CN103122723A - 一种新型酒杯复合材料塔 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种新型酒杯复合材料塔，包括两套边相复合材料横担、中相复合材料横担、塔窗、两套钢结构地线支架和钢结构塔身；塔窗的底部固定于钢结构塔身的顶部上，两套边相复合材料横担设置于塔窗中部两侧，两套钢结构地线支架设置于置于塔窗顶部两侧；中相复合材料横担设置于塔窗内部。钢结构地线支架与地线相接，钢结构地线支架与塔窗的钢管相连，塔窗的钢管与塔身钢结构相连，实现接地引下，达到防雷的目；通过保证导线挂点到任何金属件的距离均满足绝缘距离来达到塔头绝缘的目的；通过各构件组成空间空间桁架体系传递荷载；通过复合材料构件表面的闪裙，增加横担的爬电比距；通过均压环改善电场分布。

Description

一种新型酒杯复合材料塔

技术领域

本发明属于电力设备领域，涉及一种输电杆塔结构，尤其是涉及一种新型酒杯复合材料塔。

背景技术

请参阅图5所示，目前输电杆塔结构主要采用全钢制结构，耗费大量钢材，消耗了大量的矿产能源，造成生态环境的严重污染。并且线路杆塔绝采用全钢制结构，存在质量重、施工运输和运行维护困难等问题，因此采用新型塔材成为输电杆塔领域的一种新趋势。

复合材料(FRP)由于具有高强、轻质、耐腐蚀、加工容易、可设计性和绝缘性能良好等优点，越来越为工程界所重视，特别是为输变电行业工程应用所亲睐，是取代钢材建造输电杆塔结构的理想材料之一。近年来，随着复合材料成本的进一步降低和工艺的不断进步，国内复合材料杆塔的研究日益增多，并逐渐成熟。

对于复合材料杆塔，以往国内外的研究主要集中在“单杆式”上，近年来，对格构式的研究也逐渐增多，这主要是因为复合材料的弹性模量和抗压强度均较低，单杆结构的承载力难以满足高电压大负荷杆塔的强度和刚度要求，因此高压、超高压输电线路复合材料塔应采用“构构式”的结构型式。对于格构式复合材料杆塔，已在宁东-山东±660kV直流输电示范工程和750kV新疆与西北联网第二通道工程中进行了试点应用，取得了较大的经济效益，但采用了干字型的结构型式，型式不美观，同时由于横担不对称，受力相对不合理，造价相对较高。

发明内容

本发明专利的目的在于提供一种能满足实际工程需要的一种新型酒杯复合材料塔，以解决上述技术问题。

为达到上述目的，本发明专利是采取如下技术方案予以实现的：

一种新型酒杯复合材料塔，包括两套边相复合材料横担、中相复合材料横担、塔窗、两套钢结构地线支架和钢结构塔身；塔窗的底部固定于钢结构塔身的顶部上，两套边相复合材料横担设置于塔窗中部两侧，两套钢结构地线支架设置于置于塔窗顶部两侧；中相复合材料横担设置于塔窗内部；边相复合材料横担包括两根复合材料管型主材、两根复合材料绝缘子串、两根复合材料斜撑杆、一根复合材料水平支撑杆以及钢挂点装置；复合材料管型主材包括第一复合材料管型主材和第二复合材料管型主材，第一复合材料管型主材包括第一复合材料构件，第一复合材料构件两端分别设有第一钢套管和第二钢套管；第二复合材料管型主材包括第二复合材料构件，第二复合材料构件一端设有钢套管节点，另一端设有钢套管和十字插板节点；第一复合材料管型主材的第二钢套管和第二复合材料管型主材的钢套管节点通过螺栓固定连接；两根复合材料管型主材的第一钢套管均与钢挂点装置固定连接，两根复合材料管型主材的钢套管和十字插板节点与塔身固定连接；两根复合材料管型主材的两个钢套管节点之间固定有复合材料水平支撑杆；复合材料斜撑杆的两端均设有U型插板连接件，复合材料斜撑杆一端的U型插板连接件与对应的钢套管节点固定连接，另一端与塔窗固定连接；复合材料绝缘子串的两端通过U型环连接件分别与钢挂点装置和塔窗固定连接。

