CN109494544A - 一种架空导线7根绞钢绞线对接嵌铝压接结构和方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种架空导线7根绞钢绞线对接嵌铝压接结构和方法，包括钢管和铝合金管，铝合金管嵌入到钢管内，并包裹两对接的圆线同心绞架空导线7根绞钢绞线，压接钢管使得铝合金管紧密贴合圆线同心绞架空导线7根绞钢绞线形成钢芯接续管。本发明钢管和圆线同心绞架空导线7根绞钢绞线之间增加一层铝合金管，利用铝合金管的高塑形和高静摩擦系数，避免在钢管和圆线同心绞架空导线7根绞钢绞线压接时出现圆线同心绞架空导线7根绞钢绞线被压伤、欠压、松股现象，同时又满足接头的握着力要求，使圆线同心绞架空导线7根绞钢绞线对接压接更容易实施，压接质量更高，压接头可以免无损检测，减低劳动强度和工程费用。
Description
技术领域
本发明属于圆线同心绞架空导线7根绞钢绞线压接技术领域，具体涉及一种架空导线7根绞钢绞线对接嵌铝压接结构和方法。
背景技术
在传统的输变电工程架空导线及地线的接续工艺中，钢芯铝绞线及地线的镀锌圆线同心绞架空导线7根绞钢绞线(或铝包圆线同心绞架空导线7根绞钢绞线)接头均用钢管直接套住圆线同心绞架空导线7根绞钢绞线液压连接，如果钢管与圆线同心绞架空导线7根绞钢绞线硬度不匹配、压接模具尺寸不合理、压接压力不足，容易出现欠压、松股、过压、钢丝表面损伤等缺陷，导致接头的握着力不满足标准要求。在造成钢芯铝绞线及地线的圆线同心绞架空导线7根绞钢绞线压接缺陷因素中，钢管与圆线同心绞架空导线7根绞钢绞线硬度不匹配是最不能避免的，在铝包圆线同心绞架空导线7根绞钢绞线的生产工艺中，冷拉钢丝穿过液铝镀铝，相当做了一次回火，冷拉钢丝硬度降低，导致圆线同心绞架空导线7根绞钢绞线硬度比钢管硬度低，压接时钢管内壁咬伤圆线同心绞架空导线7根绞钢绞线钢丝，导致接头的握着力降低。
发明内容
本发明解决的技术问题是：提供一种架空导线7根绞钢绞线对接嵌铝压接结构和方法，可以解决上述现有技术中存在的技术问题。
本发明采取的技术方案为：一种架空导线7根绞钢绞线对接嵌铝压接结构，包括钢管和铝合金管，铝合金管嵌入到钢管内，并包裹两对接的圆线同心绞架空导线7根绞钢绞线，压接钢管使得铝合金管紧密贴合圆线同心绞架空导线7根绞钢绞线形成钢芯接续管。
钢管和铝合金管长度相同，均为两个钢芯绞线节距。
一种架空导线7根绞钢绞线对接嵌铝压接结构的压接方法，该方法包括以下步骤：
1)将铝合金管嵌入到钢管内；
2)将两对接的圆线同心绞架空导线7根绞钢绞线从铝合金管两端插入，确保两圆线同心绞架空导线7根绞钢绞线插入深度相当；
3)采用压接模具压接钢管，使得铝合金管紧密贴合圆线同心绞架空导线7根绞钢绞线表面且填充钢管和圆线同心绞架空导线7根绞钢绞线间间隙形成钢芯接续管。
压接模具的压接钢管后压接应力：钢芯接续管压接成型后压力机未停时，钢管内半径为rfe，钢管中心厚度为dfe，钢芯绞线螺纹中径为d2，铝管中径厚度为dal；
根据材料真应力σ与真应变ε的关系
σ＝Eε (8)
式(8)中，E----为材料的杨氏模量；
钢芯接续管压接成型后压力机停机移开后，假设铝管壁受压应力为σ1,钢管内半径未rfe+Δrfe，钢管中心厚度为dfe+Δdfe，钢芯绞线螺纹中径圆半径为R+ΔR，铝管中径厚度为dal+Δdal
钢芯接续管压接成型后压力机压力解除后，各个厚度增量关系为
Δrfe-ΔR＝Δdal (12)
则钢芯接续管压接成型后压力机压力解除后，钢芯、嵌层铝管、钢管之间的压应力为
式(14)中：
σ1----钢芯接续管压接成型后压力机压力解除后，
钢芯、嵌层铝管、钢管之的压应力；
σ----钢芯接续管压接成型后压力机压力解除前，
