CN107359580A - 一种线缆除冰装置及与其配套的除冰方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种线缆除冰装置及与其配套的除冰方法，属于线缆除冰技术领域，除冰装置包括气囊，气囊设置有用于包裹线缆的开放侧，开放侧两端为相互配合的连接端，气囊包括由内至外依次设置的内层囊、中层囊及外层囊，内层囊包裹于线缆外围，中层囊和外层囊分别设置有中层充气口和外层充气口，中层充气口连接有压缩气体储罐，除冰装置还包括控制器以及设置于内层囊内壁上的压力传感器，压力传感器感应冰层施加的压力并将压力值传送至控制器用于控制两个压缩气体储罐开关、外层充气口和中层充气口排气开关的开闭，通过压缩气体快速充入中层充气口而产生爆震冲击，结合金属冲击块的脉冲撞击，最终实现冰层的冲击破坏和脱落。

Description

一种线缆除冰装置及与其配套的除冰方法

技术领域

本发明属于线缆除冰技术领域，具体涉及一种线缆除冰装置及与其配套的除冰方法。

背景技术

户外电缆的直径一般在5-10cm，当降雪季节来临时，常常会在线缆上凝结一圈冰层，冰层附着在线缆上，短时间内难以融化，经常造成电缆被重压扯断甚至线缆支撑铁塔被压塌折断的情况，现有技术中常用的除冰手段包括以下两种：1)在线缆上喷洒除冰液；2)在线缆上设置沿线缆行走的铲冰设备。第一种方式需要大量的除冰液来进行喷洒，劳动量大，周期长，见效慢，而第二种方式中，需要将结冰的电缆先清理出一段，然后在该段上安装铲冰设备，该过程需要人工攀爬线缆支架或者通过升降设备上升至电缆处进行除冰，并且铲冰设备在工作过程中容易对电缆外圆周造成损伤。基于常用技术手段存在很多缺点，需要对现有的除冰方法进行改进。

发明内容

本发明克服了现有技术的缺点，提供了一种线缆除冰装置及与其配套的除冰方法，利用气囊在线缆外部提供防护层和冰雪承载体，通过气囊中的外层囊充气为内层囊提供爆震冲击的空间，最终通过内层囊快速充入压缩空气产生的爆震冲击实现冰层的破碎脱落，除冰效果较为稳定，操作简便，不易对线缆造成损坏。

本发明的具体技术方案是：

一种线缆除冰装置，关键点是，所述除冰装置包括气囊，气囊设置有用于包裹线缆的开放侧，开放侧两端为相互配合的连接端，所述气囊包括由内至外依次设置的内层囊、中层囊及外层囊，内层囊包裹于线缆外围，中层囊和外层囊分别设置有中层充气口和外层充气口，中层充气口和外层充气口分别连接有中层压缩气体储罐和外层压缩气体储罐并且分别设置有排气开关，除冰装置还包括控制器以及设置于内层囊内壁上的压力传感器，压力传感器的信号输出端与控制器的信号输入端相连，控制器的信号输出端与中层压缩气体储罐、外层压缩气体储罐的开关以及中层充气口、外层充气口的排气开关控制端相连。

与上述除冰装置配套的除冰方法，关键点是，除冰方法包括：

A、安装与预处理

将干瘪的气囊通过气囊开放侧包裹线缆并借助两个连接端4连接固定，之后借助外层压缩气体储罐对外层囊进行充气至膨胀以形成初始态气囊，充气后，关闭外层压缩气体储罐；

B、除冰操作

压力传感器实时监测气囊压力、并将实测压力值发送至控制器，控制器对实测压力值与控制器中预设的标准值进行比较，当实测的压力值大于标准值时，控制器向中层压缩气体储罐以及外层充气口的排气开关发送打开指令，外层充气口的排气开关打开将外层囊放气，与此同时，中层压缩气体储罐将压缩气体向中层囊中充气，直至中层囊对外层囊形成爆震冲击，外层囊外部的冰层被振动破碎并脱离气囊外表面以完成除冰操作；

