CN107591759A - 一种带单向隔热板耐火母线槽 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种带单向隔热板耐火母线槽，包括：结构优化盖板和侧板、陶瓷化硅橡胶复合膜、辐射交联热缩管、相导体、导热密封垫、PE导体、单向隔热板构件Ⅰ和Ⅱ、导热密封条和界面导热膜；结构优化侧板置于导体母排的两侧；导体被热缩管包覆缩紧后再包覆陶瓷化硅橡胶复合带，导体间的缝隙被陶瓷化硅橡胶复合膜隔开，构成“三明治”叠层结构；结构优化盖板被侧板撑开并被铆钉固定；单向隔热板构件围堵成闭合的筒体结构。效果出色：服役期内高效散热，火灾时段几乎绝热；阻力界面散热速率均衡化、最大化；密封防水、高效绝缘，满足耐温950℃至少180 min的要求。
Description
技术领域
本发明属于母线槽的设计和制造领域，具体涉及一种带单向隔热板的、高散热的铝合金型材组合件构成的密集型耐火母线槽。
背景技术
自铝合金型材问世之日起，针对航空航天、汽车运输、轨道交通、船舶潜艇、建筑装修以及电力传输等各个领域的不同用途，人们总是在不断地追求铝合金型材结构的优化设计，以期在单位长度用料量相同的前提下使型材的刚度达到最大或提高应用可靠性，从而扩充用途或降低成本。如今研究铝合金型材结构较为活跃的领域之一是母线槽组合件的结构设计，其特点表现在型材结构变化大、尺寸比例关系变量多、总体结构由单件向多件化拼合方向发展。
但是，面对日益增长的性价比需要，构成母线槽配件的金属型材技术和产品仍然存在许多细节上的不足之处，例如：母线槽自身需要长期由里向外散热，遇到突发火灾时又需要最大可能地隔绝外界传入母线槽的热量，这是一对难以协调的矛盾之一。由此，有必要将母线槽铝合金型材系列化、组合件拼合化、传热速率单向化设计建立在一个统一的数学模型之中，从系统工程的角度出发，在解决大跨度、少支点母线槽需要大幅度增加壁厚问题的同时，使系统传热速率单向化、散热速率均衡化和最大化，使电力传输系统在指定服役寿命的前提下可以进一步提高超强电流的传输密度，遇到突发火灾时又可以隔绝外界传入母线槽的热量。
如今，更多的建筑设计防火规范明确要求母线槽的耐火性能，城市综合体项目在消防分区内必须防火，这就可能要求在该区域内使用耐火母线槽。
因此，要确保母线槽及其连接器的电气绝缘指标在火灾环境中有较长时间的可靠性，必先确保其耐火性能，才能满足现行建筑电气防火规范耐温950℃至少180 min的要求。这就需要选择更合适的材料制品，在结构设计上做协同改进才有可能实现。
虽然母线槽及其连接器不是新概念，但是设计新的耐火材料制品与新的防火结构协同结合，赋予母线槽及其连接器更高的耐火性能，延长在火灾环境下正常供电的时间，也是技术创新。
发明内容
本发明的目的在于除了提供在铝合金型材高散热组合结构之外，再设置外护防火单向隔热板，在服役环境下具有最高的散热速率，遇到突发火灾时可以最大限度地隔绝外界热量传入母线槽内，使母线槽受火时能满足耐温950℃至少180 min的要求，保持母线槽延续正常供电，确保消防供电设施有效运行。
