悬索桥主缆除湿系统自主研发关键技术的研究与应用

臧正保

摘 要 悬索桥主缆除湿系统是一种悬索桥主缆的主动防腐方法，是主缆防护技术的发展方向。悬索桥主缆除湿系统关键技术国产化研究为交通运输部2008年度部省联合攻关（2008-353-332-170）基金资助项目，课题依托泰州长江公路大桥的建设将科研、中间试验与工程实践紧密结合起来，实现了科研成果向产业化的转移。本方介绍了课题研究的技术路线及实验方法，研究取得的主要成果，系统的中间试验，及科研成果的应用推广。

关键词 悬索桥 主缆除湿 实验 系统集成

中图分类号：U448.25 文献标识码：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

悬索桥一直是大跨径和特大跨径桥梁的主要形式之一，主缆作为悬索桥结构中最重要的构件之一，其设计寿命一般为100年，被称为悬索桥的“生命线”，保证主缆耐久性至关重要。悬索桥主缆除湿系统是一种悬索桥主缆的主动防腐方法。通过加压风机将干燥空气送入主缆，降低主缆内空气相对湿度，能彻底阻止主缆钢丝的锈蚀，提高主缆钢丝的使用寿命，从而提高主缆乃至全桥的使用寿命。

1-端盖；2-橡胶垫片；3-进气室圆筒；4-进气室前盖板；5-测压管；6-排气管；7-进气室后盖板；8-后端盖；9-静压箱；10-测压管；11-进气管；12-主缆模型；13-缠丝；14-外护层；15-拉杆；16-进气管。

图1 实验台系统构成

悬索桥主缆除湿系统关键技术国产化研究为交通运输部2008年度部省联合攻关（2008-353-332-170）基金资助项目，本课题将科研、中间试验与系统集成紧密结合起来，实现了科研成果向产业化的转移。

1 科研

通过对主缆除湿系统的工艺和监测、控制分析，依托泰州大桥对主缆除湿系统的除湿工艺和监控进行研究，构建系统总体框架，确定各个子系统的目标以及研究工作重心。

1.1 采用实体主缆模拟试验，搭建实验台系统

如图1所示，试验台系统的搭建工作，包括模型的制作安装，二次仪表的配备，控制系统的安装等。为方便试验工作的进行，进气室圆筒是可拆卸的。安装成型主缆时，先安装进气室和后端盖，再用拉杆拉紧。为防止漏气，模型外表用柔质材料包缠密封，再用热塑管包裹。

1.2 参数测定

1.2.1 进、排气口局部阻力

为了研究不同长度的进气口的阻力，实验时卸下进气室圆筒3，在未包裹的主缆模型部分，用缠丝缠上不同的长度，形成不同长度的进气口，再加外护层、装上进气室圆筒。进气口长度取0.8m、0.6m和0.4m三种尺寸，以满足分析计算的要求。

1.2.2 沿程阻力

实际的主缆并非处于水平状态，而是呈弦线状态，实验考虑了主缆模型与水平向有一定角度%Z的工况，%Z取0啊？0昂？0叭智樾巍？

1.2.3 主缆内存水量测试

主缆内的存水量是计算干燥时间的重要参数，目前尚无相关研究报道。本次研究采用实验方法探讨，并给出经验关系式。

1.2.4 主缆内部除湿实验

将存水量已知的主缆模型水平安置，空气处理设备把空气处理为相对湿度20%。在主缆右端沿轴向进入主缆，流经模型后在左端面沿轴向直接流入大气。测量主缆模型气流在进出口处的湿度，通过两者的差值可计算出除湿量，为主缆干燥时间的估算和理论分析提供数据。

1.3 主缆除湿系统检测技术与自动控制系统需求研究

将主缆除湿控制系统分为：传感器子系统、数据采集与传输子系统、数据处理与控制子系统三个子系统，运行于三个层次：第一层次是传感器子系统拾取系统各部位有特征代表意义的信号；第二层次是数据采集与传输子系统采集传感器、变频器、HMI、PLC拾取的信号，并将采集到的信号，通过网络输送到数据处理与控制子系统；第三层次是数据处理与控制子系统完成数据的处理、归档、显示及存储，并根据系统的要求为其提供特定格式和内容的数据以及处理结果。

