CN103094727A - 一种附着式石墨烯纳米材料导线接续金具及接续方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种附着式石墨烯纳米材料导线接续金具及接续方法，解决了附着式石墨烯纳米材料导线施工中的难题，为石墨烯纳米材料导线的工程应用提供技术支撑。本发明接续金具包括石墨烯膜接续套管，石墨烯膜接续套管由横截面为圆弧形的扇形薄片构成，扇形薄片的内外表面为光滑结构，石墨烯膜接续套管开有沿其径向贯通所述扇形薄片的通气孔，通气孔的宽度小于扇形薄片的宽度。本发明的接续方法为利用热气法，通过接续金具将待接续两导线连接，接续部位为原子间结合力，接续部位在保证传递张力的同时，传递电气负荷。

Description

一种附着式石墨烯纳米材料导线接续金具及接续方法

技术领域

本发明属于输电线路用导线的接续金具技术领域，具体涉及一种附着式石墨烯纳米材料导线接续金具及接续方法。

背景技术

导线接续管用于架空输电线路导线的两终端，除了承受导线全部拉力外，还作为导电体传导电流，是输电线路中的重要金具。

特高压工程以建设“环境友好型”工程为目标，全面优化工程的设计方案，严格保证电场、磁场、可听噪声与无线电干扰水平满足标准要求。为此，若设计采用普通导线，势必要加大导线截面和增加导线的分裂根数，这样势必增大了导线和母线的使用量、铁塔的结构尺寸及线路走廊宽度等，从而加大了工程投资。

如果在满足输电容量和线路工程要求的前提下，设计采用一种轻质输电导线，尽可能提高其电气和机械性能，并使其表面光洁圆滑，这样不但能显著降低线路损耗，增加输送能力，降低全寿命周期成本，满足线路的输电和电晕要求，而且还能大大减少导线的总重量和导线分裂根数，减少铁塔荷载和结构重量，具有巨大的经济效益和深远的社会效益。

附着式石墨烯纳米材料导线，其结构型式如附图1所示，是一种新型的输电导线。导线包括内层和外层，导线内层由圆线型碳纤维的单丝绞绕而成，单丝之间相互紧贴，形成规整的管型结构，外层由石墨烯纳米材料薄片绞绕而成，设置于内层的外围，石墨烯纳米材料薄片为圆弧形结构。石墨烯纳米材料薄片沿内层碳纤维圆周方向均匀的分布在外层，石墨烯纳米材料薄片等间距放置。内层的碳纤维，主要作为承力作用，以及石墨烯纳米材料新型导线的基底，外层为石墨烯纳米材料薄片绞制而成，是架空用输电线路导线的导电部分。

作为一种新型结构的导线，导线接续管需要与新型导线配合，接续管需要稳定有效的握持将导线连接起来，并传递机械和电气荷载。

在复合导线接续金具方面，申请号为CN201220181173.4，发明名称为“一种碳纤维光电复合导线接续金具”的实用新型专利，公开的技术方案为：复合导线内部是碳纤维复合芯，外部是铝导线，接续金具包括有导电管主体，在管内的径向中点处设置有双头连接螺栓，双头连接螺栓分别与两侧均对称设置的碳纤维复合芯夹紧装置连接，夹紧装置前端设置有填充衬管，填充衬管的头端伸出导电管主体外；在导电管主体上设置一个镂空孔；在导电管主体外设置有螺旋环绕条纹。

上述实用新型是针对碳纤维复合芯接续金具的一种改进，石墨烯纳米材料导线本身是一种新型的输电导线，在其接续金具方面的研究较少。因此，研制一种石墨烯纳米材料导线的接续金具，对石墨烯纳米材料导线的广泛应用具有推动作用。

发明内容

本发明目的在于提供一种石墨烯纳米材料导线接续金具及接续方法，解决了附着式石墨烯纳米材料导线施工中的难题，为附着式石墨烯纳米材料导线的工程应用提供技术支撑，利用接续金具完成接续后的导线，能够在传递电气负荷的同时，传递机械负荷。

