件至少一侧具有第一凹槽，封堵板材适于通过第一紧固件连接在所述第一支撑件上；所述第一凹槽适于与封堵板材围成供第一紧固件变形的变形腔；

竖向支撑组件，其包括第二支撑件和第三支撑件，所述第二支撑件连接在所述第一支撑件的第一面上，所述第三支撑件连接在所述第一支撑件的第二面上，所述第一面和所述第二面为与所述第一凹槽槽口相邻的相对两面；所述第二支撑件、所述第三支撑件与所述第一支撑件交错设置。

可选地，上述的龙骨结构，所述第一支撑件为槽钢，所述第一凹槽设于所述第一支撑件的一侧。

可选地，上述的龙骨结构，所述槽钢具有两个，两个所述槽钢沿所述第一凹槽的槽深方向并排设置；所述第二支撑件和所述第三支撑件分别连接在两个所述槽钢的第一面和第二面上。

可选地，上述的龙骨结构，所述横向支撑组件还包括第四支撑件，所述第一支撑件设于所述第四支撑件上并与第四支撑件平行；

所述第三支撑件设于所述第四支撑件上而与所述第一支撑件连接。

可选地，上述的龙骨结构，还包括至少一个调节连接件，所述调节连接件适于与混凝土框架连接；

所述第二支撑件或所述第三支撑件相互远离的一侧可移动地连接在所述调节连接件上。

可选地，上述的龙骨结构，所述第二支撑件和所述第三支撑件中部具有空腔；

所述调节连接件相对的两侧壁设有沿其长度方向延伸的第一滑孔；所述调节连接件套设在所述第二支撑件或所述第三支撑件外，或者所述调节连接件穿设在所述空腔中；

第二紧固件穿设所述第一滑孔和所述竖向支撑组件，以连接所述调节连接件和所述竖向支撑组件。

可选地，上述的龙骨结构，所述调节连接件呈口字型，所述调节连接件穿设在所述空腔中。

可选地，上述的龙骨结构，所述第二支撑件和所述第三支撑件相互远离的一侧均设有所述调节连接件。

可选地，上述的龙骨结构，所述第四支撑件两端中的至少一端设有调节连接件。

可选地，上述的龙骨结构，所述横向支撑组件还包括

第五支撑件，其设于所述第一支撑件宽度方向上的一侧并与所述第一支撑件平行；所述第五支撑件分段设于所述竖向支撑组件两侧。

可选地，上述的龙骨结构，所述横向支撑组件还包括

第六支撑件，其设于所述第一支撑件宽度方向上的另一侧并与所述第一支撑件平行；所述第六支撑件分段设于所述竖向支撑组件两侧。

可选地，上述的龙骨结构，所述第五支撑件朝向所述竖向支撑组件的内端面与所述竖向支撑组件外壁具有间隙；所述第五支撑件的背向所述竖向支撑组件的外端面内缩于所述第四支撑件上的调节连接件的外端面；和/或

所述第六支撑件朝向所述竖向支撑组件的内端面与所述竖向支撑组件外壁具有间隙；所述第六支撑件的背向所述竖向支撑组件的外端面内缩于所述第四支撑件上的调节连接件的外端面；

本发明提供一种封堵系统，包括上述中任一项所述的龙骨结构和封堵板材，所述封堵板材中部通过第一紧固件连接于所述第一支撑件上；所述第一凹槽与所述封堵板材围成供第一紧固件变形的变形腔。

本发明技术方案，具有如下优点：

1.本发明提供的龙骨结构，第一紧固件沿第一凹槽槽深方向穿设封堵板材和第一支撑件，将封堵板材的中部悬挂在第一支撑件上，第一紧固件的中部处于变形腔中，而不直接与第一支撑件的壁面接触。高温状态下，当第二支撑件和第三支撑件受热产生热应力，沿该两个支撑件的长度方向向外拉第一支撑件，第一支撑件向外拉第一紧固件时，第一紧固件的中部可在变形腔中弯曲变形，将热应力吸收掉，而不是直接向外拉扯封堵板材，可有效避免封堵板材上安装第一紧固件的安装孔处产生裂纹，从而有效防止裂纹扩展和封堵板材开裂。