为达上述目的，本实用的一种带单向隔热板耐火母线槽，包括：结构优化盖板、结构优化侧板、陶瓷化硅橡胶复合膜或电气绝缘聚酯薄膜、辐射交联热缩管、相导体、绝缘导热密封垫、PE导体、单向隔热板构件Ⅰ、单向隔热板构件Ⅱ、导热密封条和界面导热膜；所述结构优化侧板置于多根相导体和PE导体母排的两侧，将全部相导体和PE导体母排夹紧；所述相导体各自被辐射交联热缩管包覆缩紧后再包覆陶瓷化硅橡胶复合带或电气绝缘聚酯薄膜，且相导体和PE导体之间的缝隙被陶瓷化硅橡胶复合膜隔开，构成紧密交替“三明治”叠层结构；所述结构优化盖板被结构优化侧板、相导体和PE导体所构成的“三明治”叠层组件撑开，用高强铆钉将结构优化盖板和结构优化侧板铆接固定；所述单向隔热板构件Ⅰ和单向隔热板构件Ⅱ置于结构优化盖板上被联接固定，围堵成闭合的筒体结构。
进一步地，所述结构优化盖板具有：基板、组合槽、棱筋阵列Ⅰ；组合槽和棱筋阵列Ⅰ的伸展方向均与基板长度方向平行，组合槽分布在基板两侧的边沿与基板构成整体；棱筋阵列Ⅰ分布在基板的下平面与基板构成整体，且与结构优化侧板上的棱筋阵列Ⅲ互为咬合，基板、组合槽和棱筋阵列Ⅰ共同构成镜像对称的整体异形件。
进一步地，所述结构优化侧板具有：墙板、折边侧板、棱筋阵列Ⅱ和棱筋阵列Ⅲ；折边侧板、棱筋阵列Ⅱ和棱筋阵列Ⅲ的的伸展方向均与墙板长度方向平行；棱筋阵列Ⅱ分布在墙板与折边侧板构成凹槽内侧的墙板上；棱筋阵列Ⅲ分布在折边侧板的外侧且与结构优化盖板上的棱筋阵列Ⅰ互为咬合；折边侧板在墙板两侧与墙板构成整体凹形槽，墙板、折边侧板、棱筋阵列Ⅱ和棱筋阵列Ⅲ共同构成一个镜像对称的整体异形件。
进一步地，所述陶瓷化硅橡胶复合膜采用含纤维胎基的双面陶瓷化硅橡胶复合的夹层薄膜，厚度为0.3～0.8 mm；所述电气绝缘聚酯薄膜采用市售的标准件。
进一步地，所述辐射交联热缩管采用全缩内径的周长为相导体6横切面周长0.3～0.95倍的聚烯烃类热缩管。
进一步地，所述相导体被辐射交联热缩管缩紧后又被陶瓷化硅橡胶复合膜或电气绝缘聚酯薄膜缠绕包裹，再与PE导体一起平行紧密排列，置于结构优化盖板、结构优化侧板围成的矩形内腔通道内，与所有结构件都处于绝缘状态。
进一步地，所述绝缘导热密封垫的横切面结构具有两条特征边线，一条边线与紧凑排列的相导体横切面边线错缝咬合紧密接触，另一条边线与结构优化盖板之基板的横切面边线紧密接触，该绝缘导热密封垫的材料选用柔软导热片、导热卷材、导热双面胶、导热橡胶弹性体的任意一种形态，且导热系数为（1.5～9.0）W/(m.K)，初始状态为横切面为矩形卷材。
进一步地，所述单向隔热板构件Ⅰ的四周有折边、形同浅盆；所述单向隔热板构件Ⅱ为板状；在单向隔热板构件Ⅰ和单向隔热板构件Ⅱ的平板区域内，均设有模压成型、形如蜂窝的拉伸孔阵列，拉伸孔的形状是“正向不透光、旋转90°是通孔”，且平板的伸展方向与结构优化盖板的长度方向一致，并与结构优化盖板上的凸形空心槽联接固定为闭合的筒体结构，经防腐表面处理后覆盖超薄型钢结构防火涂料，防火涂料在服役状态下导热系数大于0.8 W/(m.K)、涂层厚度在（2.0-5.0） mm之间，在600℃以上或火灾环境下涂层厚度可膨胀到30 倍以上、导热系数则降低到0.10 W/(m.K)以下。
