CN107154289A - 一种仿生抗冲蚀架空导线 - Google Patents

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陈文娜
陈思琪
朱斌
韩志武
牛士超
陈道兵
宋洪烈
王可军
刘林鹏
张卡
王慧远
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Abstract

本发明公开了一种仿生抗冲蚀架空导线，是在导线的绝缘材料外表面的纵长方向上设置有仿生V型槽结构和仿生凸包结构，仿生V型槽结构在绝缘材料上圆周分布；相邻仿生V型槽结构之间的凸棱上分布仿生凸包结构。仿生V型槽结构的截面为等边三角形，仿生凸包结构的截面为半圆形。在材料表面设置仿生V型槽结构和仿生凸包结构，能够改变导线绝缘材料外表面的气/固两相流的流动状态，减小固体颗粒撞击绝缘材料表面的次数，并且由于仿生V型槽结构内部、相邻仿生凸包结构之间的界面处的空气垫的作用，减小固体粒子碰撞速度进而降低固体粒子撞击导线表面的动能从而使得导线在不同粒径固体颗粒的冲蚀下冲蚀率降低，提高了导线的抗冲蚀性能。

Description

一种仿生抗冲蚀架空导线
技术领域
本发明涉及一种导线，特别涉及一种仿生抗冲蚀架空导线。
背景技术
架空导线是电力输送的重要器材，目前西北电网750kV输电线路穿越戈壁沙漠，由于其所穿越地区经常受到沙尘暴的袭击，线路易受到风沙的侵蚀，即造成冲蚀磨损。冲蚀磨损使导线表面状态急剧改变，降低导线的疲劳强度，增加导线断股的几率，加快导线腐蚀的速度，导致导线达不到设计服役期限。同时，由于表面粗糙度的增大，导致导线表面尖端凸起和金属微刺数量大大增加，在导线工作过程中，这些尖端凸起和金属微刺会产生尖端放电的电晕现象，造成导线周围电场强度增大，甚至威胁到维护线路人员的人身安全，并且还降低了架空导线输电效率，造成了电力能源的浪费和经济的巨大损失。因此研究风沙环境下的导线抗冲蚀磨损对提高导线疲劳寿命具有一定理论价值和应用前景，同时为沙漠周边导线架设和导线防磨提供了试验基础和理论体系。但是由于沙漠条件严酷性和导线现场测量的局限性和困难度，许多学者只能自制试验装置在实验室进行相关课题的研究，目前国内外对风沙冲蚀导线机理尚不明确，因此解决架空导线的冲蚀问题迫在眉睫。
随着仿生学研究的不断深入，许多科学与技术难题都可以从生物界获得灵感。沙漠蝎子生活在恶劣的沙漠地区,常常受到风沙的冲蚀。它们为了适应生存在自然选择的条件下背板上进化出特殊的V型槽、凸包结构，这些结构能够改变体表的边界层流场的流动状态，减小固体颗粒撞击体表的次数，并且固体颗粒在V型槽内部、相邻凸包之间的界面处形成的空气垫的作用下撞击体表的速度大大降低，进而使得蝎子具有很强的抗冲蚀性能。因此，V型槽、凸包结构在仿生抗冲蚀方面为人类提供了天然的生物蓝本。
发明内容
本发明的目的在于克服上述现有技术的不足，而提供一种仿生抗冲蚀架空导线。本发明是基于沙漠蝎子优异抗冲蚀体表结构，设计出V型槽、凸包结构，这些结构在不同粒径的固体颗粒的高速冲击下，能够改变材料表面的气/固两相流的流动状态及减小固体颗粒的冲击速度，从而可以降低导线在冲蚀过程中的冲蚀率，提高其抗冲蚀性能。
本发明的设计思想是来自沙漠蝎子背板表面的V型槽、凸包结构。
本发明的技术方案是：
导线是由导体、内屏蔽材料和绝缘材料组成，本发明是在导线的绝缘材料外表面的纵长方向上设置有仿生V型槽结构和仿生凸包结构，仿生V型槽结构在绝缘材料上圆周分布；相邻仿生V型槽结构之间的凸棱上分布仿生凸包结构。
