CN103811264A - 用于加速染污硅橡胶材料表面憎水性迁移速率的放电装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种用于加速染污硅橡胶材料表面憎水性迁移速率的放电装置，其特征在于：包括依次相连的工作气体源（1）、气体流量控制阀（2）、气体流量计（3）、放电装置（4）和若干喷嘴（5）。本发明提供的一种用于加速染污硅橡胶材料表面憎水性迁移速率的放电装置，设计合理，结构简单，能够产生高密度放电活性粒子且处理面积大，使设备的整体利用率有效提高，同时提高了生产效率，降低了生产成本。

Description

用于加速染污硅橡胶材料表面憎水性迁移速率的放电装置
技术领域
本发明涉及一种用于加速染污硅橡胶材料表面憎水性迁移速率的放电装置，属于高压外绝缘技术领域。
背景技术
在电力系统行业中，污秽地区广泛使用复合绝缘子以防止污闪事故。复合绝缘子具有优异耐污性能的主要原因，在于其伞群护套由硅橡胶材料制成，硅橡胶材料表面具有的憎水性，使得在大雾、小雨、露、溶雪、溶冰等恶劣气象条件下，复合绝缘子表面形成分离的水珠而不是连续的水膜，污层电导很低，因此泄露电流也很小，不易发生强烈的局部电弧，局部电弧也难以进一步发展导致外绝缘闪络。运行一段时间，复合绝缘子表面积污后，硅橡胶材料表面的憎水性可以迁移到污层表面，在相同污秽度下，其污闪电压可以达到相同泄露距离绝缘子的两倍以上。
然而，硅橡胶材料表面憎水性的迁移速率与材料成分、污秽特性及环境温度等有关。有研究表明，当复合绝缘子表面积污以高岭土为主时，硅橡胶材料表面的憎水性很难迁移至污层表面，将导致闪络电压降低，影响电力系统的正常运行；此外，当环境温度较低时，硅橡胶材料表面憎水性的自然迁移速率缓慢，同样将导致闪络电压的降低，影响电力系统的可靠性。因此，对染污硅橡胶材料表面进行处理，加速其憎水性迁移速率显得十分必要。
近年来，大气放电技术在表面处理、医疗卫生、环境改善等方面逐渐显现出十分广阔的应用前景。大气放电过程能够产生大量电子、离子、激发态原子、分子及自由基等活性粒子，用于材料表面处理时，能够有效的改善材料的表面性能，且活性粒子温度接近室温，对处理试品不会造成损坏。现有研究主要集中在利用放电改善材料的亲水特性上，如大量的研究证实，放电处理后的憎水性表面（如PET膜、无纺布等）能够转变成亲水性，处理的效果与放电装置的特征参数有关。但有关放电处理加速憎水性迁移速率的研究未见报道。研究发现，用大气放电装置产生的活性粒子流处理染污硅橡胶表面后，其憎水性迁移速率得到明显加快。
现有的大气放电装置在应用于加速染污硅橡胶材料表面憎水性迁移速率时，却存在许多不足之处，一定程度上限制了该技术的普及和应用。现有大气放电装置的工作电源通常采用工频正弦高压电源、中高频高压电源及射频高压电源，其在大气压条件下产生的活性粒子密度较低，对试品的处理效果往往不够理想。此外，现有大气放电装置通常只有单个喷头，设备的整体利用率较低，且对试品的处理面积狭小，处理效率低。
针对上述问题，本发明提出了一种用于加速染污硅橡胶材料表面憎水性迁移速率的放电装置。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是，提供一种设置有预电离区，能够产生高密度放电活性粒子且多喷嘴设计，使设备处理面积有效增大的用于加速染污硅橡胶材料表面憎水性迁移速率的放电装置。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：
一种用于加速染污硅橡胶材料表面憎水性迁移速率的放电装置，其特征在于：包括依次相连的工作气体源、气体流量控制阀、气体流量计、放电装置和若干喷嘴；
所述放电装置包括预电离区和主电离区，所述主电离区和预电离区均为一个长方形的中空腔室，所述主电离区下表面与所述预电离区上表面相通，所述预电离区下表面设置有进气口，所述进气口与所述气体流量计的出气口相连接；所述主电离区的上表面设置有若干平行排布的所述喷嘴，所述喷嘴与所述主电离区相连通；所述主电离区的前表面为高压电极，所述高压电极内侧与阻挡介质紧密贴合，所述高压电极外侧与第一电源相连；所述主电离区的后表面为接地电极，所述接地电极接地；所述第一电源为有效提高所述主电离区产生的放电活性粒子密度的高压尖峰脉冲电源；所述预电离区的前表面为预电离高压电极，所述预电离区的后表面为预电离接地电极，所述预电离高压电极外侧与第二电源相连，所述预电离接地电极接地。
所述高压电极、阻挡介质和接地电极的大小和形状均相同；所述预电离高压电极和预电离接地电极的大小和形状均相同。