为实现上述发明目的，本发明采取的技术方案为：

一种附着式石墨烯纳米材料导线接续金具，所述金具包括石墨烯膜接续套管，其改进之处在于所述石墨烯膜接续套管的横截面为O字型，所述O字型截面由横截面为圆弧形的扇形薄片构成，所述扇形薄片的内外表面为光滑结构。

本发明的第一优选技术方案为：所述石墨烯膜接续套管包括12-15片扇形薄片，扇形薄片圆弧角取值范围为20°至25°。

本发明的第二优选技术方案为：所述构成石墨烯膜接续套管的扇形薄片的圆弧角相同或不相同。

本发明的第三优选技术方案为：所述扇形薄片沿所述石墨烯膜接续套管的轴向呈螺旋状分布，所述扇形薄片沿其长度方向的投影为一段圆弧型或O字型。

本发明的第四优选技术方案为：所述构成同一石墨烯膜接续套管的扇形薄片螺旋旋向相同。

本发明的第五优选技术方案为：所述扇形薄片设有沿其厚度方向贯通所述扇形薄片的通气孔，所述通气孔的轴线方向与所述石墨烯膜接续套管的轴线方向相互垂直。

本发明的第六优选技术方案为：所述通气孔的宽度小于所述扇形薄片的宽度。

本发明的第七优选技术方案为：所述石墨烯膜接续套管设有一个所述通气孔，所述通气孔设置于所述石墨烯膜接续套管轴线方向的中点位置。

一种采用本发明接续金具的接续方法，其改进之处在于所述接续方法包括如下步骤：

(1)将待接续导线需接续端外层石墨烯薄片剔除，露出内层碳纤维棒，根据碳纤维压接接续的要求，留足接续用碳纤维棒长度；

(2)在一侧待接续导线上套入石墨烯膜接续套管，石墨烯膜接续套管设置的通气孔朝上；

将石墨烯膜接续套管套住两根导线，石墨烯膜接续套管长度方向中点和两碳纤维棒对接缝重合，即通气孔与两碳纤维棒对接缝重合；

(5)将石墨烯膜接续套管以及其所包含的两根待接续导线终端的外层石墨烯薄片和碳纤维棒放置在热气机的接续槽内，进行热气法接续，待石墨烯膜接续套管和碳纤维棒之间的空隙完全填满，接续完成。

本发明的第八优选技术方案为：在接续方法的步骤5中：所述石墨烯膜接续套管的长度大于接续用碳纤维棒长度。

由于采用了上述技术方案，与现有技术相比，本发明的有益效果包括：

1)接续金具能稳定有效的握持导线，接续金具包括开有通气孔的石墨烯膜接续套管，套管的内外表面均为光滑结构，结构简单；

2)接续方法采用的施工工艺稳定可靠

本发明采用成熟的热气法，将两根附着式石墨烯纳米材料导线通过接续金具连接，工艺成熟，压接质量容易得到保障，能够保证接续管对导线握持的有效、稳定；

3)本发明石墨烯膜接续套管用于导线外层的接续，石墨烯膜接续套管和导线外层利用热气法接续，接续完成后，石墨烯膜接续套管与碳纤维棒之间的缝隙完全填充满，石墨烯膜接续套管和导线外层之间形成原子结合力，由于石墨烯膜接续套管设置有通气孔，能够有效保证缝隙被填满，石墨烯膜接续套管连同导线的石墨烯薄片作为导线的导电部分，因此，接续金具在保证传递导线机械负荷的同时，能够稳定的传递电气负荷，保证导线的输电性能；4)石墨烯膜接续套管由沿其长度方向呈螺旋结构的扇形薄片构成，构成同一石墨烯膜接续套管的扇形薄片螺旋旋向相同，使得石墨烯膜接续套管形成绞绕方向，有利于接续后导线的导电性能。

