CN107910139B - 一种轻质高强柱式瓷绝缘子 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种轻质高强柱式瓷绝缘子，它包括绝缘子本体、上钢帽和下钢帽，上钢帽和下钢帽分别与绝缘子本体两端用粘合剂层胶装连接，粘合剂层内设置有增强架，绝缘子本体主要由20‑40wt%的煅烧铝矾土、20‑40wt%的陕西粘土、8‑25wt%的萍乡南坑瓷土、2‑5wt%的上高江闽瓷土、10‑20wt%的长石、1‑3wt%的泥炭土、1‑3wt%由JS‑硅‑铝形成的多元复合加速剂组成，先将主要原料混合球磨均匀后，再加入泥炭土和多元复合加速剂球磨混合，再经真空练泥、仿形制坯、上釉上砂和高温烧制，本发明机械强度高，电气性能优，耐机械冲击能力高、耐污染能力强，能完全满足电气化接触网用瓷质绝缘子要求。

Description

一种轻质高强柱式瓷绝缘子

技术领域

本发明涉及瓷绝缘子，尤其是涉及一种轻质高强柱式瓷绝缘子。

背景技术

随着我国经济的不断发展，电气化接触网中使用的棒形瓷绝缘子用量越来越大，由于大气污染和线路污闪时有发生，对用棒形瓷绝缘子的电气性能和机工性能要求越来越高，其中对棒形瓷绝缘子瓷质强度等级要求在160KN以上，抗拉强度要求在160-180Mpa。据测算，到2020年我国棒形瓷绝缘子的用量达600万。而现有棒形瓷绝缘子本体多为高铝瓷质，大都是采用铝矾土、高岭土和长石为主要原料用还原气氛高温制备而成，虽然其组织中相组以刚玉和莫来石为主，但相组微晶分布不大均匀，晶粒较粗，大小迥异，气孔和玻璃相含量也较多，因此其本体瓷质强度等级一般只有80-120 MPa，最好的也只有130-150 MPa，绝缘子本体机械强度较低、质量重，不能满足电气化接触网使用有的技术要求；现有棒形绝缘子产品的抗拉强度较低，还有一个原因是瓷绝缘子本体和安装座（钢帽和金刚脚）一般通过常规水泥胶装的方式连接固定，连接体部份抗机械破坏强度的能力差，另外铁路大提速带来的震动力增加等外部原因，瓷绝缘子本体和安装座连接易损坏，抗机械破坏强度的能力低可能引起交流电气化导电接触线支撑系统发生故障，从而降低可靠性与安全性。

发明内容

针对上述现有技术中棒形瓷绝缘子存在的问题，本发明提供了机械强度高、连接牢固可靠，稳定性好、耐机械冲击破坏强度高、抗污能力强、维护工作量小的一种轻质高强柱式瓷绝缘子。

本发明要解决的技术问题所采取的技术方案：所述一种轻质高强柱式瓷绝缘子包括绝缘子本体、上钢帽和下钢帽，所述上钢帽和下钢帽分别与绝缘子本体两端用粘合剂层胶装连接，所述粘合剂层内设置有增强架，所述增强架包括直拉杆和置入在绝缘子本体端部表面径向凹槽内的圆环体，所述直拉杆间隔设置且一端与圆环体固定相连、另一端置入在绝缘子本体端部表面轴向沟槽内并折弯成水平横拉杆，所述水平横拉杆上连接有内环体，所述上钢帽和下钢帽内壁上间隔设置有锯齿形槽，所述绝缘子本体主要由20-40wt%的煅烧铝矾土、20-40wt%的陕西粘土、8-25wt%的萍乡南坑瓷土、3-5wt%的上高江闽瓷土、10-20wt%的长石、1-3wt%的泥炭土、1-3 wt%由JS-硅-铝形成的多元复合加速剂组成，所述JS为氧化镁、氧化钙、氧化钛、氧化铁、氧化铈中至少两种的混合物，先将煅烧铝矾土、陕西粘土、萍乡南坑瓷土和长石的混合球磨均匀后，再加入泥炭土和多元复合加速剂球磨混合，再经去铁、榨泥、陈腐和真空练泥制成泥料，再将泥料经过仿形制坯、上釉上砂和高温烧制，再经切割胶装养护而成。