C、控制器控制气囊恢复至初始态。

所述的外层囊为双层结构，包括内部的橡胶层和外部的防水面料层，防水面料层内部设置有一组沿线缆纵向排布的弹性收缩圈，弹性收缩圈为沿防水面料层内圆周设置的弹力绳，弹性收缩圈与防水面料层内表面之间设置有一组固定连接点，基于此，步骤A中，干瘪的气囊的外层囊中的弹性收缩圈处于收缩状态，防水面料层呈褶皱状，外层囊进行充气时，内部的橡胶层膨胀并向外挤压弹性收缩圈，防水面料层也随之舒展开。

所述的步骤C中控制器控制气囊恢复至初始态的操作过程包括：

C1、完成除冰操作后，压力传感器向控制器发送的实测压力值小于标准值，控制器控制中层压缩气体储罐关闭，停止向中层囊充气，并且控制中层充气口打开并向外排气，此时，弹性收缩圈逐渐收缩并压缩中层囊恢复至干瘪状态；

C2、控制器控制外层压缩气体储罐打开向外层囊充气，外层囊中的橡胶层膨胀，弹性收缩圈向外扩张，防水面料层随之舒展开，至此，气囊恢复至初始态，待下一次除冰操作使用。

所述的中层囊外表面均布有一组金属冲击块，金属冲击块为圆锥台或者圆柱形结构。

所述的中层囊材质为防冻橡胶，防冻橡胶的原料包括按照质量比例进行配比的100份氯丁橡胶、20-25份炭黑、2-5份软化剂、1-3份促进剂、8-12份磷酸盐、4-6份电气石粉、15-18份纳米二氧化钛以及12-15份聚乙烯。

所述的防冻橡胶的原料包括按照质量比例进行配比的100份氯丁橡胶、22份炭黑、3份软化剂、2份促进剂、10份磷酸盐、5份电气石粉、17份纳米二氧化钛以及14份聚乙烯。

本发明的有益效果是：本发明利用套装的气囊进行线缆的包裹保护，使用时，通过外层囊的充气提供线缆外部冰雪的承载体，同时，为由内向外的冲击振动提供空间和加速距离，通过压缩空气快速充入内层囊实现柔性冲击振动，该冲击振动由内向外产生，不会对线缆造成直接振动，而且该冲击振动不同于刚性敲击振动，不会产生刚性的反作用力，避免线缆受到刚性的反冲击振动，最大限度保护了线缆的完好；此外，通过在内层囊内壁设置压力传感器来实时监测冰层对线缆的压力值，通过控制器中标准值大小的对比来控制中层囊是否充气，实现了线缆外部冰层在线缆承受能力之内进行清除。

附图说明

图1是本发明中除冰装置与线缆的装配结构示意图。

图2是除冰装置中的气囊的结构示意图。

附图中，1、外层囊，101、橡胶层，102、防水面料层，2、中层囊，201、金属冲击块，3、内层囊，4、连接端，501、中层充气口，502、中层压缩气体储罐，6、控制器，601、外层充气口，602、外层压缩气体储罐，7、压力传感器，8、弹性收缩圈，9、线缆铁塔。

具体实施方式

本发明涉及一种线缆除冰装置及与其配套的除冰方法，所述除冰装置包括气囊，气囊设置有用于包裹线缆的开放侧，开放侧两端为相互配合的连接端4，所述气囊包括由内至外依次设置的内层囊3、中层囊2及外层囊1，内层囊3包裹于线缆外围，中层囊2和外层囊1分别设置有中层充气口501和外层充气口601，中层充气口501和外层充气口601分别连接有中层压缩气体储罐502和外层压缩气体储罐602并且分别设置有排气开关，除冰装置还包括控制器6以及设置于内层囊3内壁上的压力传感器7，压力传感器7的信号输出端与控制器6的信号输入端相连，控制器6的信号输出端与中层压缩气体储罐502、外层压缩气体储罐602的开关以及中层充气口501、外层充气口601的排气开关控制端相连，排气开关选用电磁阀，两个压缩气体储罐选用汽车安全气囊中常用的压缩氮气储罐，利用该气囊进行的除冰操作包括安装与预处理、除冰操作以及气囊恢复初始态等过程，气囊能够重复利用，除冰效果可靠、稳定，气囊的具体结构及涉及的除冰操作通过具体实施例进行阐述。

