CN109003757B - 一种复合绝缘子的压接结构 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种复合绝缘子的压接结构，本压接结构的弹性极限荷载较目前真实厂家工艺工况增大了8.23％。一种复合绝缘子的压接结构，包括芯棒、金具，所述金具的一端压接固定在芯棒上，金具的压接部位的预紧力沿径向均匀分布，且沿轴向预留一段无预紧力区间。所述无预紧力区间的轴向长度占金具压接部位轴向长度的18％至25％。

Description

一种复合绝缘子的压接结构
技术领域
本发明涉及复合绝缘子技术领域，特别是涉及一种复合绝缘子的压接结构。
背景技术
复合绝缘子的金具与玻璃芯棒的滑脱破坏是高压输电线路上经常遇到的问题，首先绝缘子端部金具的预紧力大小在影响复合绝缘子抗拉性能中起决定性作用，但是过大的预紧力也会造成玻璃芯棒的径向应力过大而导致芯棒的脆性破坏，而在同样的预紧力大小作用下，预紧力的分布也是影响复合绝缘子抗拉强度的主要因素之一。显然，绝缘子金具的不当压接引起玻璃芯棒脆性破坏及金具和玻璃芯棒之间发生滑移引起的结构失效。但是，目前的厂家生产的复合绝缘子的弹性极限荷载较小。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种复合绝缘子的压接结构，本压接结构的弹性极限荷载较目前真实厂家工艺工况增大了8.23％。
本发明的目的是这样实现的：
一种复合绝缘子的压接结构，包括芯棒、金具，所述金具的一端压接固定在芯棒上，金具的压接部位的预紧力沿径向均匀分布，且沿轴向预留一段无预紧力区间。
优选地，所述无预紧力区间的轴向长度占金具压接部位轴向长度的18％至25％。
一种复合绝缘子的压接优化方法，包括以下步骤：
S1、建模
通过有限元软件建立复合绝缘子的仿真模型，并设置模型参数；
S2、模拟工况
S21、金具压接部沿轴向预紧力分布工况相同的工况下，模拟多种沿径向预紧力分布工况，固定住芯棒两端位移并对其施加预紧力后再沿轴向对金具施加轴向位移，从中选出抗拉性能最优工况；
S22、金具压接部沿径向预紧力分布工况相同的工况下，模拟多种沿轴向预紧力分布工况，固定住芯棒两端位移并对其施加预紧力后再沿轴向对金具施加轴向位移，从中选出抗拉性能最优工况；
S3、模拟结果
综合步骤S21、S22，从中选出最优工况作为复合绝缘子的压接方案。
优选地，S1.1中，通过ANSYS有限元软件建立仿真模型，整体模型采用SOLID95单元，芯棒表面接触单元采用TARGE170单元，金具表面接触单元采用CONTA174单元。
优选地，S1.1中，金具与芯棒之间的摩擦系数取值0.3，芯棒长度取70mm，直径取24mm，模型网格沿径向均分32段，沿轴向均分10段进行划分，端部金具长度取35mm，外径取32mm，内径同芯棒，模型网格沿径向均分32段，沿轴向均分20段进行划分。
优选地，S21中，模拟4种沿径向预紧力分布工况，包括：将预紧力沿径向均匀分布为8块区域；将预紧力沿径向均匀分布为4块区域；将预紧力沿径向均匀分布为3块区域；将预紧力沿径向整体均匀分布。
优选地，S22中，模拟4种沿轴向预紧力分布工况，包括：沿轴向分布距金具端口处0-1/4金具压接部位长度和1/4-1/2金具压接部位长度两部分；沿轴向分布距金具端口处1/4-3/4金具压接部位长度；预紧力覆盖整个金具表面；沿轴向分布距金具端口处0-3/4金具压接部位长度。
优选地，S22中，优化第4种沿轴向预紧力分布工况，包括：沿轴向预留距金具端部8％金具压接部位长度的无预紧力区间；沿轴向预留距金具端部17％金具压接部位长度的无预紧力区间。
由于采用了上述技术方案，本发明具有如下有益效果：