进一步地，所述导热密封条的横切面为圆形、椭圆形、正多边形弹性柔软线材的任意一种，长度伸展方向与结构优化盖板的长度方向一致，选用导热粉填充的硅橡胶、丁苯橡胶、异戊橡胶、EVA橡胶、PU橡胶的挤出成型弹性体的任意一种，导热系数大于1.0 W/(m.K)。
进一步地，所述界面导热膜置于结构优化盖板与结构优化侧板的错缝咬合接触界面之间，采用导热卷材且厚度在（0.1～1.0）mm之间、导热系数大于1.5 W/(m.K)。
本发明的一种带单向隔热板耐火母线槽，其工作原理是：
采用了单向隔热板构件与结构优化盖板组合结构，既能显著增加铝合金型材的刚度，也能成倍扩展有效散热表面积，在服役环境下具有最高的散热速率；当母线槽遇到火灾时，蜂窝状单向隔热板构件表面防火涂料层的厚度随温度升高会膨胀30-80倍成为接近泡沫陶瓷状态，堵塞蜂窝状散热孔，使导热系数降低到0.10 W/(m.K)以下，导致向母线槽内部传热速率降低至少一个数量级，实现传热速率单向化，保证母线槽满足耐温950℃至少180 min的要求，保持母线槽延续正常供电，确保消防供电的有效运行。同时，设置了界面导热膜和导热密封条，使各处传热阻力界面的散热速率均衡化和最大化，使母线槽内最高温区的温度显著降低，延长了母线槽的服役寿命；另外，导热密封条能显著提高防水能力，协同母线槽内的导体之间、导体与结构件之间，被陶瓷化硅橡胶复合膜衬垫和辐射交联热缩管的绝缘持续有效。
本发明的一种带单向隔热板耐火母线槽，其有益技术效果在于：
① 服役期内高效散热，火灾时段几乎绝热；
② 传热阻力界面散热速率均衡化、最大化；
③ 密封防水、高效绝缘，保证母线槽满足耐温950℃至少180 min的要求。
附图说明
图1是本发明一种带单向隔热板耐火母线槽实施例一的装配体横切面示意图。
图2是本发明中结构优化盖板的一个实施例的横切面示意图。
图3是单向隔热板构件Ⅰ的主视图和俯视图。
图4是图3和图5拉伸孔阵列中任意一个拉伸孔A处放大的三视图。
图5是单向隔热板构件Ⅱ的主视图。
图6是本发明一种带单向隔热板耐火母线槽实施例二的装配体横切面示意图。
在图1至图6中，相同功能、相同结构的零件采用了相同的标号，为了图纸简洁而略去对称或相同系列位置上的零件标号。
1—结构优化盖板，1.10—基板，1.11—矩形Ⅰ，
1.12—矩形Ⅱ;1.20—组合槽，1.21—空心槽甲内腔，
1.22—空心槽甲开口，1.23—空心槽乙内腔，1.24—空心槽乙开口，
1.30—棱筋阵列Ⅰ;2—结构优化侧板，3—高强铆钉，
4—陶瓷化硅橡胶复合膜，5—辐射交联热缩管，6—相导体，
7—绝缘导热密封垫，8—PE导体，9—单向隔热板构件Ⅰ，
10—不锈钢螺钉Ⅰ，11—不锈钢螺钉Ⅱ，12—单向隔热板构件Ⅱ，
13—导热密封条，14—界面导热膜，15—拉伸孔，
16—耐火棉。
具体实施方式
为详细说明本发明一种带单向隔热板构件耐火母线槽的技术内容、构造特征、所实现目的和实施效果，以下结合实施例及其附图进一步说明。
如图1所示，揭示了本发明一种带单向隔热板构件耐火母线槽的一组实施例，包括实施例一和实施例二，以下分别叙述。
实施例一