具体实施例，如图1和图2所示，中层充气口501借助三通分别连接有中层压缩气体储罐502和排气开关，中层充气口501、中层压缩气体储罐502和排气开关分别位于三通的不同通道上，外层充气口601借助三通连接有外层压缩气体储罐602和排气开关，外层充气口601、外层压缩气体储罐602和排气开关也分别位于三通的不同通道上；外层囊1为双层结构，包括内部的橡胶层101和外部的防水面料层102，防水面料层102内部设置有一组沿线缆纵向排布的弹性收缩圈8，弹性收缩圈8为沿防水面料层102内圆周设置的弹力绳，弹性收缩圈8与防水面料层102内表面之间设置有一组固定连接点，所述的中层囊2外表面均布有一组金属冲击块201，金属冲击块201为圆锥台或者圆柱形结构，为了不增加线缆的承重，将控制器6和两个压缩气体储罐安装于靠近的线缆铁塔9上，基于上述结构的气囊进行的除冰方法包括如下步骤：

A、安装与预处理

将干瘪的气囊通过气囊开放侧包裹线缆并借助两个连接端4连接固定，两个连接端4采用粘扣结构，连接操作方便，并且不受温度影响，使用寿命长，可以长期反复使用，干瘪的气囊的外层囊1中的弹性收缩圈8处于收缩状态，防水面料层102呈褶皱状，沿线缆纵向设置的一组弹性收缩圈8的间距设置不大于50cm，优选为30cm，能够有效保持防水面料层102整个表面的收缩一致性，气囊安装完毕后，通过外层充气口601对外层囊1进行充气至膨胀以形成初始态气囊，外层囊1进行充气时，内部的橡胶层101膨胀并向外挤压弹性收缩圈8，防水面料层102也随之舒展开，防水面料层102最大舒展空间为充气最大体积，充气完毕后，关闭外层压缩气体储罐602，此时，两个压缩气体储罐均为关闭状态，中层充气口501和外层充气口601的排气开关同样为关闭状态，并且，安装时使压力传感器7位于线缆上端面位置，线缆受到的压力通过压力传感器7采集的数据进行反馈；

B、除冰操作

压力传感器7实时监测气囊所受的压力、并将实测压力值发送至控制器6，该压力值即为线缆受到的压力，控制器6对实测压力值与控制器6中预设的标准值进行比较，当实测的压力值大于标准值时，控制器6向中层压缩气体储罐502以及外层充气口601的排气开关发送打开指令，外层充气口601的排气开关打开将外层囊1放气，与此同时，中层压缩气体储罐502将压缩气体向中层囊2中快速充气，直至中层囊2对外层囊1形成爆震冲击，外层囊1外部的冰层被振动破碎并脱离气囊外表面以完成除冰操作；爆震冲击过程中，除中层囊2快速充气造成的爆震冲击外，中层囊2外圆周面上的金属冲击块201对外层囊1形成撞击，中层囊2的充气过程是从一端至另一端逐渐充满，通过压缩气体储罐的压力控制充满时间不大于0.1秒，在该过程中，所有金属冲击块201逐个撞击外层囊1，形成了逐渐过渡的波浪形撞击效果，该撞击对冰层形成了脉动循环破坏应力，该破坏应力结合气囊的爆震冲击，能够保证冰层的震裂破碎，并脱离外层囊1的防水面料层102外表面，最终完成除冰操作；

防水面料层102的设置，能够最大限度使得降雪后在表面融化产生的水分不渗入，水分最大限度沿外表面流下并落在地面上，这就能够减少一部分冰层的形成，并且防水面料层的纺织结构使得冰层在其表面的粘结效果较差，冰层被爆震冲击后很容易脱离防水面料层的外表面。

C、控制器6控制气囊恢复至初始态，操作过程如下：

C1、完成除冰操作后，压力传感器7向控制器6发送的实测压力值小于标准值，控制器6控制中层压缩气体储罐502关闭，停止向中层囊2充气，并且控制中层充气口501的排气开关打开向外排气，弹性收缩圈8逐渐收缩并压缩中层囊2恢复至干瘪状态，排气结束后，中层充气口501的排气开关被关闭，此时，两个压缩气体储罐、中层充气口501以及外层充气口601均处于关闭状态，气囊处于干瘪状态；