本发明进一步的改进在于：复合材料斜撑杆和复合材料绝缘子串均设置于复合材料管型主材上方，对应位于同一侧的复合材料斜撑杆、复合材料绝缘子串和复合材料管型主材在竖直方向上的投影重合；钢挂点装置、两根复合材料管型主材和复合材料水平支撑杆之间固定连接后呈“A”形。

本发明进一步的改进在于：所述复合材料管型主材、复合材料绝缘子串、复合材料斜撑杆和复合材料水平支撑杆上均带有闪裙；复合材料管型主材和复合材料绝缘子串的端部均设有均压环。

本发明进一步的改进在于：钢结构地线支架与地线相接，钢结构地线支架与塔窗相连，塔窗与钢结构塔身相连，钢结构地线支架、塔窗与钢结构塔身电性连接。

本发明进一步的改进在于：边相复合材料横担和中相复合材料横担在受电气间隙和绝缘距离影响范围内的构件均采用复合材料构件，所述复合材料构件的材质为玻璃钢。

本发明进一步的改进在于：塔窗与边相复合材料横担和钢结构塔身的连接处均为角钢，钢结构地线支架一端直接与塔窗的角钢连接，另一端通过第一复合材料管型构件连接塔窗的复合材料管型主材。

按照上述技术方案实现的新型酒杯复合材料塔，通过树脂将钢套管式节点、端头法兰、U型环连接件以及十字插板连接件分别固化连接在复合材料管型主材、复合绝缘子、复合材料斜撑和水平支撑杆端头，并用螺栓将复合材料管型主材、复合绝缘子以及复合材料斜撑和水平支撑连接成整体，空间桁架复合材料酒杯塔头。通过结构刚度弥补了材料刚度的不足，增加了复合材料塔的刚度和承载力，便于在高压、超高压以及特高压输电线路工程中推广应用。同时该发明专利公开的新型酒杯复合材料塔的地线支架与地线相接，地线支架与塔窗的钢管相连，塔窗的钢管与塔身钢结构相连，实现接地引下，达到防雷的目；通过保证导线挂点到任何金属件的距离均满足绝缘距离来达到塔头绝缘的目的；通过各构件组成空间空间桁架体系传递荷载；通过复合材料构件表面的闪裙，增加横担的爬电比距；通过均压环改善电场分布。

相对于现有技术，本发明的优点是：

1、受力合理：横担左右对称，受力平衡；

2、型式美观：采用了改进型的酒杯方案，型式优美，构造简单。

3、造价低：与常规角钢酒杯塔相比，铁塔重量降低约20%，基础混凝土方量降低50%，综合造价降低约18%；

4、走廊宽度省:与常规角钢酒杯塔相比,走廊宽度节省7.6m，达20%，有利用减少房屋拆迁量和节省土地资源；

5、降低风偏闪络事故机率：由于利用了复合材料的绝缘特性，取消了输电杆塔结构的悬垂绝缘子串吊材，降低了输电线路风偏污闪事故机率，提高线路安全运行水平；

6、接地方便：通过合理的布置，使得钢结构部分连续，实现了接地防雷的目的。

7、运行维护成本低：由于复合材料具有耐腐蚀、耐高低温、被盗可能性小的特点，降低了线路的维护成本。

附图说明

图1为本发明新型酒杯复合材料塔单线图；

图2为本发明新型酒杯复合材料塔电气工作原理图；

图3为本发明新型酒杯复合材料塔边相横担正面展开图；

图4为本发明新型酒杯复合材料塔边相横担下平面展开图；

图5为传统全钢制酒杯型输电杆塔的结构示意图。

具体实施方式：

以下结合附图对本发明专利作进一步的详细说明。

如图1所示，本发明一种新型酒杯复合材料塔，包括两套边相复合材料横担、中相复合材料横担、塔窗7、两套钢结构地线支架6和钢结构塔身8。

塔窗7的底部固定于钢结构塔身8的顶部上，两套边相复合材料横担设置于塔窗7中部两侧，两套钢结构地线支架6设置于置于塔窗7顶部两侧。塔窗7与边相复合材料横担和钢结构塔身8的连接处均为角钢，钢结构地线支架6一端直接与塔窗7的角钢连接，另一端通过第一复合材料管型构件4连接塔窗7的复合材料管型主材1。中相复合材料横担设置于塔窗7内部。

