CN103741231A - 应用于静电纺丝装置中的绝缘系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种绝缘系统，应用于静电纺丝装置中，所述绝缘系统包括静态绝缘模块、动态传动绝缘模块、信号测量端子绝缘模块。所述静态绝缘模块嵌入在带电绝缘主体与机架之间，包括第一瓷质绝缘体、配套使用的第一缓冲丝套、螺栓座及缓冲垫片；所述动态传动绝缘模块嵌入在带电绝缘主体与驱动系统之间，包括第二瓷质绝缘体、扭力增强圈、及配套使用的第二缓冲丝套与内圆衬套；所述信号测量端子绝缘模块嵌入在控制系统与被控制绝缘主体之间，包括热敏陶瓷绝缘套、金属座套。本发明的绝缘系统在超高压电（20KV以上）或在超高压静电（20KV以上）环境中，在静态高强力固定工况、动态传动及带有冲击传动工况状态系统中，绝缘效果好，且抗冲击。

Description

应用于静电纺丝装置中的绝缘系统

技术领域

本发明涉及绝缘系统，尤其涉及一种应用于静电纺丝装置中的绝缘系统。

背景技术

随着科技的进步、及新技术的不断涌现，迫切需要研发在某些特殊环境下尤其是在传动绝缘主体与驱动系统之间，控制系统与被控制绝缘主体之间，绝缘主体与外围支架之间的绝缘系统的相关配套技术，涉及到材料的选用、力学组合结构、以及控制技术等相关领域技术。

目前，在绝缘技术应用方面，主要在低压电、低压静电范围（几百伏状态）的绝缘系统技术应用以及在中压电、中压静电（几千伏状态）的绝缘技术应用，通常采用橡胶垫片，有机塑料变性材料等垫片作为绝缘材料，且局限在静态固定条件状态下使用，如机座上绝缘垫片、绝缘罩等。在高压电范围（10KV以上）或高压静电状态下的绝缘技术要求，通常采用陶瓷瓶绝缘子和复合瓷质绝缘材料作为系统的绝缘装置，也仅局限在静态固定状态条件下使用，如高压线系统，高压电变压配送系统等。

已知上述已经提出的在主体与外围系统的各种绝缘方法如在低中压电、静电场环境下的橡胶垫片绝缘层，有机塑料变性材料绝缘层、绝缘罩，在高压电、静电场环境下的瓷质绝缘子绝缘装置等都存在明显的缺陷。

（1）无法在高精度要求的状态下如平面高精度要求状态及其它任何高精度要求几何形状状态下的连接、固定、安全绝缘。无法避免变形，耐温性能差。

（2）无法在高强力状态下连接、固定、安全绝缘，无法避免爆片。

（3）无法在绝缘主体与驱动系统之间动态连接、传动、安全绝缘，无法避免冲击脆裂，无法动态高精度同步。

（4）无法在信号端子控制系统与被控制绝缘系统之间连接、输出信号（温度、压力或其它信号），无法避免连接仪表和执行机构在高压下击穿。

因此，非常需要开发出一种性能优异的在上述状态下的绝缘新技术。新材料及相关新型组合结构模块装置等解决方案。更有效，更经济，更安全的应用于生产的绝缘工作，如静电纺丝生产线。