C2、控制器6控制外层压缩气体储罐602打开向外层囊1充气，外层囊1中的橡胶层101膨胀，弹性收缩圈8向外扩张，防水面料层102随之舒展开，至此，气囊恢复至初始态，待下一次除冰操作使用。

上述过程循环进行，除冰装置可以循环反复利用，一次安装后可以使用3-5年，为了便于维护和更换除冰装置中的各个部件，该控制器6连接有GPS定位模块和信号发送模块，GPS定位模块的信号输出端与控制器6的信号输入端相连，信号发送模块采用手机中常用的短信发送模块，控制器6的信号输出端与该短信发送模块的控制端相连，控制器6中预存有故障信息短信，当压力感应器7发送的实测压力值大于标准值的时间持续超过10分钟，控制器6将位置信息及预存的故障信息通过短信发送模块发送至相关维护人员的手机上，维护人员根据位置信息和故障信息就能够得到需维护装置的位置以及处于发生故障状态，避免了除冰装置故障导致的冰层积累造成的线缆断裂、铁塔压断的状况。

本发明中的除冰装置往往需要在零下10-20度进行工作，中层囊2作为爆震冲击的主要运动体，并且需要瞬间膨胀和长期反复使用，对于其材质要求较高，基于外层囊1对中层囊2具有一定的保护和保温效果的基础上，中层囊2还需要进行材质的选择和改进，中层囊2材质为防冻橡胶，防冻橡胶的原料包括按照质量比例进行配比的100份氯丁橡胶、22份炭黑、3份软化剂、2份促进剂、10份磷酸盐、5份电气石粉、17份纳米二氧化钛以及14份聚乙烯，上述原料制备形成防冻橡胶后，聚乙烯、橡胶和炭黑相结合增加了防冻橡胶的粘接性，即防撕扯和防裂性能；软化剂和促进剂能够提高防冻橡胶的形变能力，在低温状态下，橡胶的形变能力为其迅速膨胀提供了技术基础，并且结合较好的防撕扯、防裂性能，该橡胶在0.1秒内迅速膨胀的工作可靠性显著提高；原料中添加的纳米二氧化钛具有超额的表面自由能和良好的分散性，与其他原料混合时能够提高结合力以及结合的均匀性，使得橡胶原料中的各个材质结合力增强且均匀，避免了薄弱点存在的情况，而且，纳米二氧化钛具备较好的抗老化性能，其对于防冻橡胶在反复温度变化时的抗老化能力有显著作用，原料中添加的磷酸盐，磷元素借助氧元素与其他物质相结合，能够保持防冻橡胶的粘接性，并且其自身具备较好的自发热性能，电气石粉则能够永久释放空气负离子和远红外线，并且具备较好的压电性和热电性，在充气变形过程中，电气石粉能够在防冻橡胶中产生压电效应，该电荷作用于纳米二氧化钛和磷酸盐成分中，纳米二氧化钛的纳米性能中，光电磁热性能得到激发，提高了防冻橡胶的韧性和强度，并且该电荷作用于磷元素，使得磷元素的自发热性能得到激发，二氧化钛的纳米性能结合磷元素被激发的自发热性能，还能够改善低温特别是零下二十度以下时橡胶逐渐显现的脆性，使得防冻橡胶在低温下具备良好的塑性，外层囊1中的橡胶层101也可以使用该防冻橡胶材质，可以提高外层囊1的使用寿命，减少更换维护的次数，使用该防冻橡胶制备的中层囊2能够在低温下快速膨胀变形，并且使用后无裂纹、收缩性好，重复利用率高，为爆震的顺利进行提供了良好的载体，同时大大减少了更换和维护成本。

Claims (7)