钢芯、嵌层铝管、钢管之的压应力；
rfe----钢管压接后内半径；
R----钢芯绞线螺纹中径d2的一半；
dal----嵌层铝管等效厚度；
Efe----钢的杨氏模量；
Eal----铝合金的杨氏模量。
铝管厚度和长度：
钢芯接续管压接成型后嵌入圆线同心绞架空导线7根绞钢绞线间的铝材量s
式(15)中
r----钢芯绞线钢丝半径(mm)。
嵌入需要的铝管厚度
式(16)中
r----钢芯绞线钢丝半径(mm)。
则嵌层铝管厚度为δal
δal＝δq+1(mm) (17)
(3)嵌层铝管外径Dal为
Dal＝6r+1+2δal (18)
式(18)中
r----钢芯绞线钢丝半径(mm)。
铝合金管(2)长度为两个钢芯绞线节距。
钢管厚度δfe为
式(20)中
Fb----导线(或地线)计算破断力；
σsfe----钢管屈服强度；
Dal----嵌层铝管外径。
则钢管外径为Dfe＝Dal+2δfe (21)。
压接模具的压接截面面积：
压接截面面积
钢芯压接截面积sx
式(22)中
r----钢芯绞线钢丝半径。
嵌层铝管截面sq为
式(23)中
Dal----嵌层铝管外径；
r----钢芯绞线钢丝半径。
钢管截面积sg为
式(24)中
Dfe----钢管外径；
Dal----嵌层铝管外径。
压接模具压接截面面积sy为sy＝sx+sq+sg (25)
正六边形压模边长α为
正六边形压模对角线b为
b＝a+2a cos60°＝2a (27)
钢芯接续管压接成型后安全工作温度范围：
假设接续管安装时环境温度为t0，钢芯及钢管的线膨胀系数为afe，嵌层铝管线膨胀系数为aal,当运行温度为t1时
钢芯半径膨胀量
ΔRt＝Rafe(t1-t0) (28)
嵌层铝管膨胀量
Δdalt＝dalaal(t1-t0) (29)
钢管内径膨胀量
Δrfet＝rfeafe(t1-t0) (30)
安全温度
温度升高时:
即接续管运行温度增加量应满足
式(32)中
σ1----钢芯接续管压接成型后压力机压力解除后，
钢芯、嵌层铝管、钢管之的压应力；
σ----钢芯接续管压接成型后压力机压力解除前，
钢芯、嵌层铝管、钢管之的压应力；
rfe----钢管压接后内半径；
R----钢芯绞线螺纹中径d2的一半；
dal----嵌层铝管等效厚度；
Efe----钢的杨氏模量；
Eal----铝合金的杨氏模量；
afe----钢的线膨胀系数；
aal----铝的线膨胀系数；
温度降低时：
即接续管运行温度降低量应满足
式(34)中
Fb----导线(或地线)计算破断力；
σ1----铜芯接续管压接成型后压力机压力解除后，
钢芯、嵌层铝管、钢管之间的压应力；
σ----铜芯接续管压接成型后压力机压力解除前，
钢芯、嵌层铝管、钢管之间的压应力；
rfe----钢管压接后内半径；
R----钢芯绞线螺纹中径d2的一半；
dal----嵌层铝管等效厚度；
Efe----钢的杨氏模量；
Eal----铝合金的杨氏模量；
r----钢芯绞线钢丝半径
afe----钢的线膨胀系数；
aal----铝的线膨胀系数。
本发明的有益效果：与现有技术相比，本发明钢管和圆线同心绞架空导线7根绞钢绞线之间增加一层铝合金管，利用铝合金管的高塑形和高静摩擦系数，避免在钢管和圆线同心绞架空导线7根绞钢绞线压接时出现圆线同心绞架空导线7根绞钢绞线被压伤、欠压、松股现象，同时又满足接头的握着力要求，使圆线同心绞架空导线7根绞钢绞线对接压接更容易实施，压接质量更高，压接头可以免无损检测，减低劳动强度和工程费用。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
图2为本发明的结构截面示意图；
图3为本发明的压接后结构示意图；