发明内容

有鉴于此，我们提供一种绝缘系统，具有较好的绝缘性能，且能抵抗冲击性强。

本发明的绝缘系统，应用于静电纺丝装置中，所述绝缘系统包括静态绝缘模块、动态传动绝缘模块、信号测量端子绝缘模块中的至少一个。所述静态绝缘模块，嵌入在带电绝缘主体与机架之间，包括：第一瓷质绝缘体；第一缓冲丝套，其外圆呈倒刺或倒螺纹，不可逆的固定于所述第一瓷质绝缘体上，其内圆用于容纳与固定螺栓座；所述螺栓座，其外圆与所述第一缓冲丝套的内圆的螺纹相匹配的，并与所述带电绝缘主体或所述机架上的螺栓进行固定；缓冲垫片，呈中空状，衬入于所述带电绝缘主体或所述机架上的螺栓与所述螺栓座之间；所述动态传动绝缘模块，嵌入在带电绝缘主体与驱动系统之间，包括：第二瓷质绝缘体；第二缓冲丝套，其外圆呈倒刺或倒螺纹，不可逆的固定于所述第二瓷质绝缘体上，其内圆用于容纳内圆衬套；所述内圆衬套，其外圆与所述第二缓冲丝套的内圆的螺纹相匹配，其内圆用于容纳所述驱动系统的驱动输入轴或所述带电绝缘主体的带电输出轴；扭力增强圈，用于套在所述第二瓷质绝缘体的外圆；所述信号测量端子绝缘模块，嵌入在控制系统与被控制绝缘主体之间，包括：热敏陶瓷绝缘套，用于容纳信号测量端子；金属座套，用于包裹热敏陶瓷绝缘套，并与被控制绝缘主体相结合。

优选地，所述静态绝缘模块的第一缓冲丝套、螺栓座、缓冲垫片为金属材质，配套使用，且数量相同。

优选地，所述第一瓷质绝缘体与所述第二瓷质绝缘体皆采用绝缘强度大于20KV/mm，抗拉强度大于300MPa的陶瓷材料。

优选地，所述内圆衬套与所述第二缓冲丝套的数量各两组，且位于所述第二瓷质绝缘体的两端。

优选地，所述内圆衬套的内孔是通过系统传动结构对驱动系统的驱动输入轴或带电绝缘主体的带电输出轴的力学结构进行衬套。

优选地，所述内圆衬套与所述驱动输入轴或带电输出轴的匹配方式包括销控、平键、花键、螺纹的一种或多种。

优选地，所述扭力增强圈的壁厚取决于所传输扭力的大小。

优选地，所述热敏陶瓷绝缘套的材质包括氮化硼，三氧化二铝，且壁厚在2mm以上。

优选地，所述热敏陶瓷绝缘套与所述金属座套的包裹方式是通过螺纹将热敏陶瓷绝缘套旋进所述金属套中。

本发明通过对绝缘体或绝缘套增加适应其所处力学环境的金属缓冲装置，使其能够适用于静态高强力固定工况、动态传动或/及带有冲击传动工况等各种不稳定状态的工况系统中。

附图说明

图1是本发明中静态绝缘模块结构示意图。

图2是本发明中动态传动绝缘模块示意图。

图3是本发明中信号测量端子陶瓷绝缘模块示意图。

图4是本发明中绝缘系统的实施方案示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清晰，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

本发明提供了一种绝缘系统，应用于静电纺丝装置中。所述绝缘系统，主要由瓷质与金属组合而成，通过相对应设备的力学结构分别嵌入带电绝缘主体与机架之间、带电绝缘主体与驱动系统之间及/或控制系统与被控制绝缘主体之间，在保证对应设备的力学结构连接要求的工况下达到安全绝缘。

实施例1

请参阅图1，所示为静态绝缘模块结构示意图。

所述静态绝缘模块，包括第一瓷质绝缘体13，并经由配套使用的螺栓座12、第一缓冲丝套14、及缓冲垫片11连接于带电绝缘主体15与机架16之间，形成安全绝缘。

其中，第一瓷质绝缘体13在选择上应保证绝缘强度大于20KV/mm，抗拉强度大于300MPa，可采用如95＃瓷、氮化硅瓷等。第一瓷质绝缘体13可以加工成任意几何形状与尺寸，如平行板状、球状、椭圆状等。

螺栓座12与第一缓冲丝套14、缓冲垫片11均采用金属材质。

其中，第一缓冲丝套14，其外圆呈倒刺或倒螺纹，不可逆的固定于所述第一瓷质绝缘体13上，其内圆是常规机械螺纹，如顺时针螺纹或逆时针螺纹，用于容纳螺栓座12。由于缓冲丝套14具有瞬间缓冲的作用，分散了紧固螺栓的高强应力，避免了第一瓷质绝缘体13发生爆瓷。