2.本发明提供的龙骨结构，第二支撑件、第三支撑件和第四支撑件的外侧均与调节连接件连接，再通过调节连接件与混凝土框架连接。第二支撑件受热产生热应力，当热应力增加到一定强度时，第二支撑件的靠近调节连接件的一侧向外伸长，贯穿螺栓沿第一滑孔滑动，以释放第二支撑件中的热应力。第二支撑件中的热应力释放后，对槽钢和第一紧固件的拉力大大减小，有效避免封堵板材发生裂纹扩展。

3.本发明提供的封堵系统，在龙骨结构产生热应力时，第一紧固件的中部可在变形腔中弯曲变形，将热应力吸收掉，可有效避免封堵板材上安装第一紧固件的安装孔处产生裂纹，从而有效防止裂纹扩展和封堵板材开裂。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例1提供的龙骨结构与混凝土框架装配正视图；

图2为图1中A-A向的剖视图；

图3为图1中B-B向的剖视图；

图4为调节连接的示意图；

图5为调节连接件与第二支撑件的配合示意图；

图6为角码的示意图。

附图标记说明：

111-第一支撑件；112-第四支撑件；113-第五支撑件；114-第六支撑件；121-第二支撑件；1211-第二滑孔；122-第三支撑件；13-调节连接件；131-第一滑孔；132-第二紧固件；133-第一安装孔；21-迎火面板材；22-背火面板材；3-混凝土框架上横梁；4-混凝土框架下横梁；5-混凝土框架左立柱；6-混凝土框架右立柱；7-第一紧固件；8-角码。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

此外，下面所描述的本发明不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。

实施例

本实施例提供一种龙骨结构，如图1至图3所示，其包括横向支撑组件和竖向支撑组件。

其中，横向支撑组件包括第一支撑件111，第一支撑件111至少一侧具有第一凹槽，封堵板材中部适于通过第一紧固件7连接在第一支撑件111上；第一凹槽适于与封堵板材围成供第一紧固件变形的变形腔。

竖向支撑组件包括第二支撑件121和第三支撑件122。第二支撑件121连接在第一支撑件111的第一面上，第三支撑件122连接第一支撑件111的第二面上。其中，第一面和第二面为与第一凹槽槽口相邻的相对两面；第二支撑件121、第三支撑件122与第一支撑件111交错设置。封堵板材的上部和下部适于贴设在第二支撑件121和第三支撑件122外壁。

此结构的龙骨结构应用于换流站阀厅封堵系统中，第二支撑件121和第三支撑件122均为不锈钢方钢，封堵板材为漂珠板和蛭石板时，耐火极限试验时，第二支撑件121和第三支撑件122的端部适于连接在混凝土框架上。第一紧固件沿第一凹槽槽深方向穿设封堵板材和第一支撑件111，将封堵板材的中部悬挂在第一支撑件111上，第一紧固件的中部处于变形腔中，而不直接与第一支撑件111的壁面接触。高温状态下，当第二支撑件121和第三支撑件122受热产生热应力，沿该两个支撑件的长度方向向外拉第一支撑件111，第一支撑件111向外拉第一紧固件时，第一紧固件的中部可在变形腔中弯曲变形，将热应力吸收掉，而不是直接向外拉扯封堵板材，可有效避免封堵板材上安装第一紧固件的安装孔处产生裂纹，从而有效防止裂纹扩展和封堵板材开裂。

例如，参见图2，第一支撑件111为槽钢，第一凹槽为槽钢的凹槽，第一凹槽设于槽钢腿宽方向的一侧。槽钢两个翼板的外壁面作为第一面和第二面，与第二支撑件121和第三支撑件122连接。槽钢的凹槽空间大，给第一紧固件提供的变形空间大。并且槽钢为标准件，方便直接购买使用。

参见图1和图2，横向支撑组件还包括第四支撑件112，第四支撑件112为不锈钢方钢，第一支撑件111焊接于第四支撑件112上并与第四支撑件112平行，第三支撑件122设于第四支撑件112上而与第一支撑件111连接。

最佳地，槽钢具有两个，两个槽钢沿第一凹槽的槽深方向并排焊接设置；第二支撑件121和第三支撑件122分别连接在两个槽钢的第一面和第二面上。

第二支撑件121与第三支撑件122作为龙骨结构的立柱，均垂直设置，并且第二支撑件121与第三支撑件122轴线重合。使用时，例如，第二支撑件121位于槽钢上部，第三支撑件122位于槽钢下部，第二支撑件121与槽钢垂直，槽钢位于第四支撑件112顶面。第二支撑件121通过如图6所示的角码8焊接在槽钢顶部，第三支撑件122通过角码焊接在第四支撑件112底部。