边相复合材料横担包括两根复合材料管型主材1、两根复合材料绝缘子串吊材2、两根复合材料斜撑杆3、一根复合材料水平支撑杆15以及一套钢挂点装置10。

请参阅图3和图4所示，复合材料管型主材1包括第一复合材料管型主材和第二复合材料管型主材两种；第一复合材料管型主材包括第一复合材料构件，第一复合材料构件两端分别设有第一钢套管61和第二钢套管62；第二复合材料管型主材包括第二复合材料构件，第二复合材料构件一端设有钢套管节点12，另一端设有钢套管和十字插板节点13。第一复合材料管型主材的第二钢套管62和第二复合材料管型主材的钢套管节点12通过螺栓固定连接形成一根复合材料管型主材1。

边相复合材料横担包括两根复合材料管型主材1，两根复合材料管型主材1的第一钢套管61均通过法兰与钢挂点装置10对接，并通过螺栓固定；第一钢套管61上固定有均压环9。两根复合材料管型主材1的钢套管和十字插板节点13与塔窗7定连接。两根复合材料管型主材1的两个钢套管节点12之间固定有复合材料水平支撑杆15。钢挂点装置5、两根复合材料管型主材1和复合材料水平支撑杆15之间固定连接后呈“A”形状。

复合材料斜撑杆3的两端均设有U型插板连接件，复合材料斜撑杆3一端的U型插板连接件与对应的钢套管节点12固定连接，另一端与塔窗7固定连接。复合材料绝缘子串2的两端通过U型环连接件14分别与钢挂点装置5和塔窗7固定连接，复合材料绝缘子串2与复合材料斜撑杆3连接于塔窗7同一位置。

复合材料管型主材1、复合材料绝缘子串2、复合材料斜撑杆3、复合材料水平支撑杆15的材质均为玻璃钢。

钢挂点装置5包括两块挂线板和加劲板。

中相复合材料横担包括支撑于塔窗7内的十六根复合材料管型主材1和三十根第二复合材料管型构件5。第一复合材料管型构件4和第二复合材料管型构件5均包括复合材料管和设置于复合材料管两端的连接件；第一复合材料管型构件4和第二复合材料管型构件5通过其两端的连接件连接钢结构地线支架6的角钢或复合材料管型主材1的连接件；复合材料管的材质均为玻璃钢。

钢结构地线支架6和钢结构塔身8均由若干角钢构件组成。

按照上述技术方案实现的新型酒杯复合材料塔，通过树脂将钢套管式节点、端头法兰、U型环连接件以及十字插板连接件分别固化连接在复合材料管型主材、复合绝缘子、复合材料斜撑和水平支撑杆端头，并用螺栓将复合材料管型主材、复合绝缘子以及复合材料斜撑和水平支撑连接成整体，构成格构式复合材料酒杯塔头。通过结构刚度弥补了材料刚度的不足，增加了复合材料塔的刚度和承载力，便于在高压、超高压以及特高压输电线路工程中推广应用。

（1）复合材料构件端部连接件

复合材料构件端部连接件为全钢制结构，通过树脂将钢制连接件—钢套管式节点、端头法兰、U型环连接件以及U型插板连接件分别固化连接在复合材料管型主材、复合绝缘子串吊材以及复合材料水平和斜撑构件端头。

（2）格构式复合材料绝缘横担

通过螺栓将复合材料构件端部连接件将两根复合材料管型主材、两根复合材料绝缘子串吊材、两根复合材料斜撑杆、一根复合材料水平支撑杆和一套导线挂点装置连接成整体，构成格构式复合材料塔。

（3）新型酒杯复合材料塔的受力原理

新型酒杯复合材料塔为一个空间桁架体系统，它是利用复合材料本身的绝缘特性，实现绝缘的目的，同时通过表面的闪裙，增加横担的爬电比距；通过均压环改善电场分布。同时将导线荷载以及横担风荷载转换成新型酒杯复合材料塔构件的轴向荷载，将荷载传递至钢结构塔身。横担和塔头其中压力由两根复合材料管型主材传递至塔身；而拉力通过两根复合材料绝缘子串吊材传递到塔身；水平支撑杆和斜撑杆可有效降低两根复合材料管型构件的长度，提高其承载能力，实现复合材料绝缘横担大负荷的目的。

