懸索橋主纜除濕系統自主研發關鍵技術的研究與應用

臧正保

摘 要 懸索橋主纜除濕系統是一種懸索橋主纜的主動防腐方法，是主纜防護技術的發展方向。懸索橋主纜除濕系統關鍵技術國產化研究為交通運輸部2008年度部省聯合攻關（2008-353-332-170）基金資助項目，課題依托泰州長江公路大橋的建設將科研、中間試驗與工程實踐緊密結合起來，實現了科研成果向產業化的轉移。本方介紹了課題研究的技術路線及實驗方法，研究取得的主要成果，系統的中間試驗，及科研成果的應用推廣。

關鍵詞 懸索橋 主纜除濕 實驗 系統集成

中圖分類號：U448.25 文獻標識碼：A

Key Technology of Developing Dehumidification System of Suspension

Bridges' Main Cables and Its Application

ZHANG Zhengbao

（Jiangsu Province Communications Planning and Design Institute Limited Company， Nanjing， Jiangsu 210005）

Abstract As an active anti-corrosion method， the dehumidification system is important to protect suspension bridges' main cables. The project of studying the key technology of dehumidification system was funded by both the Ministry of Transport and the Department of Jiangsu Transportation. In the construction of the Taizhou Bridge， the transformation from the scientific and technical achievement to industrialization was realized by combing the scientific research， medium test and engineering practice realized. In this paper， the technical route， the experimental method， the main achievement and the promotion of the study were introduced.

Key words Suspension bridge， main cable dehumidification， experiment， system integration

懸索橋一直是大跨徑和特大跨徑橋梁的主要形式之一，主纜作為懸索橋結構中最重要的構件之一，其設計壽命一般為100年，被稱為懸索橋的“生命線”，保證主纜耐久性至關重要。懸索橋主纜除濕系統是一種懸索橋主纜的主動防腐方法。通過加壓風機將干燥空氣送入主纜，降低主纜內空氣相對濕度，能徹底阻止主纜鋼絲的銹蝕，提高主纜鋼絲的使用壽命，從而提高主纜乃至全橋的使用壽命。

1-端蓋；2-橡膠墊片；3-進氣室圓筒；4-進氣室前蓋板；5-測壓管；6-排氣管；7-進氣室后蓋板；8-后端蓋；9-靜壓箱；10-測壓管；11-進氣管；12-主纜模型；13-纏絲；14-外護層；15-拉桿；16-進氣管。

圖1 實驗臺系統構成

懸索橋主纜除濕系統關鍵技術國產化研究為交通運輸部2008年度部省聯合攻關（2008-353-332-170）基金資助項目，本課題將科研、中間試驗與系統集成緊密結合起來，實現了科研成果向產業化的轉移。

1 科研

通過對主纜除濕系統的工藝和監測、控制分析，依托泰州大橋對主纜除濕系統的除濕工藝和監控進行研究，構建系統總體框架，確定各個子系統的目標以及研究工作重心。

1.1 采用實體主纜模擬試驗，搭建實驗臺系統

如圖1所示，試驗臺系統的搭建工作，包括模型的制作安裝，二次儀表的配備，控制系統的安裝等。為方便試驗工作的進行，進氣室圓筒是可拆卸的。安裝成型主纜時，先安裝進氣室和后端蓋，再用拉桿拉緊。為防止漏氣，模型外表用柔質材料包纏密封，再用熱塑管包裹。

1.2 參數測定

1.2.1 進、排氣口局部阻力

為了研究不同長度的進氣口的阻力，實驗時卸下進氣室圓筒3，在未包裹的主纜模型部分，用纏絲纏上不同的長度，形成不同長度的進氣口，再加外護層、裝上進氣室圓筒。進氣口長度取0.8m、0.6m和0.4m三種尺寸，以滿足分析計算的要求。

1.2.2 沿程阻力

實際的主纜并非處于水平狀態，而是呈弦線狀態，實驗考慮了主纜模型與水平向有一定角度%Z的工況，%Z取0啊？0昂？0叭智樾巍？

1.2.3 主纜內存水量測試

主纜內的存水量是計算干燥時間的重要參數，目前尚無相關研究報道。本次研究采用實驗方法探討，并給出經驗關系式。

1.2.4 主纜內部除濕實驗

將存水量已知的主纜模型水平安置，空氣處理設備把空氣處理為相對濕度20%。在主纜右端沿軸向進入主纜，流經模型后在左端面沿軸向直接流入大氣。測量主纜模型氣流在進出口處的濕度，通過兩者的差值可計算出除濕量，為主纜干燥時間的估算和理論分析提供數據。