如图1至图5所示，该图组揭示了本发明一种带单向隔热板构件耐火母线槽的一个实施例之一，包括：结构优化盖板1、结构优化侧板2、高强铆钉3、陶瓷化硅橡胶复合膜4、辐射交联热缩管5、相导体6、绝缘导热密封垫7、PE导体8、单向隔热板构件Ⅰ 9、不锈钢螺钉Ⅰ 10、不锈钢螺钉Ⅱ 11、单向隔热板构件Ⅱ 12、导热密封条13和界面导热膜14；结构优化侧板2置于多根相导体6和PE导体8母排的两侧，将全部相导体6和PE导体8母排夹紧；各相导体6被辐射交联热缩管5包覆缩紧后再包覆陶瓷化硅橡胶复合膜4，且相导体6和PE导体8之间的缝隙被陶瓷化硅橡胶复合膜4隔开，构成紧密的交替“三明治”叠层结构；结构优化盖板1被结构优化侧板2、相导体6和PE导体8所构成的“三明治”叠层组件撑开，用高强铆钉3将结构优化盖板1和结构优化侧板2铆接固定；单向隔热板构件Ⅰ 9和单向隔热板构件Ⅱ 12置于结构优化盖板1上，用不锈钢螺钉Ⅱ 11联接固定，围堵成闭合的筒体结构。
其中，如图2所示，结构优化盖板1具有：基板 1.10、组合槽1.20、棱筋阵列Ⅰ 1.30；组合槽1.20的伸展方向、棱筋阵列Ⅰ 1.30的伸展方向与基板 1.10长度方向平行，组合槽1.20分布在基板 1.10两侧的边沿与基板 1.10构成整体；棱筋阵列Ⅰ 1.30分成两个棱筋阵列分布在基板 1.10的下平面与基板 1.10构成整体；基板 1.10、组合槽1.20、棱筋阵列Ⅰ1.30共同构成镜像对称的整体异形件；基板 1.10的横切面结构为矩形Ⅰ 1.11和矩形Ⅱ1.12的组合体；组合槽1.20的横切面结构由一对大的凸形空心槽甲和一对小的凸形空心槽乙组合而成并分布在基板 1.10两侧的边沿与基板 1.10构成整体，包围空心槽甲内腔1.21的壳体和包围空心槽乙内腔1.23的壳体均为等厚度，空心槽甲开口1.22和空心槽乙开口1.24的方向是互相垂直的；棱筋阵列Ⅰ 1.30的横切面结构为直角三角形且由多条棱筋构成，分成两个小棱筋阵列对称分布在基板 1.10中轴线两侧与基板 1.10构成整体。
其中，对照如图1可以理解，结构优化侧板2具有：墙板、折边侧板、棱筋阵列Ⅱ和棱筋阵列Ⅲ；折边侧板、棱筋阵列Ⅱ和棱筋阵列Ⅲ的伸展方向均与墙板长度方向平行；棱筋阵列Ⅱ分布在墙板与折边侧板构成凹槽内侧的墙板上；棱筋阵列Ⅲ分布在折边侧板的外侧且与结构优化盖板1的棱筋阵列Ⅰ1.30互为咬合；折边侧板在墙板两侧与墙板构成整体凹形槽，墙板、折边侧板、棱筋阵列Ⅱ和棱筋阵列Ⅲ共同构成一个镜像对称的整体异形件。
其中，高强铆钉3、不锈钢螺钉Ⅰ 10、不锈钢螺钉Ⅱ 11均采用市售的标准件。
其中，陶瓷化硅橡胶复合膜4采用无纺玻璃布与双面陶瓷化硅橡胶复合的夹层薄膜，厚度为0.5～0.8 mm。
其中，辐射交联热缩管5采用全缩内径的周长为相导体6横切面周长0.3～0.95倍的、额定电压为35kV的热缩管，型号为WMPG-35kV。
其中，相导体6被辐射交联热缩管5包裹后再包覆陶瓷化硅橡胶复合带后，再与PE导体8一起紧密平行排列，置于结构优化盖板1、结构优化侧板2围成的矩形内腔通道内，与所有结构件都处于绝缘状态。