螺栓座12，其外圆螺纹可为顺时针或逆时针，但须与第一缓冲丝套14的内螺纹相匹配，并与第一缓冲丝套14组合使用。同时连接上部带电绝缘主体15与下部机架16的紧固螺栓（未标示）与螺栓座12的连接是内力固定，大大减轻了紧固螺栓高强应力对绝缘模块的影响，在保证对应设备的力学结构连接要求的基础上形成一种静态耐超高电压（20KV以上）或超高静电压（20KV以上）绝缘模块。

螺栓座12、第一缓冲丝套14、缓冲垫片11的结合件，用于将第一瓷质绝缘体13固定连接于带电绝缘主体15与机架16之间，所述结合件可以是一个也可以是多个，可根据连接固定的设备情况选定。结合件与结合件之间可以任意角度排列，如平行排列、垂直排列、相对排列等。

具体实施方法：

（1）把第一缓冲丝套14固定在第一瓷质绝缘体13上；

（2）把螺栓座12固定在第一缓冲丝套14内；

（3）在上部带电绝缘主体15与下部机架16之间衬入缓冲垫片11，然后通过螺栓与螺栓座的结合对第一瓷质绝缘体13进行固定，组成静态绝缘模块。

实施例2

请参阅图2，所示为动态传动绝缘模块的结构示意图。

所述动态传动绝缘模块，包括第二瓷质绝缘体26，经由扭力增强圈25进行固定，并通过两组配套使用的内圆衬套22与缓冲丝套21分别连接于驱动系统的驱动输入轴23及带电绝缘主体的带电输出轴件24之间，并在所述带电绝缘主体与所述驱动系统之间形成一种动态耐超高电压（20KV以上）或超高静电压（20KV以上）输出高强度传动扭力的绝缘模块。

其中，第二瓷质绝缘体26的材质要求同图1中的第一瓷质绝缘体13，但在具体选择上，可以是满足该要求的相同材料，也可以是不同的材料。第二缓冲丝套21、内圆衬套22及扭力增强圈25采用金属材质。

具体而言，第二缓冲丝套21的特性要求同图1中的第一缓冲丝套14。不同的是，由内圆衬套22取代了图1中的螺栓座12，所述内圆衬套22的外圆是螺纹（但外螺纹必须与第二缓冲丝套21的内螺纹一致），内孔按系统传动连接所需力学结构要求可以是销孔、平键、花键、螺纹等形式（按驱动系统输入轴确定）的金属内圆衬套。

扭力增强圈25套在第二瓷质绝缘体26上，紧密固定在一起。扭力增强圈25的壁厚取决于所传输扭力大小。由于瓷质绝缘材料一般耐静态的力，不耐动态的力，所以在第二瓷质绝缘体26的外圆需要加一层扭力增强圈25，防止瓷质材料在转动过程中坏掉，同时，扭力增强圈25也需要第二瓷质绝缘体26起到绝缘的作用。

具体实施方法是：

（1）把第二缓冲丝套21固定在第二瓷质绝缘体26上；

（2）把内圆衬套22固定在第二缓冲丝套21内；

（3）把扭力增强圈25紧密套在第二瓷质绝缘体26外圆上，可以正反螺纹连接紧配，也可以红套紧配，或其他符合力学结构的连接方法。其中，红套紧配：利用的是材料的热胀冷缩性能，外层材料加热到一定程度，拿出来，将内层材料放进去，外层材料在冷却的过程中会向内收缩，从而和内层材料结合紧密。因为不锈钢等材料加热会发红，所以称其为红套紧配。

由于第二缓冲丝套21具有瞬间缓冲作用，分散了驱动输入轴或带电输出轴的在传动时的强大冲击应力，避免了第二资质绝缘体26爆瓷。同时由于扭力增强圈25紧密套在第二瓷质绝缘体26的外圆上，传动扭力大大增强，使对应设备的传动力学结构连接要求得到保证。

实施例3

请参阅图3，所示为信号测量端子绝缘模块的结构示意图。

信号测量端子绝缘模块包括热敏陶瓷绝缘套32、及金属座套33。并嵌入在控制系统与被控制绝缘主体之间。

所述控制系统，包括信号测量端子31、控制仪表34、以及指挥执行结构35。其中信号测量端子31，用于反馈信息如温度信号、超声波信号等。所述被控制绝缘主体，包括被测量带电主体某一测量点如溶液管道36、加热冷却夹套37等。