复合绝缘子破坏荷载取决于金具与芯棒的预紧力大小，其破坏特征主要是金具与芯棒之间产生滑移造成结构失效。在预紧力大小不变的情况下，金具预紧力的分布情况对复合绝缘子的抗拉强度有很大的影响。当预紧力沿径向均匀满布于金具且不完全覆盖金具的整个内面时，此时绝缘子抗拉性能表现最优。绝缘子金具的无预紧力区间长度宜定为金具整体长度的18％至25％。基于最优压接工艺模型分析表明，在常温状态下，最优模型的弹性极限荷载较目前真实厂家工艺工况增大了8.23％。
附图说明
图1为金具压接部的预紧力沿环向分为8段均匀分布在金具端口处的示意图；
图2a-图2d为不同径向分布预紧力工况模拟示意图；
图3为不同径向分布预紧力工况的拉力位移曲线图；
图4a-图4d为不同轴向分布预紧力工况模拟示意图；
图5为不同轴向分布预紧力工况的拉力位移曲线图；
图6a为预紧力沿径向均匀分布于金具表面，沿轴向预留距金具端部3mm的无预紧力区间模拟示意图；
图6b为预紧力沿径向均匀分布于金具表面，沿轴向预留距金具端部6mm的无预紧力区间模拟示意图。
具体实施方式
一种复合绝缘子的压接结构，包括芯棒、金具，所述金具的一端压接固定在芯棒上，金具的压接部位的预紧力沿径向均匀分布，且沿轴向预留一段无预紧力区间。所述无预紧力区间的轴向长度占金具压接部位轴向长度的18％至25％。
一种复合绝缘子的压接优化方法，包括：
1.典型压接复合绝缘子受拉试验
以常规电压22KV输电线复合绝缘子为例，进行了复合绝缘子的高低温下受拉试验。试验采用Instron1186电子万能试验机，通过位移控制进行材料力学性能试验，研究复合绝缘子分别在高低温作用下的抗拉性能。端部金具的预紧力沿环向分为8段均匀分布在金具端口处如图1。
试验可知：复合绝缘子的破坏形式均不是由于玻璃芯棒达到荷载强度极限发生破坏引起的，而是在未达到强度之前，金具与玻璃纤维芯棒之间产生滑移，导致端部金具与芯棒拉脱导致结构失效。
2.常温下复合绝缘子力学性能数值模拟
2.1模型参数
根据厂家提供，金具力学性能参数如表2.1所示。
表2.1 Q235碳素结构钢金具力学性能
通过ANSYS有限元软件建立仿真模型，对其进行相关分析，整体模型采用SOLID95单元，芯棒表面接触单元采用TARGE170单元，金具表面接触单元采用CONTA174单元，金具与芯棒之间的摩擦系数取值0.3。其中芯棒长度取70mm，直径取24mm，模型网格沿径向均分32段，沿轴向均分10段进行划分，端部金具长度取35mm，外径取32mm，内径同芯棒，模型网格沿径向均分32段，沿轴向均分20段进行划分。
2.2模型工况与模拟结果
绝缘子受拉力学性能模拟工况总共分为两步，第一步模拟四个沿径向预紧力分布工况，固定住芯棒两端位移并对其施加预紧力后再沿轴向对金具施加轴向位移，从中选出抗拉性能最优工况后再对其取不同的轴向预紧力分布，重复上述模拟步骤，从中选出最优工况作为端部金具的优化预紧力备选。
2.2.1不同径向分布预紧力工况模拟
工况1：如图2a所示为模拟实验真实情况(也是现有线路产品真实情况)，将预紧力沿径向均匀分布为8块区域，沿轴向分布至距金具端口处17.5mm(金具端部长度的一半)处，此工况为现有厂家生产复合绝缘子的真实状态。
工况2：如图2b所示，将预紧力沿径向均匀分布为4块区域，沿轴向分布至距金具端口处17.5mm处。
工况3：如图2c所示，将预紧力沿径向均匀分布为3块区域，沿轴向分布至距金具端口处17.5mm处。
工况4：如图2d所示，将预紧力沿径向均匀分布，沿轴向分布至距金具端口处17.5mm处。
2.2.2不同径向分布预紧力模拟结果
由图3的拉力位移曲线图可以看出，工况1(模拟实验真实情况预紧力，沿径向均匀分布加载区域分为8块)的弹性极限荷载大小为52.166KN，与实验结果的51.341KN非常接近，而工况4(预紧力沿轴向均匀分布)的弹性极限荷载大小为54.961KN，抗拉表现最优，其次工况1(模拟实验真实情况预紧力沿径向均匀分布为8块)的弹性极限对应的拉力大小为52.166KN，工况2(预紧力沿径向均匀分布为4块)的弹性极限对应的拉力大小为51.886KN，工况3(预紧力沿径向均匀分布为3块)的弹性极限对应的拉力大小为49.157KN，抗拉表现最差。