封堵板材包括迎火面板材21和背火面板材22，迎火面板材21和背火面板材22分别设于槽钢槽深方向的两侧。通常情况下，迎火面板材21厚度较厚，强度较高，其螺纹孔处较少发生裂纹扩展；而背火面板材22厚度较薄，强度低，其螺纹孔处容易发生裂纹扩展。设置两个并排的槽钢，并且其中一个与外界连通的槽钢的第一凹槽朝向背火面板材22设置，可有效防止强度较弱的背火面板材22发生裂纹扩展。设置两排槽钢，便于通过两个槽钢分别固定迎火面板材21和背火面板材22，防止用于固定槽钢两侧封堵板材的第一紧固件相互干涉。同时，两个槽钢并排焊接，两个槽钢的腿宽之和与第二支撑件121厚度相同，填充满两侧封堵板材之间区域，能够支撑两侧封堵板材之间的填充物。此外，两个槽钢并排焊接，强度高，高温下不易变形，对第二支撑件121和封堵板材支撑效果好。

参见图1、图2、图4和图5，龙骨结构还包括调节连接件13，第二支撑件121、第三支撑件122的外侧、第四支撑件112的两端均可移动地连接在调节连接件13上，调节连接件13适于与混凝土框架连接。

第二支撑件121、第三支撑件122和第四支撑件112均为不锈钢方钢，其中部具有空腔，参见图4和图5，调节连接件13相对的两侧壁设有沿其长度方向延伸的第一滑孔131。各个支撑件与调节连接件13的连接方式相同，现以第二支撑件121为例说明调节连接件13与各个支撑件之间的连接方式。调节连接件13套设在第二支撑件121外，或者调节连接件13穿设在第二支撑件121的空腔中；第二紧固件132穿设第一滑孔131和第二支撑件121，以连接调节连接件13和第二支撑件121。

最佳地，参见图4和图5，调节连接件13呈口字型并穿设在第二支撑件121的空腔中，调节连接件13穿设并抵接在第二支撑件121内壁，可增加第二支撑件121的支撑强度。调节连接件13与第二支撑件121平行的两侧板上设有第一滑孔131，调节连接件13与其侧板垂直的顶板上设有第一安装孔133，调节连接件13穿设在第二支撑件121空腔时，调节连接件13的顶板露出第二支撑件121的外端面，调节连接件13的顶板与混凝土框架紧贴，锚栓穿过第一安装孔133将调节连接件13固定在混凝土框架上。

可选地，第二紧固件132为贯穿螺栓。第二支撑件121靠近第一滑孔131的两侧壁上设有第二滑孔1211，第二滑孔1211沿第二支撑件121长度方向延伸。调节连接件13穿设在第二支撑件121空腔中后，贯穿螺栓穿设过第一滑孔131与第二滑孔1211以连接第二支撑件121和调节连接件13。第二支撑件121受热产生热应力，当热应力增加到一定强度时，第二支撑件121的靠近调节连接件13的一侧向外伸长，贯穿螺栓沿第一滑孔131滑动，以释放第二支撑件121中的热应力。第二支撑件121中的热应力释放后，对槽钢和第一紧固件的拉力大大减小，有效避免封堵板材发生裂纹扩展。第二滑孔1211的设置便于在第二支撑件121长度方向上的不同位置处设置贯穿螺栓。

参见图1，槽钢在横向分段设置，槽钢各段之间留有间隙，供安装容纳第二紧固件132，同时可避免槽钢受热时的应力集中现象。

参见图1，横向支撑组件还包括第五支撑件113和第六支撑件114，第五支撑件113和第六支撑件114均为不锈钢方钢。其中，第五支撑件113设于第一支撑件111宽度方向上的一侧并与第一支撑件111平行；并且第五支撑件113分段设于竖向支撑组件两侧。第六支撑件114设于第一支撑件111宽度方向上的另一侧并与第一支撑件111平行；并且第六支撑件114分段设于竖向支撑组件两侧。