本实施方式中的热敏陶瓷绝缘套32的材质通常采用热敏瓷质，如氮化硼，三氧化二铝等，壁厚2mm以上。

金属座套33安装在被测量带电主体某一测量点如溶液管道36、加热冷却夹套37上。

具体实施方法的示例：

（1）将溶液管道36、加热冷却夹套37、金属座套33组成一个带电整体。如，在加热冷却夹套37外表面上打个洞，将金属座套33伸入加热冷却夹套37中，使其与溶液管道36外表面相接触，将金属座套33和加热冷却夹套37焊死密封。

（2）把热敏陶瓷绝缘套32紧密地固定在件33金属座套内，可以螺纹连接紧配，可以红套紧配，也可以其他符合力学结构的连接方法。

（3）把信号测量端子31插入热敏陶瓷绝缘套32内紧配，组成特殊结构的信号测量端子绝缘模块。

采用了热敏陶瓷绝缘套32，使控制系统的控制仪表34在超高压电（20KV以上）或在超高压静电（20KV以上）环境中能够正常工作，35为执行机构，用来处理控制仪表34反馈的温度信息，从而决定是否对加热冷却夹套37进行加热还是冷却，从而最终控制溶液管道36内的温度。

实施例4

请参阅图4，以上述三种绝缘模块组合在一起，应用于在高压电或高压静电环境中静电纺丝的实际生产状态下。

即，将带电绝缘主体与机架、带电绝缘主体与驱动系统、控制系统与被控制绝缘主体之间的绝缘模块融合在同一个实施方案中。

其中，静态绝缘模块（1）中，第一瓷质绝缘体的厚度需要根据上述20KV以上的绝缘电压的范围来确定，考虑到固定螺栓的机械强度结构的基本要求，第一瓷质绝缘体的厚度一般大于20mm，第一瓷质绝缘体的形状根据上部带电绝缘主体15和下部机架16的具体结构来确定。

动态传动绝缘模块（2）中，第二瓷质绝缘体的厚度和扭力增强圈的壁厚应根据系统需要的电机42、及控制器43的传动扭矩和转速来确定，考虑到高压绝缘和传动扭矩，一般要求第二瓷质绝缘体的最小壁厚不能小于4mm，扭力增强圈的壁厚不能小于2.5mm，内圆衬套的内孔形式根据驱动输入轴和带电输出轴来确定，可以是方形、圆形、丝口多角柱量形等。

信号测量端子绝缘模块（3）中，采用的热敏瓷质材料绝缘模块由于热敏瓷质材料的绝缘强度小于一般瓷质绝缘材料的绝缘强度，在同等高电压的状态下，在保证所需信号的传输要求的情况下，需适当增加热敏陶瓷绝缘套的厚度配置来达到所需装置的绝缘要求。同时一个绝缘系统可采用一个或多个信号测量端子绝缘模块。

实验数据1

静电纺丝过程中，采用10wt%的聚乙烯醇/二甲基亚砜溶液，通过如图4所示的电机42到达各个喷丝头，而整个溶液计量输送系统41此时加上了35KV正的高压。环境温度为25℃，溶液计量输送系统41通过温度信号接收控制仪表34、执行机构35和加热冷却夹套37对输送和驱动的溶液进行加热到60℃。溶液流量通过控制器43调节电机42的转速来实现控制，此处流量控制在200ml/h。电机42和控制器43通过第一瓷质绝缘体（1）和第二瓷质绝缘体（2）与机架16及溶液计量输送系统41绝缘，温度信号接收控制仪表34、执行机构35通过信号测量端子绝缘模块（3）与溶液计量输送系统41绝缘。如图4所示的整个计量输送、温度控制在35KV的正高压下运转正常，可以以既定流量将溶液源源不断地输送到喷丝头。