2.2.3不同轴向分布预紧力工况模拟
进行工况5-工况8的有限元建模和分析，主要考虑不同轴向分布预紧力情况。详细如下：
工况5：如4a所示，将预紧力沿径向均匀分布，沿轴向分布距金具端口处0mm至8.75mm(0-1/4金具长度)和17.5mm至26.25mm(1/4-1/2金具长度)两部分。
工况6：如图4b所示，将预紧力沿径向均匀分布，沿轴向分布距金具端口处8.75mm至26.25mm(1/4-3/4金具长度)。
工况7：如图4c所示，将预紧力沿径向均匀分布，沿轴向分布距金具端口处0mm至35mm处(预紧力覆盖整个金具表面)。
工况8：如图4d所示，将预紧力沿径向均匀分布，沿轴向分布距金具端口处(0-3/4金具长度)。
2.2.4不同轴向分布预紧力模拟结果
从图5所示的拉力位移曲线图可以看出，模拟工况7(预紧力覆盖整个金具表面)的弹性极限荷载最大，为58.61KN，然而其曲线并不像其他工况一样在结构达到弹性极限后还保留着屈服阶段，而是直接出现了结构的失效，这是由于预紧力覆盖了整个金具表面，导致金具与芯棒之间产生了滑移，而没有完全覆盖预紧力的结构模型，其在拉伸过程中，芯棒没有受到预紧力处的部位在被后端有预紧力部分的金具挤压后造成形状的变形，使得芯棒与金具接触表面形状变得不连续，故产生了弹性极限荷载后的屈服阶段，所以工况7不可取。反观工况7以外的工况，工况5(预紧力沿轴向分为距金具端口处0mm至8.75mm和17.5mm至26.25mm处两段)的弹性极限荷载大小为53.127KN；工况6(预紧力沿轴向分布在距金具端口距金具端口处8.75mm至26.25mm处)的弹性极限荷载大小为54.512KN；工况8预紧力沿轴向分布在距金具端口0mm处至26.25mm处)的弹性极限荷载大小为56.46mm；且三种工况存在材料强化阶段，相较而言，工况8为最优工况。
3最优的预紧力范围分析
从以上数值分析对比结果可知，当预紧力沿径向均匀分布于金具且不完全覆盖金具的整个内面时(预留一定长度的无预紧力区间)，绝缘子的抗拉性能表现最优，现就绝缘子的无预紧力区间做进一步分析，以得出最优的无量纲绝缘子预紧力区间范围。
工况9：如图6a所示，预紧力沿径向均匀分布于金具表面，沿轴向预留距金具端部3mm的无预紧力区间。
工况10：如图6b所示，预紧力沿径向均匀分布于金具表面，沿轴向预留距金具端部6mm的无预紧力区间。
可以看出，工况9时，位移达到3mm左右时，曲线图开始出现下降阶段，这是由于金具拉出无预紧力区间后与芯棒之间产生了滑移，而工况10的弹性极限荷载大小为56.69KN，与工况8的弹性极限荷载56.46KN十分接近，综合最优。综上可以做出判断，无预紧力区间长度占金具整体长度的18％至25％时为最优。
最后说明的是，以上优选实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管通过上述优选实施例已经对本发明进行了详细的描述，但本领域技术人员应当理解，可以在形式上和细节上对其作出各种各样的改变，而不偏离本发明权利要求书所限定的范围。

Claims (1)

1.一种复合绝缘子的压接结构，包括芯棒、金具，所述金具的一端压接固定在芯棒上，其特征在于：金具的压接部位的预紧力沿径向均匀分布，且沿轴向预留一段无预紧力区间；
所述无预紧力区间的轴向长度占金具压接部位轴向长度的25％；
金具的压接部位的预紧力沿轴向分布在金具端口处。
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