图4为圆线同心绞架空导线7根绞钢绞线简化模型示意图；
图5为圆线同心绞架空导线7根绞钢绞线纵截面示意图。
具体实施方式
下面结合附图及具体的实施例对本发明进行进一步介绍。
实施例1：如图1-图5所示，一种架空导线7根绞钢绞线对接嵌铝压接结构，包括钢管1和铝合金管2，铝合金管2嵌入到钢管1内，并包裹两对接的圆线同心绞架空导线7根绞钢绞线3，压接钢管1使得铝合金管2紧密贴合圆线同心绞架空导线7根绞钢绞线3形成钢芯接续管。
钢管1和铝合金管2长度相同，均为两个钢芯绞线节距。
实施例2：一种架空导线7根绞钢绞线对接嵌铝压接结构的压接方法，该方法包括以下步骤：
1)将铝合金管嵌入到钢管内；
2)将两对接的圆线同心绞架空导线7根绞钢绞线从铝合金管两端插入，确保两圆线同心绞架空导线7根绞钢绞线插入深度相当；
3)采用压接模具压接钢管，使得铝合金管紧密贴合圆线同心绞架空导线7根绞钢绞线表面且填充钢管和圆线同心绞架空导线7根绞钢绞线间间隙形成钢芯接续管。
新型的圆线同心绞架空导线7根绞钢绞线对接嵌铝压接管，它由外层钢管和内层铝合金管构成，见图1。外层钢管提供圆线同心绞架空导线7根绞钢绞线对接主要的抗张力和接头压力，内层铝合金管提供钢丝嵌入填充材料(见图2)，利用铝合金的高静摩擦系数将接头压力转变为抗张力，提高接头的握着力(见图3)。
由于内层铝合金管硬度低，不会压伤圆线同心绞架空导线7根绞钢绞线，只要模具跟压接管匹配，压接头不会出现欠压、松股现象，可以不用对压接头进行无损检测。
压接管嵌层铝管计算
1、钢芯钢芯绞线螺纹中径为d2计算
按螺栓螺纹参数定义，螺栓螺纹中径d2，常用于几何计算，为一个假想圆柱体的直径，该圆柱的母线上牙型沟槽和凸起宽度相等。则钢芯绞线螺纹中径为d2为图4中大圆O的直径，其半径为R，对于7根钢丝的钢芯绞线，圆O与圆P相交的弧长等于圆O周长的1/12。即
(1)式中
R----钢芯绞线螺纹中径d2的一半；
θ----外层钢丝所割钢芯绞线螺纹中径圆弧角的一半。
圆O方程为
x2+y2＝R2 (2)
x＝Rcosθ (3)
y＝Rsinθ (4)
圆P方程为
(x-2r)2+y2＝r2 (5)
(5)式中
r----钢芯绞线钢丝半径。
用上五个方程立方程组，求得
R＝2.7875r (6)
即
d2＝5.575r (7)
2、压接应力计算
钢芯接续管压接成型后压力机未停时，如图4，钢管内半径为rfe，钢管中心厚度为dfe，钢芯绞线螺纹中径为d2，铝管中径厚度为dal。
根据材料真应力σ与真应变ε的关系
σ＝Eε (8)
(8)式中
E----为材料的杨氏模量
钢芯接续管压接成型后压力机停机移开后，假设铝管壁受压应力为σ1,钢管内半径未rfe+Δrfe，钢管中心厚度为dfe+Δdfe，钢芯绞线螺纹中径圆半径为R+ΔR，铝管中径厚度为dal+Δdal。
钢芯接续管压接成型后压力机压力解除后，这些厚度增量关系为
Δrfe-ΔR＝Δdal (12)
则钢芯接续管压接成型后压力机压力解除后，钢芯、嵌层铝管、钢管之间的压应力为
式(14)中
σ1----钢芯接续管压接成型后压力机压力解除后，
钢芯、嵌层铝管、钢管之的压应力；
σ----钢芯接续管压接成型后压力机压力解除前，
钢芯、嵌层铝管、钢管之的压应力；
rfe----钢管压接后内半径；
R----钢芯绞线螺纹中径d2的一半；
dal----嵌层铝管等效厚度；
Efe----钢的杨氏模量；
Eal----铝合金的杨氏模量。
3、嵌层铝管计算
(1)钢芯接续管压接成型后嵌入圆线同心绞架空导线7根绞钢绞线间的铝材量S
式(15)中
r----钢芯绞线钢丝半径。
(2)嵌入需要的铝管厚度
式(16)中
r----钢芯绞线钢丝半径。
则嵌层铝管厚度为δal