1.一种线缆除冰装置，其特征在于，所述除冰装置包括气囊，气囊设置有用于包裹线缆的开放侧，开放侧两端为相互配合的连接端(4)，所述气囊包括由内至外依次设置的内层囊(3)、中层囊(2)及外层囊(1)，内层囊(3)包裹于线缆外围，中层囊(2)和外层囊(1)分别设置有中层充气口(501)和外层充气口(601)，中层充气口(501)和外层充气口(601)分别连接有中层压缩气体储罐(502)和外层压缩气体储罐(602)并且分别设置有排气开关，除冰装置还包括控制器(6)以及设置于内层囊(3)内壁上的压力传感器(7)，压力传感器(7)的信号输出端与控制器(6)的信号输入端相连，控制器(6)的信号输出端与中层压缩气体储罐(502)、外层压缩气体储罐(602)的开关以及中层充气口(501)、外层充气口(601)的排气开关控制端相连。

2.与权利要求1所述的除冰装置配套的除冰方法，其特征在于，除冰方法包括：

A、安装与预处理

将干瘪的气囊通过气囊开放侧包裹线缆并借助两个连接端(4)连接固定，之后借助外层压缩气体储罐(602)对外层囊(1)进行充气至膨胀以形成初始态气囊，充气后，关闭外层压缩气体储罐(602)；

B、除冰操作

压力传感器(7)实时监测气囊压力、并将实测压力值发送至控制器(6)，控制器(6)对实测压力值与控制器(6)中预设的标准值进行比较，当实测的压力值大于标准值时，控制器(6)向中层压缩气体储罐(502)以及外层充气口(601)的排气开关发送打开指令，外层充气口(601)的排气开关打开将外层囊(1)放气，与此同时，中层压缩气体储罐(502)将压缩气体向中层囊(2)中充气，直至中层囊(2)对外层囊(1)形成爆震冲击，外层囊(1)外部的冰层被振动破碎并脱离气囊外表面以完成除冰操作；

C、控制器(6)控制气囊恢复至初始态。

3.根据权利要求2所述的除冰方法，其特征在于，所述的外层囊(1)为双层结构，包括内部的橡胶层(101)和外部的防水面料层(102)，防水面料层(102)内部设置有一组沿线缆纵向排布的弹性收缩圈(8)，弹性收缩圈(8)为沿防水面料层(102)内圆周设置的弹力绳，弹性收缩圈(8)与防水面料层(102)内表面之间设置有一组固定连接点，基于此，步骤A中，干瘪的气囊的外层囊(1)中的弹性收缩圈(8)处于收缩状态，防水面料层(102)呈褶皱状，外层囊(1)进行充气时，内部的橡胶层(101)膨胀并向外挤压弹性收缩圈(8)，防水面料层(102)也随之舒展开。

4.根据权利要求3所述的除冰方法，其特征在于，所述的步骤C中控制器(6)控制气囊恢复至初始态的操作过程包括：

C1、完成除冰操作后，压力传感器(7)向控制器发送的实测压力值小于标准值，控制器(6)控制中层压缩气体储罐(502)关闭，停止向中层囊(2)充气，并且控制中层充气口(501)打开并向外排气，此时，弹性收缩圈(8)逐渐收缩并压缩中层囊(2)恢复至干瘪状态；

C2、控制器(6)控制外层压缩气体储罐(602)打开向外层囊(1)充气，外层囊(1)中的橡胶层(101)膨胀，弹性收缩圈(8)向外扩张，防水面料层(102)随之舒展开，至此，气囊恢复至初始态，待下一次除冰操作使用。

5.根据权利要求2所述的除冰方法，其特征在于，所述的中层囊(2)外表面均布有一组金属冲击块(201)，金属冲击块(201)为圆锥台或者圆柱形结构。

6.根据权利要求2所述的除冰方法，其特征在于，所述的中层囊(2)材质为防冻橡胶，防冻橡胶的原料包括按照质量比例进行配比的100份氯丁橡胶、20-25份炭黑、2-5份软化剂、1-3份促进剂、8-12份磷酸盐、4-6份电气石粉、15-18份纳米二氧化钛以及12-15份聚乙烯。

7.根据权利要求6所述的除冰方法，其特征在于，所述的防冻橡胶的原料包括按照质量比例进行配比的100份氯丁橡胶、22份炭黑、3份软化剂、2份促进剂、10份磷酸盐、5份电气石粉、17份纳米二氧化钛以及14份聚乙烯。