5)石墨烯膜接续套管沿其长度方向设有通气孔，实现待接续导线在接续过程中，导线内层的碳纤维棒与石墨烯膜接续套管之间物质的流通。

附图说明

下面结合附图对本发明进一步说明。

图1是附着式石墨烯纳米材料导线；

图2是剔除导线需接续端外层石墨烯薄片导线示意图；

图3是在一侧导线上套入石墨烯膜接续套管结构示意图；

图3是石墨烯膜接续套管套住两根导线示意图；

图4是压接完成示意图；

附图标记：

1-内层，2-外层，3-石墨烯膜接续套管，4-通气孔。

具体实施方式

下面结合实例对本发明进行详细的说明。

本发明提供了一种应用于附着式石墨烯纳米材料导线的接续金具与接续方法。

附着式石墨烯纳米材料导线的结构型式如图1所示，导线包括内层1和外层2，内层1为碳纤维复合材料圆管，主要作为承力作用，具体结构为圆线型碳纤维的单丝绞绕，单丝之间相互紧贴，形成规整的管型结构。外层2为附着均匀的石墨烯纳米材料薄片，石墨烯纳米材料薄片设置于内层的外围，石墨烯纳米材料薄片为圆弧形结构，是架空用输电线路导线的导电部分。

接续金具包括石墨烯膜接续套管3，用于导线的接续。

石墨烯膜接续套管3由石墨烯纳米材料制成，为圆环形结构，石墨烯膜接续套管3的横截面为O字型，O字型截面由横截面为圆弧形的扇形薄片构成。

石墨烯膜接续套管3包括12-15个圆弧角为20°至25°的扇形薄片，构成同一石墨烯膜接续套管3的扇形薄片，圆弧角可以相同，也可以不相同，但扇形薄片所对应的半径均相同。扇形薄片沿其长度方向呈螺旋状，构成同一石墨烯膜接续套管3的扇形薄片螺旋旋向相同，螺旋状的扇形薄片沿其长度方向中轴线的投影为一段圆弧型或O字型。不同直径的导线需要不同直径的石墨烯膜接续套管3与之配合。

扇形薄片设有沿其厚度方向贯通扇形薄片的通气孔4，通气孔4设置于扇形薄片长度方向的中点，且通气孔4的轴线方向与石墨烯膜接续套管3的轴线方向相互垂直。通气孔的宽度小于所述扇形薄片的宽度，即通气孔4设置于一个扇形薄片上，且通气孔4位于扇形薄片的内部。石墨烯膜接续套管3设有一个通气孔4，通气孔4设置于石墨烯膜接续套管3轴线的中点位置。通气孔4位置的设置，使得两待接续导线的接续端在接续完成后性能保持较好的一致性。

石墨烯膜接续套管3的内外表面为光滑表面，石墨烯膜接续套管3光滑的内表面，可以保证石墨烯膜接续套管3套在导线外层2后，两界面接触部分能较好的贴合，且在后续利用热气法的接续过程中，由石墨烯材料制成的石墨烯膜接续套管3和石墨烯薄片之间，形成具有原子结合力的界面时，能够最大限度的保证界面结合力的均匀性。且光滑表面与具有凹槽或凸起的表面相比，在填充石墨烯膜接续套管3与碳纤维棒之间的空隙时，更容易均匀的填满。石墨烯膜接续套管3的内径与导线外层2的外径相配合，石墨烯膜接续套管3的壁厚与导线外层2的厚度相当。石墨烯膜接续套管3为接续部位的导电部分。

本发明的接续方法包括如下步骤：

(1)借助剥刀将待接续导线需接续端外层2石墨烯薄片剔除，露出内层1碳纤维棒，根据碳纤维压接接续的要求，留足接续用碳纤维棒长度，剔除导线需接续端外层石墨烯薄片示意图如附图2所示；

(2)在一侧导线上套入石墨烯膜接续套管3，石墨烯膜接续套管3设置的通气孔4朝上，如附图3所示；

(3)在石墨烯膜接续套管3的表面和碳纤维棒表面涂附催化颗粒，以控制纳米管的形成位置；

(4)将石墨烯膜接续套管3套住两根待接续导线，石墨烯膜接续套管3径向中轴线和两碳纤维棒对接缝重合，如附图4所示，此时通气孔4位于两导线碳纤维棒对接缝的正上方；

(5)将石墨烯膜接续套管3以及其所包含的两根导线终端的石墨烯膜和碳纤维棒放置在热气机的接续槽内，进行热气法接续，待接续管和碳纤维棒之间的空隙完全填满，接续完成，如附图5所示；