仿生V型槽结构的截面为等边三角形，仿生V型槽结构的边长为1.5mm，沟槽两边缘间距为1.5mm；仿生凸包结构的截面为半圆形，仿生凸包结构半径r为1mm。
本发明能够应用于易受冲蚀磨损的恶劣环境中，以提高其抗冲蚀性能，从而减少漏电事故并延长其使用寿命。
仿生V型槽结构和仿生凸包结构的存在能够改变导线绝缘材料外表面的气/固两相流的流动状态，减小固体颗粒撞击绝缘材料表面的次数，并且由于仿生V型槽结构内部、相邻仿生凸包结构之间的界面处的空气垫的作用，减小固体粒子碰撞速度进而降低固体粒子撞击导线表面的动能从而使得导线在不同粒径固体颗粒的冲蚀下冲蚀率降低。
本发明的有益效果：
本发明不用在导线的绝缘材料表面进行涂层，只是在材料表面设置仿生V型槽结构和仿生凸包结构就可以提高导线的抗冲蚀性能，具有制造工艺简单，技术难度小，耗时少，成本低的优点。
附图说明
图1是本发明的截面图。
图2是本发明的立体示意图。
图3是本发明的局部放大示意图。
图4是本发明的仿生凸包结构示意图。
具体实施方式
请参阅图1、图2、图3和图4所示，在本实施例中，导线是由导体3、内屏蔽材料2和绝缘材料1组成，本发明是在导线的绝缘材料1外表面的纵长方向上设置有仿生V型槽结构4和仿生凸包结构5，仿生V型槽结构4在绝缘材料1上圆周分布；相邻仿生V型槽结构4之间的凸棱上分布仿生凸包结构5。
仿生V型槽结构4的截面为等边三角形，仿生V型槽结构4的边长为1.5mm，沟槽两边缘间距为1.5mm；仿生凸包结构5的截面为半圆形，仿生凸包结构5半径r为1mm。
在本实施例中，以10kv、50HZ的电缆外径D为14mm的JKLYJ-10型号架空导线为例，具体的工艺流程如下：导体3部分是铝或铝合金时，在常温下，利用拉丝机通过一道或数道拉伸模具的模孔，使其截面减小、长度增加、强度提高。铝单丝在通过退火工序处理到一定的温度下，以再结晶的方式来提高单丝的韧性、降低单丝的强度，以符合架空导线对导电线芯的要求。为了提高架空导线的柔软度，以便于敷设安装，导电线芯采取多根单丝绞合而成，为了减少导线的占用面积、缩小电缆的几何尺寸，在绞合导体的同时采用紧压形式，使普通圆形变为紧压的圆形，使得导体3外径d为3.8mm。为了保护导电线芯，根据对架空导线不同的性能要求，采用专用的设备在导体的外面连续挤压，将内屏蔽层材料2包覆在导体3上，内屏蔽层材料2的厚度e为0.7mm。然后利用内表面上设置有仿生V型槽结构4和仿生凸包结构5的挤塑机包覆架空导线的绝缘层，绝缘层的厚度f为3.4mm，仿生V型槽结构4长度g设定为1.5mm，个数设定为30，仿生凸包结构5的半径r设定为1mm，纵向分布时相邻仿生凸包结构5之间的间距h设定为2mm，沿导线圆周及纵向均匀分布。

Claims (2)

1.一种仿生抗冲蚀架空导线，其特征在于：是在导线的绝缘材料(1)外表面的纵长方向上设置有仿生V型槽结构(4)和仿生凸包结构(5)，仿生V型槽结构(4)在绝缘材料(1)上圆周分布；相邻仿生V型槽结构(4)之间的凸棱上分布仿生凸包结构(5)。
2.根据权利要求1所述的一种仿生抗冲蚀架空导线，其特征在于：所述仿生V型槽结构(4)的截面为等边三角形，仿生V型槽结构(4)的边长为1.5mm，沟槽两边缘间距为1.5mm；仿生凸包结构(5)截面为半圆形，仿生凸包结构(5)半径r为1mm。
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