CN104314351B

CN104314351B - 一种输电线路用复合材料杆塔

Info

Publication number: CN104314351B
Application number: CN201410558848.6A
Authority: CN
Inventors: 赵宏伟
Original assignee: HEFEI HAIYIN TOWER CO Ltd
Current assignee: HEFEI HAIYIN TOWER CO Ltd
Filing date: 2014-10-21
Publication date: 2017-01-04
Anticipated expiration: 2034-10-21

Abstract

本发明涉及一种输电线路用复合材料杆塔，所述杆塔包括下部和上部，下部和上部拼接在一起形成一个带有锥度的杆塔，所述下部从外到里包括：第一复合层和混凝土层，在混凝土层内部设置有钢材制成的骨架。本发明所述复合材料杆塔，将现有杆塔结构分成可以拼接的两段式结构，其下部设置有第一复合层和混凝土层，充分利用了复合材料耐腐蚀、抗烟雾及酸雨等特性，内部采用的混凝土层，通过大量试验优化其材料组分，与现有的普通混凝土结构相比，其质量轻、机械结构稳定，达到预期使用要求。其上部结构完全由复合材料缠绕成型，质量更轻，安装后不需要维护，非常适合东南沿海地区强台风的环境下使用，具有较好的实际应用推广价值。

Description

一种输电线路用复合材料杆塔

技术领域

本发明涉及一种输电线路用杆塔，尤其是一种输电线路用复合材料杆塔，属于电力输送技术领域。

背景技术

输电线路杆塔结构，是电力架空线路设施中特殊的支撑结构件，其结构性能直接影响着线路的安全性、经济性和运行可靠性。随着我国电网的发展，输电线路工程呈现出长距离、规模化、大型化的发展趋势。目前，输电线路杆塔一般由钢材和混凝土组成。特别是大量钢结构杆塔的使用，其对钢材的需求量也在逐年上升，消耗了大量矿产资源，造成生态环境的污染。同时，大量采用钢材作为铁塔材料，也给杆塔的施工运输、运行维护带来了诸多困难。因此，采用新型环保复合材料代替钢材成为输电行业的一种发展趋势。

利用复合材料的绝缘性，不仅易于解决输电线路的污染事故，提高线路安全运行水平，减小塔头尺寸与走廊宽度；杆塔轻便，大幅度地降低杆塔的运输和组装成本；杆塔耐腐蚀、被盗可能性小的特点，可降低线路的维护成本；同时由于杆塔颜色可调，增强了线路的环境友好性。因此复合材料在一定程度上是建造输电杆塔结构的材料之一。

但是现有的复合材料杆塔在实际使用和技术推广过程中，其应用推广阻力较大，最主要的原因是，虽然在技术角度上可以满足相关技术指标和使用要求，但是由于其机械强度等物理性能一直受到质疑，制约其推广应用。而国外复合材料杆塔已经普遍使用，国外有的杆塔预测使用寿命长达80年。因此，有必要提出一种既具有现有水泥杆塔的机械性能，同时具备复合材料杆塔优点的新型结构的复合材料杆塔。

发明内容

本发明正是针对现有技术存在的不足，提供一种输电线路用复合材料杆塔。

为解决上述问题，本发明所采取的技术方案如下：

一种输电线路用复合材料杆塔，所述杆塔包括下部和上部，下部和上部拼接在一起形成一个带有锥度的杆塔，

所述下部从外到里包括：第一复合层和混凝土层，在混凝土层内部设置有钢材制成的骨架；

所述第一复合层为多层复合结构，其由内到外分别包括第一椎体结构、第二椎体结构、第三椎体结构，第一椎体结构为浸过聚酯树脂的玻纤粗纱，且沿下部轴线L-L方向环向缠绕；第二椎体结构为树脂，且缠绕方向与下部轴线L-L方向夹角为10°～45°；第三椎体结构为聚酯薄膜，并采用50％搭接沿下部轴线L-L方向缠绕；