所述预电离区的上表面面积小于所述主电离区的下表面的面积。
所述喷嘴的个数为3~5个，所述喷嘴的内径为3~6mm，所述喷嘴的形状为尖嘴或圆嘴。
所述高压尖峰脉冲电源的电压等级为0~100kV，脉宽为1~10μs，频率为0-30MHz且频率可调。
所述第二电源采用为所述主电离区提供种子电子的高压直流电源，电压等级为5~100kV。
所述工作气体源为空气、氮气、氩气或氦气，所述工作气体源的流速为0~100m/s且流速可调，所述工作气体源产生压缩气体。
所述主电离区的左表面、右表面、上表面和下表面均为绝缘板；所述预电离区的左表面和右表面亦均为绝缘板。
当取经所述用于加速染污硅橡胶材料表面憎水性迁移速率的放电装置表面处理后的染污硅橡胶材料于平面上，在其上滴上水滴，经处理的所述染污硅橡胶材料与平面的接触角为100~110°；当取未经所述用于加速染污硅橡胶材料表面憎水性迁移速率的放电装置处理的染污硅橡胶材料于平面上，在其上滴上水滴，未经处理的所述染污硅橡胶材料与平面的接触角为20~30°。
说明经所述用于加速染污硅橡胶材料表面憎水性迁移速率的放电装置表面处理后的染污硅橡胶材料表面的憎水性明显提升，染污硅橡胶材料表面的憎水性迁移速率得到明显加快。
所述染污硅橡胶材料包括染污硫化硅橡胶材料。
工作时，所述预电离区的进气口通入工作气体，将预电离区产生的种子电子携带至主电离区，在种子电子的作用下使得主电离区放电程度更加激烈，主电离区更容易产生高密度的放电活性粒子，在工作气体的携带下，放电活性粒子从多个喷头携带至外，形成放电活性粒子流。
本发明提供的一种用于加速染污硅橡胶材料表面憎水性迁移速率的放电装置，通过工作气体源的气体压缩机将气体加压，结合气体流量控制阀和气体流量计的辅助使得气体流速在0-100m/s的范围内可调；不同种类、流速的工作气体将产生不同温度的放电活性粒子流；电源采用高压尖峰脉冲电源，能够有效地提高放电活性粒子的密度；多喷嘴的设计能够有效加大处理面积；预电离区的增设，能够使主电离区放电程度更加激烈，从而有效提高主电离区产生的放电活性粒子的密度；采用本发明来处理染污硫化硅橡胶材料，能够有效加速其表面憎水性的迁移速率，将染污硫化硅橡胶实验样品放置在距离放电活性粒子流3毫米处，处理时间3分钟，放置0小时，滴上水滴1分钟后处理点对比于未经处理点，其憎水性有了较大的改善，处理点的接触角为110度，未处理点的接触角为30度，从而证实了本发明的有效性。本发明提供的一种用于加速染污硅橡胶材料表面憎水性迁移速率的放电装置，设计合理，结构简单，能够产生高密度放电活性粒子且处理面积大，使设备的整理利用率有效提高，同时提高的生产效率，降低了生产成本。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
图2为本发明之放电装置的结构示意图；
图3为本发明的处理前后效果图，（a）为未经处理的染污硅橡胶材料的接触角；（b）为经处理的染污硅橡胶材料的接触角。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作更进一步的说明。
如图1~3所示，一种用于加速染污硅橡胶材料表面憎水性迁移速率的放电装置，其特征在于：包括依次相连的工作气体源1、气体流量控制阀2、气体流量计3、放电装置4和若干喷嘴5；
所述放电装置4包括预电离区10和主电离区11，所述主电离区11和预电离区10均为一个长方形的中空腔室，所述主电离区11下表面与所述预电离区10上表面相通，所述预电离区10下表面设置有进气口，所述进气口与所述气体流量计3的出气口相连接；所述主电离区11的上表面设置有若干平行排布的所述喷嘴5，所述喷嘴5与所述主电离区11相连通；所述主电离区11的前表面为高压电极6，所述高压电极6内侧与阻挡介质7紧密贴合，所述高压电极6外侧与第一电源9相连；所述主电离区11的后表面为接地电极8，所述接地电极8接地；所述第一电源9为有效提高所述主电离区11产生的放电活性粒子密度的高压尖峰脉冲电源；所述预电离区10的前表面为预电离高压电极12，所述预电离区10的后表面为预电离接地电极13，所述预电离高压电极12外侧与第二电源14相连，所述预电离接地电极13接地。
所述高压电极6、阻挡介质7和接地电极8的大小和形状均相同；所述预电离高压电极12和预电离接地电极13的大小和形状均相同。
所述预电离区10的上表面面积小于所述主电离区11的下表面的面积。
所述喷嘴5的个数为3~5个，所述喷嘴5的内径为3~6mm，所述喷嘴5的形状为尖嘴或圆嘴。
所述高压尖峰脉冲电源的电压等级为0~100kV，脉宽为1~10μs，频率为0-30MHz且频率可调。