所述JS-硅-铝形成的多元复合加速剂是由JS与硅、铝按重量份比3：1：1经高温熔融混合成多元固溶体，经冷却破碎球磨制成纳米级微粒。

所述陕西粘土为延安市宝塔区出产，陕西粘土中含有40%的氧化铝和53%氧化硅，所述烧成后的柱式瓷绝缘子中AL₂O₃含量在50%以下，莫来石晶相含量达到35%以上。

所述萍乡南坑瓷土为江西省萍乡市南坑镇出产，是一种含50-60%氧化硅和20-30%氧化铝以及少量长石的粘土。

所述上高江闽瓷土为江西省上高县出产的江闽瓷土，主要含40-50%的氧化硅和10-20%的长石、20-30%的氧化铝。

所述泥炭土指在某些河湖沉积低平原及山间谷地中，由于长期积水，水生植被茂密，在缺氧情况下，大量分解不充分的植物残体积累并形成泥炭层的土壤。它能使瓷体表面不板结，整体收缩性小，不透水。

所述一种轻质高强柱式瓷绝缘子各项技术指标为：

拉伸破坏负荷≥160KN、弯曲破坏负荷≥12KN、爬电距离：主≥3200mm

冲击耐受电压（标准雷电峰值）≥550KV、工频电压耐受电压（有效值）≥275KV

冷热急变性/K≥150、人工污秽耐受电压≥30KV

机械抗拉强度≥180MPa、同种型号重量下降10-15%。

本发明按下述方法制造而成：将原料配料——球磨20小时——过325目筛——除铁——榨泥——陈腐——真空练泥——仿形修坯——烘干——上釉上砂——1000-1200℃温度氧化气氛下保温烧成——检验——切割——探伤——胶装——养护36-48小时——检验——包装入库。

本发明的技术要点及原理：本发明通过结构的改进、原料选用、配方调整和胶装工艺创新来综合实现本发明的目的，其具体措施一是对绝缘子本体原料配方上进行改进，在氧化铝含量控制在50%以下（当氧化铝含量超过50%时，虽然产品强度也随之提高，但不仅材料成本提高，而且产品变硬变脆，烧制温度至少要高出200℃，烧成时间要增加近一半，烧制成本大大提高，且产品易开裂），因此在确保材料成本不增加和产品不变硬变脆的前提下，本发明通过合理的选取一些具有特定性能的地方原料和泥炭土，及加入少量的多元复合加速剂，来提高绝缘子本体的机械抗拉（折）强度和电气性能；二是通过在胶装粘合剂层内设置增强架，使钢帽与绝缘子本体两端的粘合层连接更加牢固，从而提高其整体机械强度和电气性能，达到发明目的。

1、从柱式瓷绝缘子用坯料配方上解决柱式瓷绝缘子本体强度低，质量重的方案是：以高铝强度瓷为瓷体的基体，高铝莫来石为主晶相，并利用预压应力和粒子弥散增强效果，提升产品的机械性能和电气性能。为达到上述目的，通过科学配方和烧成控制，以在瓷体中获得更多的网状莫来石相组，并保证晶粒大小成一定比例级配，均匀分布。根据莫来石相结晶过程特点，有不以其结晶介质为转移的两个阶段：第一阶段，产生能促使结晶继续发育的细微晶核；第二阶段，此晶核进一步发育，熔体中AI3+和Si4+离子的过饱和度，是促使莫来石晶核进一步发育的条件。随着熔体中AI3+和Si4+离子浓度的增加，晶核的数量不断增多。为了提高这两种离子在熔体中的过饱和程度，我们在配料组分中加入少量泥炭土和由JS-硅-铝形成的多元复合加速剂，通过泥炭土的作用，使瓷体表面不板结，收缩小，不透水。再通过多元复合加速剂的作用使莫来石晶核达到所需大小之后，开始自然发育，使晶体活化，增强反应能力，抑制晶粒异常长大，加速固相反应，强有力地结合成新的质点。本系列产品以高铝低硅为基础配方，经烧成后以高铝莫来石为主体晶相；利用预压应力和粒子弥散增强机理，使莫来石主晶相平均分散，晶粒在0.2-0.5μm以下，玻璃相含量小于10%和气孔在8%以下，从而可提高瓷绝缘子的机械强度和理化性能。