所述混凝土层由下列重量份的原料制成：玄武岩纤维80-100、膨化淀粉3-5、异丙醇10-15、水玻璃30-40、矿渣粉80-100、高岭土20-30、铝矾土20-30、砂250-280、水泥200-220、废旧混凝土颗粒560-590、矿渣棉5-6、钢纤维2-4、双酚A环氧丙烯酸酯6-8、十二烷基苯磺酸钠0.3-0.4、三羟甲基乙烷0.5-0.8、磷酸三乙酯0.3-0.5、甲基丙烯酸丁酯3-5、丙烯腈2-4、氧化镁5-6、三聚磷酸铝1-2、木钙0.5-0.8、过硫酸铵0.1-0.2、过硫酸钾0.1-0.2、水16-20；

所述上部为多层复合结构，其由内到外分别包括第一柱体结构、第二柱体结构、第三柱体结构、第四柱体结构、第五柱体结构、第六柱体结构，第一柱体结构为浸过聚酯树脂的玻纤粗纱，且沿上部轴线L-L方向环向缠绕；第二柱体结构为树脂，且缠绕方向与上部轴线L-L方向夹角为10°～45°；第三柱体结构为复合毡，且平行于上部轴线L-L方向缠绕；第三柱体结构为方格布，且平行于上部轴线L-L方向缠绕；第五柱体结构为树脂，且缠绕方向与上部轴线L-L方向夹角为10°～45°；第六柱体结构为聚酯薄膜，并采用50％搭接沿上部轴线L-L方向缠绕。

作为上述技术方案的改进，所述混凝土层的制备方法为：

步骤一：将高岭土、铝矾土、膨化淀粉、异丙醇、水玻璃混合研磨20-30分钟后待用；

步骤二：将水、矿渣棉、双酚A环氧丙烯酸酯、十二烷基苯磺酸钠、三羟甲基乙烷、甲基丙烯酸丁酯、三聚磷酸铝、木钙混合，加热至70-80℃，加入过硫酸钾反应20-30分钟，再与钢纤维、磷酸三乙酯、丙烯腈、氧化镁、过硫酸铵混合，加热至80-90℃，搅拌反应40-50分钟；

步骤三：将玄武岩纤维、矿渣粉、砂、水泥、废旧混凝土颗粒混合均匀，与步骤一、步骤二中得到的混合物混合均匀，搅拌反应10～20分钟，然后浇注成型；

步骤四：将浇注成型的混凝土层在50℃～120℃蒸汽养护室内保养5～7天，并每隔12小时浇水养护，并逐步降温至室温即可最终得混凝土层。

作为上述技术方案的改进，所述复合材料杆塔的整体高度H与下部的高度h之间的几何关系为：1/4H≤h≤1/2H。

作为上述技术方案的改进，所述复合材料杆塔的整体高度H与下部的高度h之间的几何关系为：1/4H≤h≤1/3H。

作为上述技术方案的改进，所述骨架截面为正六边形。

作为上述技术方案的改进，所述第一椎体结构的缠绕厚度为0.5mm～1mm。

作为上述技术方案的改进，所述第一柱体结构的缠绕厚度为1mm～2mm。

本发明与现有技术相比较，本发明的实施效果如下：

本发明所述复合材料杆塔，将现有杆塔结构分成可以拼接的两段式结构，其下部设置有第一复合层和混凝土层，充分利用了复合材料耐腐蚀、抗烟雾及酸雨等特性，内部采用的混凝土层，通过大量试验优化其材料组分，与现有的普通混凝土结构相比，其质量轻、机械结构稳定，达到预期使用要求。其上部结构完全由复合材料缠绕成型，质量更轻，安装后不需要维护，非常适合东南沿海地区强台风的环境下使用，具有较好的实际应用推广价值。

附图说明

图1为本发明所述一种输电线路用复合材料杆塔示意图；

图2为本发明所述复合材料杆塔下部结构示意图；

图3为本发明所述复合材料杆塔上部结构示意图。

具体实施方式

下面将结合具体的实施例来说明本发明的内容。

如图1所示，为本发明所述一种输电线路用复合材料杆塔示意图，所述复合材料杆塔包括外径较大的下部10和外径较小的上部20，下部10和上部20拼接在一起形成一个带有锥度的杆塔，如采用铆接等。复合材料杆塔的整体高度为H，下部10的高度为h，且1/4H≤h≤1/2H，一般1/4H≤h≤1/3H，这样保证上部20设置在下部10后，整个复合材料杆塔具有足够的刚度。