所述第二电源14采用为所述主电离区11提供种子电子的高压直流电源，电压等级为5~100kV。
所述工作气体源1为空气、氮气、氩气或氦气，所述工作气体源1的流速为0~100m/s且流速可调，所述工作气体源1产生压缩气体。
所述主电离区11的左表面、右表面、上表面和下表面均为绝缘板；所述预电离区10的左表面和右表面亦均为绝缘板。
当取经所述用于加速染污硅橡胶材料表面憎水性迁移速率的放电装置表面处理后的染污硅橡胶材料于平面上，在其上滴上水滴，经处理的所述染污硅橡胶材料与平面的接触角为100~110°；当取未经所述用于加速染污硅橡胶材料表面憎水性迁移速率的放电装置处理的染污硅橡胶材料于平面上，在其上滴上水滴，未经处理的所述染污硅橡胶材料与平面的接触角为20~30°。
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来说，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)

1.一种用于加速染污硅橡胶材料表面憎水性迁移速率的放电装置，其特征在于：包括依次相连的工作气体源（1）、气体流量控制阀（2）、气体流量计（3）、放电装置（4）和若干喷嘴（5）；
所述放电装置（4）包括预电离区（10）和主电离区（11），所述主电离区（11）和预电离区（10）均为一个长方形的中空腔室，所述主电离区（11）下表面与所述预电离区（10）上表面相通，所述预电离区（10）下表面设置有进气口，所述进气口与所述气体流量计（3）的出气口相连接；所述主电离区（11）的上表面设置有若干平行排布的所述喷嘴（5），所述喷嘴（5）与所述主电离区（11）相连通；所述主电离区（11）的前表面为高压电极（6），所述高压电极（6）内侧与阻挡介质（7）紧密贴合，所述高压电极（6）外侧与第一电源（9）相连；所述主电离区（11）的后表面为接地电极（8），所述接地电极（8）接地；所述第一电源（9）为有效提高所述主电离区（11）产生的放电活性粒子密度的高压尖峰脉冲电源；所述预电离区（10）的前表面为预电离高压电极（12），所述预电离区（10）的后表面为预电离接地电极（13），所述预电离高压电极（12）外侧与第二电源（14）相连，所述预电离接地电极（13）接地。
2.根据权利要求1所述的用于加速染污硅橡胶材料表面憎水性迁移速率的放电装置，其特征在于：所述高压电极（6）、阻挡介质（7）和接地电极（8）的大小和形状均相同；所述预电离高压电极（12）和预电离接地电极（13）的大小和形状均相同。
3.根据权利要求1所述的用于加速染污硅橡胶材料表面憎水性迁移速率的放电装置，其特征在于：所述预电离区（10）的上表面面积小于所述主电离区（11）的下表面的面积。
4.根据权利要求1所述的用于加速染污硅橡胶材料表面憎水性迁移速率的放电装置，其特征在于：所述喷嘴（5）的个数为3~5个，所述喷嘴（5）的内径为3~6mm，所述喷嘴（5）的形状为尖嘴或圆嘴。
5.根据权利要求1所述的用于加速染污硅橡胶材料表面憎水性迁移速率的放电装置，其特征在于：所述高压尖峰脉冲电源的电压等级为0~100kV，脉宽为1~10μs，频率为0-30MHz且频率可调。
6.根据权利要求1所述的用于加速染污硅橡胶材料表面憎水性迁移速率的放电装置，其特征在于：所述第二电源（14）采用为所述主电离区（11）提供种子电子的高压直流电源，电压等级为5~100kV。
7.根据权利要求1所述的用于加速染污硅橡胶材料表面憎水性迁移速率的放电装置，其特征在于：所述工作气体源（1）为空气、氮气、氩气或氦气，所述工作气体源（1）的流速为0~100m/s且流速可调，所述工作气体源（1）产生压缩气体。
8.根据权利要求1所述的用于加速染污硅橡胶材料表面憎水性迁移速率的放电装置，其特征在于：所述主电离区（11）的左表面、右表面、上表面和下表面均为绝缘板；所述预电离区（10）的左表面和右表面亦均为绝缘板。
9.根据权利要求1所述的用于加速染污硅橡胶材料表面憎水性迁移速率的放电装置，其特征在于：当取经所述用于加速染污硅橡胶材料表面憎水性迁移速率的放电装置表面处理后的染污硅橡胶材料于平面上，在其上滴上水滴，经处理的所述染污硅橡胶材料与平面的接触角为100~110°；当取未经所述用于加速染污硅橡胶材料表面憎水性迁移速率的放电装置处理的染污硅橡胶材料于平面上，在其上滴上水滴，未经处理的所述染污硅橡胶材料与平面的接触角为20~30°。
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