（4）新型酒杯复合材料塔的防雷和接地

新型酒杯复合材料塔的接地是通过外部钢结构构件实现的，由钢结构地线支架6与地线相接，沿着塔窗7和钢结构塔身8相连，达到接地防雷的目的。

（5）新型酒杯复合材料塔的绝缘配置

新型酒杯复合材料塔通过保证导线挂点到任何金属件的距离均满足绝缘距离来达到塔头绝缘的目的。绝缘距离主要是通过对不同电压、海拔高度和污秽等级进行绝缘配置而确定。同时，对于操作过电压和空气间隙影响的空气间隙圆16的范围内，均采用复合材料构件，实现绝缘的目的，如图2所示。

以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施方式仅限于此，对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单的推演或替换，都应当视为属于本发明由所提交的权利要求书确定专利保护范围。

Claims (6)

1.一种新型酒杯复合材料塔，其特征在于，包括两套边相复合材料横担、中相复合材料横担、塔窗、两套钢结构地线支架和钢结构塔身；塔窗的底部固定于钢结构塔身的顶部上，两套边相复合材料横担设置于塔窗中部两侧，两套钢结构地线支架设置于置于塔窗顶部两侧；中相复合材料横担设置于塔窗内部；边相复合材料横担包括两根复合材料管型主材、两根复合材料绝缘子串、两根复合材料斜撑杆、一根复合材料水平支撑杆以及钢挂点装置；复合材料管型主材包括第一复合材料管型主材和第二复合材料管型主材，第一复合材料管型主材包括第一复合材料构件，第一复合材料构件两端分别设有第一钢套管和第二钢套管；第二复合材料管型主材包括第二复合材料构件，第二复合材料构件一端设有钢套管节点，另一端设有钢套管和十字插板节点；第一复合材料管型主材的第二钢套管和第二复合材料管型主材的钢套管节点通过法兰或插板由螺栓连接；两根复合材料管型主材的第一钢套管均与钢挂点装置固定连接，两根复合材料管型主材的钢套管和十字插板节点与塔身通过螺栓固定连接；两根复合材料管型主材的两个钢套管节点之间固定有复合材料水平支撑杆；复合材料斜撑杆的两端均设有U型插板连接件，复合材料斜撑杆一端的U型插板连接件与对应的钢套管节点固定连接，另一端与塔窗固定连接；复合材料绝缘子串的两端通过U型环连接件分别与钢挂点装置和塔窗固定连接。

2.根据权利要求1所述的新型酒杯复合材料塔，其特征在于，复合材料斜撑杆和复合材料绝缘子串均设置于复合材料管型主材上方，对应位于同一侧的复合材料斜撑杆、复合材料绝缘子串和复合材料管型主材在竖直方向上的投影重合；钢挂点装置、两根复合材料管型主材和复合材料水平支撑杆之间固定连接后呈“A”形。

3.根据权利要求1所述的新型酒杯复合材料塔，其特征在于，所述复合材料管型主材、复合材料绝缘子串、复合材料斜撑杆和复合材料水平支撑杆上均带有闪裙；复合材料管型主材和复合材料绝缘子串的端部均设有均压环。

4.根据权利要求1所述的新型酒杯复合材料塔，其特征在于，钢结构地线支架与地线相接，钢结构地线支架与塔窗相连，塔窗与钢结构塔身相连，钢结构地线支架、塔窗与钢结构塔身电性连接。

5.根据权利要求1所述的新型酒杯复合材料塔，其特征在于，边相复合材料横担和中相复合材料横担在受电气间隙和绝缘距离影响范围内的构件均采用复合材料构件，达到绝缘的目的，所述复合材料构件的材质为玻璃钢。

6.根据权利要求1所述的新型酒杯复合材料塔，其特征在于，塔窗与边相复合材料横担和钢结构塔身的连接处均为角钢，钢结构地线支架一端直接与塔窗的角钢连接，另一端通过第一复合材料管型构件连接塔窗的复合材料管型主材。

Images