例如，第五支撑件113作为龙骨结构的上横梁设于槽钢上方，第五支撑件113分两段设于第二支撑件121两侧。第六支撑件114作为龙骨结构的下横梁设于第四支撑件112下方，第六支撑件114分两段设于第三支撑件122两侧。封堵板材的顶部和底部分别通过自攻螺钉固定在第五支撑件113和第六支撑件114上，第五支撑件113和第六支撑件114在其长度方向上均分段设置，可避免热应力集中，减小上横梁和下横梁上的热应力，最终减少对上部和下部封堵板材的拉扯，防止封堵板材上部和下部发生裂纹扩展。

耐火极限试验时，参见图3，第五支撑件113通过锚栓和螺母固定在混凝土框架上横梁3上，第六支撑件114过锚栓和螺母固定在混凝土框架下横梁4上，第二支撑件121和第三支撑件122分别通过调节连接件13和锚栓固定在混凝土框架上横梁3和下横梁上，第四支撑件112的两端通过调节连接件13和锚栓固定在混凝土框架左立柱5和混凝土框架右立柱6上。

第五支撑件113朝向第二支撑件121的内端面与第二支撑件121外壁具有间隙；第五支撑件113的背向第二支撑件121的外端面内缩于第四支撑件112上的调节连接件13的外端面，即龙骨结构安装到混凝土框架上后，第五支撑件113的外端面与混凝土框架的左立柱和右立柱之间均存在间隙，给予第五支撑件113自由膨胀空间，以释放龙骨结构横向的热应力。第六支撑件114的结构、以及与混凝土框架左立柱5和右立柱的配合关系与第五支撑件113相同。

作为实施例1的第一个可替换实施方式，调节连接件13的横截面形状可以与第二支撑件121的横截面形状相同，调节连接件13上设有第一滑孔131并且其外端设有顶板，通过顶板与混凝土框架连接，第二支撑件121上设有第二滑孔1211。调节连接件13内部具有容纳第二支撑件121的空腔，调节连接件13直接套设在第二支撑件121上，贯穿螺栓穿设调节连接件13和第二支撑件121上的滑孔，第二支撑件121膨胀伸长时，第二支撑件121端部向外伸出，第二滑孔1211给予第二支撑件121沿贯穿螺栓向外滑动的让位空间。

作为变形，调节连接件13还可以呈板状或者块状，沿其长度方向设置第一滑孔131，调节连接件13穿设在第二支撑件121内，或者叠放在第二支撑件121外，贯穿螺栓连接第二支撑件121和调节连接件13，第二支撑件121产生热应力时，贯穿螺栓沿第一滑孔131滑动。

作为实施例1的第二个可替换实施方式，槽钢可以只设置一个，可选用腿宽较宽的槽钢以填充满两个封堵板材之间区域。此时，两侧封堵板材上的第一紧固件可在槽钢上上下错位布置。或者第一支撑件111可以不选用槽钢，而是通过定制加工第一支撑件111，只要第一支撑件111的一侧具有供第一紧固件弯曲变形的变形腔即可；或者可以在第一支撑件111的两侧均设置第一凹槽，此时第一支撑件111的结构类似于将两个槽钢背向对接在一起形成的整体结构。

实施例2

本实施例提供一种封堵结构，如图2所示，其包括实施例1中的龙骨结构和封堵板材。封堵板材中部通过第一紧固件连接于第一支撑件111上；第一凹槽与封堵板材围成供第一紧固件变形的变形腔。

此结构的封堵结构，在龙骨结构产生热应力时，第一紧固件的中部可在变形腔中弯曲变形，将热应力吸收掉，可有效避免封堵板材上安装第一紧固件的安装孔处产生裂纹，从而有效防止裂纹扩展和封堵板材开裂。

参见图2，封堵板材包括迎火面板材21和背火面板材22，迎火面板材21包括迎火面上板和迎火面下板，背火面板材22包括背火面上板和背火面下板。迎火面上板上部通过自攻螺钉固定在第五支撑件113上，下部通过第一紧固件固定在第一支撑件111上，迎火面下板上部通过第一紧固件固定在第一支撑件111上、下部通过自攻螺钉固定在第六支撑件114上，迎火面下板与迎火面上板采用错缝连接，拼合效果好，可防止板面漏烟。

显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。