1.4 研究成果

1.4.1 建立了主缆中空气流动阻力多孔介质的渗流流动模型

空气在进气罩处沿径向流入主缆，转弯后再沿轴向流动，在排气罩处转弯后从径向流出主缆。把空气在钢丝孔隙中的流动问题理解为多孔介质中的渗流流动最能符合实际情况，而孔隙率是影响多孔介质内流体传输性的重要参数。

1.4.2 研究得出主缆中空气流动阻力计算的半经验公式

主缆中钢丝之间有很多小的空隙，主缆的表面有缠丝和涂装防护，在索夹位置通过敛缝来保证气密性，向主缆内输送的气流通过主缆表面会有一定程度的泄漏。考虑到空气泄漏量的变化，通过对实验数据的进行分析，得到主缆内阻力计算方法。

1.4.3 提出主缆除湿系统的整套设计方法

（1）存水量计算：主缆靠近跨中的区段含水量较大，含水率按主缆空隙的7.5%计算，其余位置按5%计算；

（2）向主缆内输送的气流通过主缆表面会有一定程度的泄漏，泄漏量取0.005/m。

（3）根据明石、来岛和润扬大桥的设计经验，送气夹内空气压力应不大于3000Pa。

（4）干燥时间取决于送气长度、空气泄漏率和送气流量，干燥时间按18个月进行设计计算。

（5）经转轮除湿机除湿升温后的干空气温度和相对湿度取值分别为20℃和30%，相对湿度的变化率为70%。

1.4.4 研发了悬索桥主缆防腐蚀自动监控系统

控制系统综合集成了先进的网络技术、自动控制技术，实现了遥测、遥信、遥控等功能，系统可节能运行，降低运营成本。系统数据采集与传输稳定可靠，人机界面丰富直观，运行安全稳定，能实时反映系统运营状况。

2 中间试验

在课题研究的基础上，江苏省交通规划设计院建立了悬索桥主缆除湿中试实验室，在实验中研发了后冷却器、超压自动排气阀等有自主知识产权的设备，建立了主缆除湿中试系统，编写了系统操作与维护手册，在中试平台上对主缆除湿工艺、参数、架构、功能、相关设备等进行了全面的试验与验证，开发了系统控制软件，实现了系统的全自动控制。

3 系统集成

在科研及中试成果的指导下，系统在泰州长江公路大桥上进行了成功运用。基本以国产设备为主完成了系统集成，项目中采用的三级过滤器、后冷却器、超压自动排气阀、温湿计转换头、使用寿命长达20年的专用绑扎带等均为专用产品，同时国产S型钢丝、RTP增强柔性管、罗茨风机、MB+电缆等均在系统中得到了运用。

除湿系统中机电设备都是较精密的设备，安装多为高空作业，设备的运输、吊装、安装、调试是工程的重点、难点，在运输、吊装、安装施工中采取相应的技术措施进行保障，采用相应的吊装设备进行施工，使机组安全吊运至安装基础上进行安装。

泰州长江公路大桥主缆除湿系统投入运行一年内，就成功将主缆内的湿度降至55%以下，达到预期设计目标。

4 推广应用

研究成果已在泰州长江公路大桥得到成功应用，并在马鞍山长江大桥、武汉鹦鹉洲长江大桥、江阴长江大桥、武汉江汉六桥等得到推广使用，一座主跨1500米级悬索桥，国产化的主缆除湿系统比全套进口系统节约投资1000万以上。

基金项目：交通运输部2008年度部省联合攻关（2008- 353-332-170）基金资助项目

参考文献

[1] 陈策.我国悬索桥主缆除湿系统研究的最新进展.中国工程科学，ISTIC -2010（4）：95-99.

[2] 彭关中，缪小平，范良凯等.悬索桥主缆防腐涂装的研究现状及进展.涂料工业，2011（5）：60-63.

[3] 叶觉明，李荣庆.现代悬索桥主缆防护现状与展望[J].桥梁建设，2009（6）：67-71.

[4] 周军辉，黄玖梅，刘若愚，等.悬索桥主缆系统防腐涂装技术条件研究[J].世界桥梁，2009（2）：48-56.