其中，绝缘导热密封垫7的材料选用市售的XK-P50型软性导热硅胶片，且导热系数λ值为5.0 W/(m.K)，XK- F50型导热绝缘材料的初始状态为横切面为矩形卷材，在接触相导体6和结构优化盖板1受挤压时，会弹性变形为相应的错缝咬合的紧密接触型面。
其中，单向隔热板构件Ⅰ 9的四周有折边、形同浅盆，单向隔热板构件Ⅱ 12则为板状；在单向隔热板构件Ⅰ 9和单向隔热板构件Ⅱ 12的平板区域内，均设有模压成型、形如蜂窝的拉伸孔15阵列，且平板区的伸展方向与结构优化盖板1的长度方向一致，分别用不锈钢螺钉Ⅰ10和不锈钢螺钉Ⅱ 11与结构优化盖板1上的凸形空心槽联接固定为闭合的筒体结构。
其中，再如图3至图5所示，单向隔热板构件Ⅰ 9和单向隔热板构件Ⅱ 12的材料均选镀锌钢板，模压成型拉伸孔15的分布如蜂窝状阵列，经防腐表面处理，再涂敷导热超薄型钢结构防火涂料，在服役状态下导热系数为1.0 W/(m.K)、涂层厚度为3 mm，在600℃以上的火灾环境下涂层厚度可膨胀到90 mm以上、导热系数小于0.06 W/(m.K)以满足耐火极限的要求。
其中，导热密封条13的横切面为圆形，长度伸展方向与结构优化盖板1的长度方向一致；导热密封条13选用导热粉填充的硅橡胶、导热系数为1.5W/(m.K)。
其中，界面导热膜14置于结构优化盖板1与结构优化侧板2的错缝咬合接触界面之间，采用柔软XK-PN60非硅导热卷材且厚度优选为0.15±0.05mm、导热系数为6.5 W/(m.K)。
实施例二
如图6所示，该图所揭示的是在本发明一种带单向隔热板构件耐火母线槽实施例一的基础上，在单向隔热板构件Ⅰ 9和单向隔热板构件Ⅱ 12之间，填充高密度硅酸铝纤维耐火棉16，该结构只用于消防分区的穿越楼板或防火墙部位的隔热、止烟功能，防止楼层之间形成的烟囱效应。
本发明的一种带单向隔热板构件耐火母线槽的实施例，其有益技术效果在于：
① 服役期内高效散热，火灾时段几乎绝热；
② 传热阻力界面散热速率均衡化、最大化；
③ 密封防水、高效绝缘，保证母线槽满足耐温950℃至少180 min的要求。
Claims (10)
1.一种带单向隔热板耐火母线槽，其特征在于：包括结构优化盖板、结构优化侧板、陶瓷化硅橡胶复合膜或电气绝缘聚酯薄膜、辐射交联热缩管、相导体、绝缘导热密封垫、PE导体、单向隔热板构件Ⅰ、单向隔热板构件Ⅱ、导热密封条和界面导热膜；所述结构优化侧板置于多根相导体和PE导体母排的两侧，将全部相导体和PE导体母排夹紧；所述相导体各自被辐射交联热缩管包覆缩紧后再包覆陶瓷化硅橡胶复合带或电气绝缘聚酯薄膜，且相导体和PE导体之间的缝隙被陶瓷化硅橡胶复合膜隔开，构成紧密交替“三明治”叠层结构；所述结构优化盖板被结构优化侧板、相导体和PE导体所构成的“三明治”叠层组件撑开，用高强铆钉将结构优化盖板和结构优化侧板铆接固定；所述单向隔热板构件Ⅰ和单向隔热板构件Ⅱ置于结构优化盖板上被联接固定，围堵成闭合的筒体结构。
2.根据权利要求1所述的一种带单向隔热板耐火母线槽，其特征在于：所述结构优化盖板具有基板、组合槽、棱筋阵列Ⅰ；组合槽和棱筋阵列Ⅰ的伸展方向均与基板长度方向平行，组合槽分布在基板两侧的边沿与基板构成整体；棱筋阵列Ⅰ分布在基板的下平面与基板构成整体，且与结构优化侧板上的棱筋阵列Ⅲ互为咬合，基板、组合槽和棱筋阵列Ⅰ共同构成镜像对称的整体异形件。