δal＝δq+1(mm) (17)
(3)嵌层铝管外径Dal为
Dal＝6r+1+2δal(mm) (18)
式(18)中
r----钢芯绞线钢丝半径。
(4)嵌层铝管材料：
根据铝合金的屈服强度及抗氧化性，嵌层铝管选用5A05防锈铝制造。
(5)嵌层铝管长度：
根据资料，铝合金与铝合金的静摩擦系数为1.05-1.35，铝合金与低碳钢的静摩擦系数为0.61。对于圆线同心绞架空导线7根绞铝包钢绞线、圆线同心绞架空导线7根绞镀锌钢绞线，都按圆线同心绞架空导线7根绞镀锌钢绞线与铝合金嵌层管静摩擦力计算，嵌层铝管螺纹损坏临界压接长度lqmin为
式(19)中
Fb----导线(或地线)计算破断力；
R----钢芯绞线螺纹中径d2的一半；
d2----钢芯绞线螺纹中径。
经计算，嵌层铝管螺纹损坏临界压接长度lqmin小于钢芯绞线节距，钢芯绞线节距一般为lqmin的3至4倍，因此为了安全起见，嵌层铝管长度取2个钢芯绞线节距(1个钢芯绞线节距为钢芯直径的18倍)。
钢管计算：钢管材质：钢芯接续压接钢管为材料为Q345B，屈服强度为345MPa。
钢管内径：钢芯绞线的接续钢管内径等于嵌层铝管外径。
钢管外径：圆线同心绞架空导线7根绞钢绞线总破断力为Fb,钢管的屈服强度为σsfe，则钢管厚度δfe为
式(20)中
Fb----导线(或地线)计算破断力；
σsfe----钢管屈服强度；
Dal----嵌层铝管外径。
则钢管外径为
Dfe＝Dal+2δfe (21)
钢管的长度：钢管长度与嵌层铝管相同，为2个钢芯绞线节距(1个钢芯绞线节距为钢芯直径的18倍)。
1.模具参数计算：压接模具压接截面面积
2.压接模具压接截面面积
钢芯压接截面积sx
式(22)中
r----钢芯绞线钢丝半径。
嵌层铝管截面sq为
式(23)中
Dal----嵌层铝管外径；
r----钢芯绞线钢丝半径。
钢管截面积sg为
式(24)中
Dfe----钢管外径；
Dal----嵌层铝管外径。
压接模具压接截面面积sy为
sy＝sx+sq+sg (25)
3.正六边形压模边长α为
4.正六边形压模对角线b为
b＝a+2acos60°＝2a (27)
安全运行温度计算：假设接续管安装时环境温度为t0，钢芯及钢管的线膨胀系数为afe，嵌层铝管线膨胀系数为aal,当运行温度为t1时
1.钢芯半径膨胀量
ΔRt＝Rafe(t1-t0) (28)
2.嵌层铝管膨胀量
Δdalt＝dalaal(t1-t0) (29)
3.钢管内径膨胀量
Δrfet＝rfeafe(t1-t0) (30)
5.安全温度
温度升高时:
即接续管运行温度增加量应满足
式(32)中
σ1----铜芯接续管压接成型后压力机压力解除后，
钢芯、嵌层铝管、钢管之间的压应力；
σ----铜芯接续管压接成型后压力机压力解除前，
钢芯、嵌层铝管、钢管之间的压应力；
rfe----钢管压接后内半径；
R----钢芯绞线螺纹中径d2的一半；
dal----嵌层铝管等效厚度；
Efe----钢的杨氏模量；
Eal----铝合金的杨氏模量；
afe----钢的线膨胀系数；
aal----铝的线膨胀系数；
温度降低时：
即接续管运行温度降低量应满足
式(34)中
Fb----导线(或地线)计算破断力；
σ1----铜芯接续管压接成型后压力机压力解除后，
钢芯、嵌层铝管、钢管之间的压应力；
σ----铜芯接续管压接成型后压力机压力解除前，
钢芯、嵌层铝管、钢管之间的压应力；
rfe----钢管压接后内半径；
R----钢芯绞线螺纹中径d2的一半；
dal----嵌层铝管等效厚度；
Efe----钢的杨氏模量；
Eal----铝合金的杨氏模量；
r----钢芯绞线钢丝半径
afe----钢的线膨胀系数；
aal----铝的线膨胀系数。