如图2所示，为本发明所述复合材料杆塔下部10结构示意图，下部10从外到里包括：第一复合层11和混凝土层12，在混凝土层12内部设置有钢材制成的骨架13。骨架13的设置为了提高下部10的整体强度和刚度，且骨架13截面为正六边形，这样进一步增强其机械性能。

第一复合层11为多层复合结构，其由内到外分别包括第一椎体结构、第二椎体结构、第三椎体结构，第一椎体结构为浸过聚酯树脂的玻纤粗纱，且沿下部10轴线L-L方向环向缠绕，其缠绕厚度为0.5mm～1mm，这样保证第一复合层11与混凝土层12具有足够的结合力；第二椎体结构为树脂，且缠绕方向与下部10轴线L-L方向夹角为10°～45°，这样保证第二椎体结构与第一椎体结构具有足够的结合力；第三椎体结构为聚酯薄膜，并采用50％搭接沿下部10轴线L-L方向缠绕。

混凝土层12由下列重量份的原料制成：玄武岩纤维80-100、膨化淀粉3-5、异丙醇10-15、水玻璃30-40、矿渣粉80-100、高岭土20-30、铝矾土20-30、砂250-280、水泥200-220、废旧混凝土颗粒560-590、矿渣棉5-6、钢纤维2-4、双酚A环氧丙烯酸酯6-8、十二烷基苯磺酸钠0.3-0.4、三羟甲基乙烷0.5-0.8、磷酸三乙酯0.3-0.5、甲基丙烯酸丁酯3-5、丙烯腈2-4、氧化镁5-6、三聚磷酸铝1-2、木钙0.5-0.8、过硫酸铵0.1-0.2、过硫酸钾0.1-0.2、水16-20。

混凝土层12的制备方法为：

步骤四：将浇注成型的混凝土层12在50℃～120℃蒸汽养护室内保养5～7天，并每隔12小时浇水养护，并逐步降温至室温即可最终得混凝土层12。

如图3所示，为本发明所述复合材料杆塔的上部20结构示意图。上部20为多层复合结构，其由内到外分别包括第一柱体结构、第二柱体结构、第三柱体结构、第四柱体结构、第五柱体结构、第六柱体结构，第一柱体结构为浸过聚酯树脂的玻纤粗纱，且沿上部20轴线L-L方向环向缠绕，其缠绕厚度为1mm～2mm，这样保证上部20具有足够的强度；第二柱体结构为树脂，且缠绕方向与上部20轴线L-L方向夹角为10°～45°，这样保证第二柱体结构与第一柱体结构具有足够的结合力；第三柱体结构为复合毡，且平行于上部20轴线L-L方向缠绕；第三柱体结构为方格布，且平行于上部20轴线L-L方向缠绕；第五柱体结构为树脂，且缠绕方向与上部20轴线L-L方向夹角为10°～45°；第六柱体结构为聚酯薄膜，并采用50％搭接沿上部20轴线L-L方向缠绕。

所述第一柱体结构的浸过聚酯树脂的玻纤粗纱制备方法如下：

步骤一：将玻纤粗纱清理干净、洗净、晾干；

步骤二：将不饱和聚酯树脂、抗紫外线剂、阻燃剂按照重量份100∶2∶15比例搅拌均匀，再按照混合树脂中不饱和聚酯树脂的量加入1～2.5％的固化剂，搅拌均匀后待用；

步骤三：将步骤一所得玻纤粗纱浸入步骤二混合树脂中，再在80℃～100℃环境下烘干即可。

所述第二柱体结构和第五柱体结构采用的树脂为：FL-819型间苯型不饱和聚酯树脂、FL-822邻苯型不饱和聚酯树脂、FL-856柔性间苯型不饱和聚酯树脂或与上述树脂性能相同或相近的不饱和聚酯树脂、FC-854标准通用性乙烯基树脂、FC-892化学阻燃性乙烯基树脂或与上述树脂具有相同或相近性能的乙烯基树脂。