2、本发明通过精选原料，优化配方和颗粒级配，提升品质并保证其质量稳定性；控制烧成工艺在氧化气氛中进行，以实现瓷体主要晶相为高铝莫来石，并实现预压应力和粒子弥散增强效果，使产品具有机械强度高、电气性能好、无绝缘老化的抗污能力强等优点。所述氧化气氛是指在烧窑时{高温时}窑内空气供给充分，燃料完全燃烧的情况下产生的一种火焰气氛，该火焰气氛无烟透明，燃烧产物中主要成分是二氧化碳及过剩的氧气，不含可燃物质或含量很少，从而可使电瓷产品充分氧化，不过烧。

3、本发明在柱式瓷绝缘子两端胶装部位采用圆周柱形上砂结构，喷裹砂压缩釉，在上下两端部与钢帽之间设置用不锈钢丝形成的增强架，并用高铝高强度的钢砂与胶装水泥进行胶装，提高产品其连接部位的机械强度。

本发明所述一种轻质高强柱式瓷绝缘子，具有机械强度高，电气性能优良，质量稳定可靠好，机械强度等级达到160KN以上的技术要求，耐机械冲击能力高、耐污染能力强、维护工作量小，能完全满足电气化接触网用柱式瓷质绝缘子技术要求。

附图说明

图1是本发明的结构示意图，

图2是图1的A-A剖视结构示意图。

在图中，1、抱箍压板 2、上钢帽 3、圆环体 4、径向凹槽 5、内环体 6、直拉杆 7、粘合剂层 8、绝缘子本体 9、下钢帽 10、水平横拉杆。

具体实施方式

实施例1，在图1和图2中，所述一种轻质高强柱式瓷绝缘子为L160B1180（1400）型，结构高度1180mm，重量28Kg（与原同型号相比，重理下降了4Kg），它包括绝缘子本体8、上钢帽2和下钢帽9，所述上钢帽和下钢帽分别与绝缘子本体两端用粘合剂层7胶装连接，粘合剂层为钢砂和胶装水泥混合而成，也可用磁砂与水泥或高强胶合剂混合，所述粘合剂层内设置有全部用不锈钢丝制成的增强架（不锈钢丝直径一般为1-2毫米），所述增强架包括直拉杆6和置入在绝缘子本体端部表面径向凹槽4内的圆环体3，所述直拉杆（十二根）间隔设置且一端与圆环体焊接固定相连、另一端置入在绝缘子本体端部表面轴向凹槽内并折弯成十二根水平横拉杆10，所述所有水平横拉杆上连接有内环体5。本实施例1中的所述绝缘子本体两端上的径向凹槽4为两只，间隔设置；所述绝缘子本体两端上轴向凹槽（图中未标出）为12只，间隔设置。所述上下钢帽轴向内壁上间隔设置有锯齿形槽（图中未标出），所述上钢帽上设置有抱箍压板 1。

所述绝缘子本体由30wt%的煅烧铝矾土、30wt%的陕西粘土、17wt%的萍乡南坑瓷土、3wt%的上高江闽瓷土、萍乡南坑瓷土15wt%的长石、3wt%的泥炭土、2wt%由JS-硅-铝形成的多元复合加速剂组成，所述JS为氧化镁和氧化铈的混合物（重量各占50%），JS与硅、铝按重量份比3：1：1，先将煅烧铝矾土、陕西粘土、萍乡南坑瓷土和长石的混合球磨均匀后，再加入泥炭土和多元复合加速剂球磨混合，再经去铁、榨泥、陈腐和真空练泥制成泥料，再将泥料经过仿形制坯、上釉上砂和高温烧制，再经切割胶装养护而成。