1.3 主纜除濕系統檢測技術與自動控制系統需求研究

將主纜除濕控制系統分為：傳感器子系統、數據采集與傳輸子系統、數據處理與控制子系統三個子系統，運行于三個層次：第一層次是傳感器子系統拾取系統各部位有特征代表意義的信號；第二層次是數據采集與傳輸子系統采集傳感器、變頻器、HMI、PLC拾取的信號，并將采集到的信號，通過網絡輸送到數據處理與控制子系統；第三層次是數據處理與控制子系統完成數據的處理、歸檔、顯示及存儲，并根據系統的要求為其提供特定格式和內容的數據以及處理結果。

1.4 研究成果

1.4.1 建立了主纜中空氣流動阻力多孔介質的滲流流動模型

空氣在進氣罩處沿徑向流入主纜，轉彎后再沿軸向流動，在排氣罩處轉彎后從徑向流出主纜。把空氣在鋼絲孔隙中的流動問題理解為多孔介質中的滲流流動最能符合實際情況，而孔隙率是影響多孔介質內流體傳輸性的重要參數。

1.4.2 研究得出主纜中空氣流動阻力計算的半經驗公式

主纜中鋼絲之間有很多小的空隙，主纜的表面有纏絲和涂裝防護，在索夾位置通過斂縫來保證氣密性，向主纜內輸送的氣流通過主纜表面會有一定程度的泄漏。考慮到空氣泄漏量的變化，通過對實驗數據的進行分析，得到主纜內阻力計算方法。

1.4.3 提出主纜除濕系統的整套設計方法

（1）存水量計算：主纜靠近跨中的區段含水量較大，含水率按主纜空隙的7.5%計算，其余位置按5%計算；

（2）向主纜內輸送的氣流通過主纜表面會有一定程度的泄漏，泄漏量取0.005/m。

（3）根據明石、來島和潤揚大橋的設計經驗，送氣夾內空氣壓力應不大于3000Pa。

（4）干燥時間取決于送氣長度、空氣泄漏率和送氣流量，干燥時間按18個月進行設計計算。

（5）經轉輪除濕機除濕升溫后的干空氣溫度和相對濕度取值分別為20℃和30%，相對濕度的變化率為70%。

1.4.4 研發了懸索橋主纜防腐蝕自動監控系統

控制系統綜合集成了先進的網絡技術、自動控制技術，實現了遙測、遙信、遙控等功能，系統可節能運行，降低運營成本。系統數據采集與傳輸穩定可靠，人機界面豐富直觀，運行安全穩定，能實時反映系統運營狀況。

2 中間試驗

在課題研究的基礎上，江蘇省交通規劃設計院建立了懸索橋主纜除濕中試實驗室，在實驗中研發了后冷卻器、超壓自動排氣閥等有自主知識產權的設備，建立了主纜除濕中試系統，編寫了系統操作與維護手冊，在中試平臺上對主纜除濕工藝、參數、架構、功能、相關設備等進行了全面的試驗與驗證，開發了系統控制軟件，實現了系統的全自動控制。

3 系統集成

在科研及中試成果的指導下，系統在泰州長江公路大橋上進行了成功運用。基本以國產設備為主完成了系統集成，項目中采用的三級過濾器、后冷卻器、超壓自動排氣閥、溫濕計轉換頭、使用壽命長達20年的專用綁扎帶等均為專用產品，同時國產S型鋼絲、RTP增強柔性管、羅茨風機、MB+電纜等均在系統中得到了運用。

除濕系統中機電設備都是較精密的設備，安裝多為高空作業，設備的運輸、吊裝、安裝、調試是工程的重點、難點，在運輸、吊裝、安裝施工中采取相應的技術措施進行保障，采用相應的吊裝設備進行施工，使機組安全吊運至安裝基礎上進行安裝。

泰州長江公路大橋主纜除濕系統投入運行一年內，就成功將主纜內的濕度降至55%以下，達到預期設計目標。

4 推廣應用

研究成果已在泰州長江公路大橋得到成功應用，并在馬鞍山長江大橋、武漢鸚鵡洲長江大橋、江陰長江大橋、武漢江漢六橋等得到推廣使用，一座主跨1500米級懸索橋，國產化的主纜除濕系統比全套進口系統節約投資1000萬以上。

基金項目：交通運輸部2008年度部省聯合攻關（2008- 353-332-170）基金資助項目

參考文獻

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