热气法接续，其中，热气机接续槽内的温度为600℃，同时向接续槽内缓慢冲入甲烷气体，甲烷气体在高温下分解时产生自由碳原子，游离的碳原子重新结合时将石墨烯棒与石墨烯接续管之间的空隙填满石墨烯材料。

其中，石墨烯膜接续套管3的长度大于接续用碳纤维棒长度，即石墨烯膜接续套管3套接在两待接续导线上时，其端部与导线外层2的石墨烯薄片搭接，且搭接长度至少为石墨烯膜接续套管3长度的五分之一。

通过热气法将设计的石墨烯膜接续套管3稳定握持住两根附着式石墨烯纳米材料导线，在保证传递机械负荷的同时，传递电气负荷。

此处已经根据特定的示例性实施例对本发明进行了描述。对本领域的技术人员来说在不脱离本发明的范围下进行适当的替换或修改将是显而易见的。示例性的实施例仅仅是例证性的，而不是对本发明的范围的限制，本发明的范围由所附的权利要求定义。

Claims (10)

1.一种附着式石墨烯纳米材料导线接续金具，所述金具包括石墨烯膜接续套管(3)，其特征在于所述石墨烯膜接续套管(3)的横截面为O字型，所述O字型截面由横截面为圆弧形的扇形薄片构成，所述扇形薄片的内外表面为光滑结构。

2.如权利要求1所述的一种附着式石墨烯纳米材料导线接续金具，其特征在于所述石墨烯膜接续套管(3)包括12-15片扇形薄片，扇形薄片圆弧角取值范围为20°至25°。

3.如权利要求1所述的一种附着式石墨烯纳米材料导线接续金具，其特征在于所述构成石墨烯膜接续套管(3)的扇形薄片的圆弧角相同或不相同。

4.如权利要求1-3任意所述的一种附着式石墨烯纳米材料导线接续金具，其特征在于所述扇形薄片沿所述石墨烯膜接续套管(3)的轴向呈螺旋状分布，所述扇形薄片沿其长度方向的投影为一段圆弧型或O字型。

5.如权利要求4所述的一种附着式石墨烯纳米材料导线接续金具，其特征在于所述构成同一石墨烯膜接续套管(3)的扇形薄片螺旋旋向相同。

6.如权利要求1-3任意所述的一种附着式石墨烯纳米材料导线接续金具，其特征在于所述扇形薄片设有沿其厚度方向贯通所述扇形薄片的通气孔(4)，所述通气孔(4)的轴线方向与所述石墨烯膜接续套管(3)的轴线方向相互垂直。

7.如权利要求6所述的一种附着式石墨烯纳米材料导线接续金具，其特征在于所述通气孔(4)的宽度小于所述扇形薄片的宽度。

8.如权利要求6所述的一种附着式石墨烯纳米材料导线接续金具，其特征在于所述石墨烯膜接续套管(3)设有一个所述通气孔(4)，所述通气孔(4)设置于所述石墨烯膜接续套管(3)轴线方向的中点位置。

9.一种采用权利要求1所述接续金具的接续方法，其特征在于所述接续方法包括如下步骤： 

（1）将待接续导线需接续端外层石墨烯薄片剔除，露出内层碳纤维棒，根据碳纤维压接接续的要求，留足接续用碳纤维棒长度； 

（2）在一侧待接续导线上套入石墨烯膜接续套管，石墨烯膜接续套管设置的通气孔朝上； 

（3）将石墨烯膜接续套管套住两根导线，石墨烯膜接续套管长度方向中点 和两碳纤维棒对接缝重合，即通气孔与两碳纤维棒对接缝重合； 

（4）将石墨烯膜接续套管以及其所包含的两根待接续导线终端的外层石墨烯薄片和碳纤维棒放置在热气机的接续槽内，进行热气法接续，待石墨烯膜接续套管和碳纤维棒之间的空隙完全填满石墨烯材料，接续完成。 

10.如权利要求9所述石墨烯纳米材料导线的接续方法，其特征在于步骤5中：所述石墨烯膜接续套管(3)的长度大于接续用碳纤维棒长度。 

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