所述JS-硅-铝形成的多元复合加速剂是由JS与硅、铝按重量份比3：1：1经高温（一般在1500-1600℃以上）熔融混合成多元固溶体，经冷却破碎球磨制成纳米微粒多元复合加速剂。

所述陕西粘土为延安市宝塔区出产，陕西粘土中含有42.3%的氧化铝和52.7%氧化硅，所述烧成后的柱式瓷绝缘子中AL₂O₃含量在50%以下，莫来石晶相含量达到35%以上。

所述萍乡南坑瓷土为江西省萍乡市南坑镇出产，是一种含50-60%氧化硅和20-30%氧化铝以及少量长石的粘土。

所述泥炭土指在某些河湖沉积低平原及山间谷地中，由于长期积水，水生植被茂密，在缺氧情况下，大量分解不充分的植物残体积累并形成泥炭层的土壤。它能使瓷体表面不板结，整体收缩性小，不透水。

本发明按下述方法制造而成：将原料配料——球磨20小时——过325目筛——除铁——榨泥——陈腐——真空练泥——仿形修坯——烘干——上釉上砂——1000-1200℃温度氧化气氛下保温3-4小时烧成——检验——切割——探伤——胶装——养护36-48小时——检验——包装入库。

所述一种轻质高强柱式瓷绝缘子各项技术指标为：

拉伸破坏负荷为171KN、弯曲破坏负荷13KN、爬电距离：主3317mm

冲击耐受电压（标准雷电峰值）560KV、工频电压耐受电压（有效值）298KV

冷热急变性/K:158、人工污秽耐受电压36.90KV

机械抗拉强度202MPa、同种型号重量下降12.3%。

实施例2，在图1和图2中，所述一种轻质高强柱式瓷绝缘子为L160B1400型，结构高度1400mm，重量38Kg（与原同型号相比，重理下降了约5Kg），它包括绝缘子本体8、上钢帽2和下钢帽9，所述上钢帽和下钢帽分别与绝缘子本体两端用粘合剂层7胶装连接，粘合剂层为钢砂和胶装水泥混合而成，也可用磁砂与水泥或高强胶合剂混合，所述粘合剂层内设置有全部用不锈钢丝制成的增强架（不锈钢丝直径一般为1-2毫米），所述增强架包括直拉杆6和置入在绝缘子本体端部表面径向凹槽4内的圆环体3，所述直拉杆（十二根）间隔设置且一端与圆环体焊接固定相连、另一端置入在绝缘子本体端部表面轴向凹槽内并折弯成十二根水平横拉杆10，所述所有水平横拉杆上连接有内环体5。本实施例1中的所述绝缘子本体两端上的径向凹槽4为两只，间隔设置；所述绝缘子本体两端上轴向凹槽（图中未标出）为12只，间隔设置。所述上下钢帽轴向内壁上间隔设置有锯齿形槽（图中未标出），上钢帽上设置有抱箍压板 1。所述绝缘子本体由25wt%的煅烧铝矾土、33wt%的陕西粘土、15wt%的萍乡南坑瓷土、5wt%的上高江闽瓷土、18wt%的长石、2wt%的泥炭土、2wt%由JS-硅-铝-形成的多元复合加速剂组成，所述JS为氧化镁、氧化钙和氧化铈的混合物（重量比为40%、40%、20%），JS与硅、铝按重量份比3：1：1，先将煅烧铝矾土、陕西粘土、萍乡南坑瓷土和长石的混合球磨均匀后，再加入泥炭土和多元复合加速剂球磨混合，再经去铁、榨泥、陈腐和真空练泥制成泥料，再将泥料经过仿形制坯、上釉上砂和高温烧制，再经切割胶装养护而成。

所述JS-硅-铝形成的多元复合加速剂是由JS与硅、铝按重量份比3：1：1经高温熔融混合成多元固溶体，经冷却破碎球磨制成纳米微粒多元复合加速剂。

所述陕西粘土为延安市宝塔区出产，陕西粘土中含有42.3%的氧化铝和52.7%氧化硅，所述烧成后的棒形瓷绝缘子中AL₂O₃含量在50%以下，莫来石晶相含量达到35%以上。