所述第三柱体结构的复合毡为玻璃纤维复合毡，由玻璃纤维无捻粗纱作单向平行排列，最外一层复合短切成一定长度的玻璃纤维纱或短切毡，用有机纤维缝制而成。

所述第四柱体结构的方格布为玻璃纤维方格布，是以玻璃球或废旧玻璃为原料经高温熔制、拉丝、络纱、织布等工艺制造成。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims

1.一种输电线路用复合材料杆塔，其特征是，所述杆塔包括下部(10)和上部(20)，下部(10)和上部(20)拼接在一起形成一个带有锥度的杆塔，

所述下部(10)从外到里包括：第一复合层(11)和混凝土层(12)，在混凝土层(12)内部设置有钢材制成的骨架(13)；

所述第一复合层(11)为多层复合结构，其由内到外分别包括第一椎体结构、第二椎体结构、第三椎体结构，第一椎体结构为浸过聚酯树脂的玻纤粗纱，且沿下部(10)轴线L-L方向环向缠绕；第二椎体结构为树脂，且缠绕方向与下部(10)轴线L-L方向夹角为10°～45°；第三椎体结构为聚酯薄膜，并采用50％搭接沿下部(10)轴线L-L方向缠绕；

所述混凝土层(12)由下列重量份的原料制成：玄武岩纤维80-100、膨化淀粉3-5、异丙醇10-15、水玻璃30-40、矿渣粉80-100、高岭土20-30、铝矾土20-30、砂250-280、水泥200-220、废旧混凝土颗粒560-590、矿渣棉5-6、钢纤维2-4、双酚A环氧丙烯酸酯6-8、十二烷基苯磺酸钠0.3-0.4、三羟甲基乙烷0.5-0.8、磷酸三乙酯0.3-0.5、甲基丙烯酸丁酯3-5、丙烯腈2-4、氧化镁5-6、三聚磷酸铝1-2、木钙0.5-0.8、过硫酸铵0.1-0.2、过硫酸钾0.1-0.2、水16-20；

所述上部(20)为多层复合结构，其由内到外分别包括第一柱体结构、第二柱体结构、第三柱体结构、第四柱体结构、第五柱体结构、第六柱体结构，第一柱体结构为浸过聚酯树脂的玻纤粗纱，且沿上部(20)轴线L-L方向环向缠绕；第二柱体结构为树脂，且缠绕方向与上部(20)轴线L-L方向夹角为10°～45°；第三柱体结构为复合毡，且平行于上部(20)轴线L-L方向缠绕；第三柱体结构为方格布，且平行于上部(20)轴线L-L方向缠绕；第五柱体结构为树脂，且缠绕方向与上部(20)轴线L-L方向夹角为10°～45°；第六柱体结构为聚酯薄膜，并采用50％搭接沿上部(20)轴线L-L方向缠绕。

2.根据权利要求1所述的一种输电线路用复合材料杆塔，其特征是，所述混凝土层(12)的制备方法为：

步骤四：将浇注成型的混凝土层(12)在50℃～120℃蒸汽养护室内保养5～7天，并每隔12小时浇水养护，并逐步降温至室温即可最终得混凝土层(12)。

3.根据权利要求1所述的一种输电线路用复合材料杆塔，其特征是，所述复合材料杆塔的整体高度H与下部(10)的高度h之间的几何关系为：1/4H≤h≤1/2H。

4.根据权利要求3所述的一种输电线路用复合材料杆塔，其特征是，所述复合材料杆塔的整体高度H与下部(10)的高度h之间的几何关系为：1/4H≤h≤1/3H。

5.根据权利要求1～4中任一所述的一种输电线路用复合材料杆塔，其特征是，所述骨架(13)截面为正六边形。

6.根据权利要求1～4中任一所述的一种输电线路用复合材料杆塔，其特征是，所述第一椎体结构的缠绕厚度为0.5mm～1mm。

7.根据权利要求1～4中任一所述的一种输电线路用复合材料杆塔，其特征是，所述第一柱体结构的缠绕厚度为1mm～2mm。