实验数据2

静电纺丝过程中，采用PE熔体，通过如图4所示的电机42到达各个喷丝头，而整个溶液计量输送系统41此时加上了40KV的负高压。环境温度为25℃，溶液计量输送系统41通过温度信号接收控制仪表34、执行机构35和加热冷却夹套37对输送和驱动的溶液进行加热到250℃。溶液流量通过控制器43调节电机42转速来控制，此处流量控制在350ml/h。电机42和控制器43通过第一瓷质绝缘体（1）、第二瓷质绝缘体（3）与下部机架16和溶液计量输送系统41绝缘，温度信号接收控制仪34、执行机构35通过信号测量端子绝缘模块（3）与溶液计量输送系统41绝缘。如图4所示的整个计量输送、温度控制在40KV的负高压下运转正常，可以以既定流量将溶液源源不断地输送到喷丝头。

有益效果：本发明的绝缘系统，在静电纺丝装置中，在超高压电（20KV以上）或在超高压静电（20KV以上）电场恒定的环境中，在静态高强力固定工况、动态传动或/及带有冲击传动工况状态系统中，绝缘效果好，且抗冲击，安全有效。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种绝缘系统，应用于静电纺丝装置中，其特征在于，所述绝缘系统包括静态绝缘模块、动态传动绝缘模块、信号测量端子绝缘模块中的至少一个：

所述静态绝缘模块，嵌入在带电绝缘主体与机架之间，包括：

第一瓷质绝缘体；

第一缓冲丝套，其外圆呈倒刺或倒螺纹，不可逆的固定于所述第一瓷质绝缘体上，其内圆用于容纳与固定螺栓座；

所述螺栓座，其外圆与所述第一缓冲丝套的内圆的螺纹相匹配的，并与所述带电绝缘主体或所述机架上的螺栓进行固定；

缓冲垫片，呈中空状，衬入于所述带电绝缘主体或所述机架上的螺栓与所述螺栓座之间；

所述动态传动绝缘模块，嵌入在带电绝缘主体与驱动系统之间，包括：

第二瓷质绝缘体；

第二缓冲丝套，其外圆呈倒刺或倒螺纹，不可逆的固定于所述第二瓷质绝缘体上，其内圆用于容纳内圆衬套；

所述内圆衬套，其外圆与所述第二缓冲丝套的内圆的螺纹相匹配，其内孔用于容纳所述驱动系统的驱动输入轴或所述带电绝缘主体的带电输出轴；

扭力增强圈，用于套在所述第二瓷质绝缘体的外圆；

所述信号测量端子绝缘模块，嵌入在控制系统与被控制绝缘主体之间，包括：

热敏陶瓷绝缘套，用于容纳所述控制系统的信号测量端子；

金属座套，用于包裹所述热敏陶瓷绝缘套，并与所述被控制绝缘主体相结合。

2.如权利要求1所述的绝缘系统，其特征在于，所述静态绝缘模块的第一缓冲丝套、螺栓座、缓冲垫片为金属材质，配套使用，且数量相同。

3.如权利要求1所述的绝缘系统，其特征在于，所述第一瓷质绝缘体与所述第二瓷质绝缘体皆采用绝缘强度大于20KV/mm，抗拉强度大于300MPa的陶瓷材料。

4.如权利要求1所述的绝缘系统，其特征在于，所述内圆衬套与所述第二缓冲丝套的数量各两组，且位于所述第二瓷质绝缘体的两端。

5.如权利要求1所述的绝缘系统，其特征在于，所述内圆衬套的内孔是通过系统传动结构对驱动系统的驱动输入轴或带电绝缘主体的带电输出轴的力学结构进行衬套。

6.如权利要求5所述的绝缘系统，其特征在于，所述内圆衬套与所述驱动输入轴或带电输出轴的匹配方式包括销控、平键、花键、螺纹的一种或多种。

7.如权利要求1所述的绝缘系统，其特征在于，所述扭力增强圈的壁厚取决于所传输扭力的大小。

8.如权利要求1所述的绝缘系统，其特征在于，所述热敏陶瓷绝缘套的材质包括氮化硼，三氧化二铝，且壁厚在2mm以上。

9.如权利要求1所述的绝缘系统，其特征在于，所述热敏陶瓷绝缘套与所述金属座套的包裹方式是通过螺纹将热敏陶瓷绝缘套旋进所述金属套中。

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