所述萍乡南坑瓷土为江西省萍乡市南坑镇出产，是一种含50-60%氧化硅和20-30%氧化铝以及少量长石的粘土。

所述泥炭土指在某些河湖沉积低平原及山间谷地中，由于长期积水，水生植被茂密，在缺氧情况下，大量分解不充分的植物残体积累并形成泥炭层的土壤。它能使瓷体表面不板结，整体收缩性小，不透水。

本发明按下述方法制造而成：将原料配料——球磨20小时——过325目筛——除铁——榨泥——陈腐——真空练泥——仿形修坯——烘干——上釉上砂——1000-1200℃温度氧化气氛下保温3-4小时烧成——检验——切割——探伤——胶装——养护36-48小时——检验——包装入库。

所述一种轻质高强柱式瓷绝缘子各项技术指标为：

拉伸破坏负荷为173.8KN、弯曲破坏负荷13.5KN、爬电距离：主3314mm

冲击耐受电压（标准雷电峰值）556KV、工频电压耐受电压（有效值）302KV

冷热急变性/K:158、人工污秽耐受电压36.90KV

机械抗拉强度198MPa、同种型号重量下降13.1%。

Claims (3)

1.一种轻质高强柱式瓷绝缘子，它包括绝缘子本体（8）、上钢帽（2）和下钢帽（9），所述上钢帽和下钢帽分别与绝缘子本体两端用粘合剂层胶装连接，其特征是：所述粘合剂层（7）内设置有增强架，所述增强架包括直拉杆（6）和置入在绝缘子本体端部表面径向凹槽（4）内的圆环体（3），所述直拉杆间隔设置且一端与圆环体固定相连、另一端置入在绝缘子本体端部表面轴向沟槽内并折弯成水平横拉杆（10），所述水平横拉杆上连接有内环体（5），所述上钢帽和下钢帽轴向内壁上间隔设置有锯齿形槽；所述绝缘子本体由20-40wt%的煅烧铝矾土、20-40wt%的陕西粘土、8-25wt%的萍乡南坑瓷土、2-5wt%的上高江闽瓷土、10-20wt%的长石、1-3wt%的泥炭土、1-3wt%由JS-硅-铝形成的多元复合加速剂制 成；所述JS为氧化镁、氧化钙、氧化钛、氧化铁、氧化铈中至少一种，所述陕西粘土为延安市宝塔区出产，所述陕西粘土中含有40wt%的氧化铝和53wt%氧化硅，烧成后的柱式瓷绝缘子中Al₂O₃含量在50wt%以下，莫来石晶相含量达到35wt%以上；所述萍乡南坑瓷土为江西省萍乡市南坑镇出产，是一种含50-60wt%氧化硅和20-30wt%氧化铝以及少量长石的粘土；所述上高江闽瓷土为江西省上高县出产的江闽瓷土，主要含40-50wt%的氧化硅、10-20wt%的长石和20-30wt%的氧化铝，所述绝缘子本体的制备方法是先将煅烧铝矾土、陕西粘土、萍乡南坑瓷土、上高江闽瓷土和长石混合球磨均匀后，再加入泥炭土和多元复合加速剂球磨混合，再经去铁、榨泥、陈腐和真空练泥制成泥料，再将泥料经过仿形制坯、上釉上砂和高温烧制，再经切割胶装养护而成。

2.根据权利要求1所述的一种轻质高强柱式瓷绝缘子，其特征是：绝缘子本体由30wt%的煅烧铝矾土、30wt%的陕西粘土、17wt%的萍乡南坑瓷土、3wt%的上高江闽瓷土、15wt%的长石、3wt%的泥炭土、2wt%由JS-硅-铝形成的多元复合加速剂制 成，所述JS为氧化镁和氧化铈的混合物。

3.根据权利要求1所述的一种轻质高强柱式瓷绝缘子，其特征是：所述粘合剂层（7）由钢砂和胶合水泥混合而成。