3.根据权利要求1所述的一种带单向隔热板耐火母线槽，其特征在于：所述结构优化侧板具有墙板、折边侧板、棱筋阵列Ⅱ和棱筋阵列Ⅲ；折边侧板、棱筋阵列Ⅱ和棱筋阵列Ⅲ的的伸展方向均与墙板长度方向平行；棱筋阵列Ⅱ分布在墙板与折边侧板构成凹槽内侧的墙板上；棱筋阵列Ⅲ分布在折边侧板的外侧且与结构优化盖板上的棱筋阵列Ⅰ互为咬合；折边侧板在墙板两侧与墙板构成整体凹形槽，墙板、折边侧板、棱筋阵列Ⅱ和棱筋阵列Ⅲ共同构成一个镜像对称的整体异形件。
4.根据权利要求1所述的一种带单向隔热板耐火母线槽，其特征在于：所述陶瓷化硅橡胶复合膜采用含纤维胎基的双面陶瓷化硅橡胶复合的夹层薄膜，厚度为0.3～0.8 mm。
5.根据权利要求1所述的一种带单向隔热板耐火母线槽，其特征在于：所述辐射交联热缩管采用全缩内径的周长为相导体6横切面周长0.3～0.95倍的聚烯烃类热缩管。
6.根据权利要求1所述的一种带单向隔热板耐火母线槽，其特征在于：所述相导体被辐射交联热缩管缩紧后又被陶瓷化硅橡胶复合膜或电气绝缘聚酯薄膜缠绕包裹，再与PE导体一起平行紧密排列，置于结构优化盖板、结构优化侧板围成的矩形内腔通道内，与所有结构件都处于绝缘状态。
7.根据权利要求1所述的一种带单向隔热板耐火母线槽，其特征在于：所述绝缘导热密封垫的横切面结构具有两条特征边线，一条边线与紧凑排列的相导体横切面边线错缝咬合紧密接触，另一条边线与结构优化盖板之基板的横切面边线紧密接触，该绝缘导热密封垫的材料选用柔软导热片、导热卷材、导热双面胶、导热橡胶弹性体的任意一种形态，且导热系数为（1.5～9.0）W/(m.K)，初始状态为横切面为矩形卷材。
8.根据权利要求1所述的一种带单向隔热板耐火母线槽，其特征在于：所述单向隔热板构件Ⅰ的四周有折边、形同浅盆；所述单向隔热板构件Ⅱ为板状；在单向隔热板构件Ⅰ和单向隔热板构件Ⅱ的平板区域内，均设有模压成型、形如蜂窝的拉伸孔阵列，拉伸孔的形状是“正向不透光、旋转90°是通孔”，且平板的伸展方向与结构优化盖板的长度方向一致，并与结构优化盖板上的凸形空心槽联接固定为闭合的筒体结构，经防腐表面处理后覆盖超薄型钢结构防火涂料，防火涂料在服役状态下导热系数大于0.8 W/(m.K)、涂层厚度在（2.0-5.0） mm之间，在600℃以上或火灾环境下涂层厚度可膨胀到30 倍以上、导热系数则降低到0.10 W/(m.K)以下。
9.根据权利要求1所述的一种带单向隔热板耐火母线槽，其特征在于：所述导热密封条的横切面为圆形、椭圆形、正多边形弹性柔软线材的任意一种，长度伸展方向与结构优化盖板的长度方向一致，选用导热粉填充的硅橡胶、丁苯橡胶、异戊橡胶、EVA橡胶、PU橡胶的挤出成型弹性体的任意一种，导热系数大于1.0 W/(m.K)。
10.根据权利要求1所述的一种带单向隔热板耐火母线槽，其特征在于：所述界面导热膜置于结构优化盖板与结构优化侧板的错缝咬合接触界面之间，采用导热卷材且厚度在（0.1～1.0）mm之间、导热系数大于1.5 W/(m.K)。
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