实例计算
1.钢芯铝绞线参数
2.嵌层铝管参数计算
3.钢管参数计算
4.压模参数计算
5.安全运行温度计算
以上所述，仅为本发明的具体实施方式实例，本发明的保护范围并不局限于此。熟悉该技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易找到变化或替换方式，这些都应涵盖在本发明的保护范围之内。为此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。
Claims (8)
1.一种架空导线7根绞钢绞线对接嵌铝压接结构，其特征在于：包括钢管(1)和铝合金管(2)，铝合金管(2)嵌入到钢管(1)内，并包裹两对接的圆线同心绞架空导线7根绞钢绞线(3)，压接钢管(1)使得铝合金管(2)紧密贴合圆线同心绞架空导线7根绞钢绞线(3)形成钢芯接续管。
2.根据权利要求1所述的一种架空导线7根绞钢绞线对接嵌铝压接结构，其特征在于：钢管(1)和铝合金管(2)长度相同，均为两个钢芯绞线节距。
3.根据权利要求1-2任一所述的一种架空导线7根绞钢绞线对接嵌铝压接结构的压接方法，其特征在于：该方法包括以下步骤：
1)将铝合金管嵌入到钢管内；
2)将两对接的圆线同心绞架空导线7根绞钢绞线从铝合金管两端插入，确保两圆线同心绞架空导线7根绞钢绞线插入深度相当；
3)采用压接模具压接钢管，使得铝合金管紧密贴合圆线同心绞架空导线7根绞钢绞线表面且填充钢管和圆线同心绞架空导线7根绞钢绞线间间隙形成钢芯接续管。
4.根据权利要求3所述的一种架空导线7根绞钢绞线对接嵌铝压接结构的压接方法，其特征在于：压接模具的压接钢管后压接应力：钢芯接续管压接成型后压力机未停时，钢管内半径为rfe，钢管中心厚度为dfe，钢芯绞线螺纹中径为d2，铝管中径厚度为dal；
根据材料真应力σ与真应变ε的关系
σ＝Eε (8)
式(8)中，E----为材料的杨氏模量；
钢芯接续管压接成型后压力机停机移开后，假设铝管壁受压应力为σ1,钢管内半径未rfe+Δrfe，钢管中心厚度为dfe+Δdfe，钢芯绞线螺纹中径圆半径为R+ΔR，铝管中径厚度为dal+Δdal
钢芯接续管压接成型后压力机压力解除后，各个厚度增量关系为
Δrfe-ΔR＝Δdal (12)
则钢芯接续管压接成型后压力机压力解除后，钢芯、嵌层铝管、钢管之间的压应力为
式(14)中：
σ1----钢芯接续管压接成型后压力机压力解除后，
钢芯、嵌层铝管、钢管之的压应力；
σ----钢芯接续管压接成型后压力机压力解除前，
钢芯、嵌层铝管、钢管之的压应力；
rfe----钢管压接后内半径；
R----钢芯绞线螺纹中径d2的一半；
dal----嵌层铝管等效厚度；
Efe----钢的杨氏模量；
Eal----铝合金的杨氏模量。
5.根据权利要求3所述的一种架空导线7根绞钢绞线对接嵌铝压接结构的压接方法，其特征在于：铝管厚度和长度：
(1)钢芯接续管压接成型后嵌入圆线同心绞架空导线7根绞钢绞线间的铝材量s
式(15)中
r----钢芯绞线钢丝半径(mm)。
(2)嵌入需要的铝管厚度
式(16)中
r----钢芯绞线钢丝半径(mm)。
则嵌层铝管厚度为δal
δal＝δq+1 (mm) (17)
(3)嵌层铝管外径Dal为
Dal＝6r+1+2δal (18)
式(18)中
r----钢芯绞线钢丝半径(mm)。
铝合金管(2)长度为两个钢芯绞线节距。
6.根据权利要求3所述的一种架空导线7根绞钢绞线对接嵌铝压接结构的压接方法，其特征在于：钢管厚度δfe为
式(20)中
Fb----导线(或地线)计算破断力；
σsfe----钢管屈服强度；
Dal----嵌层铝管外径。
则钢管外径为
Dfe＝Dal+2δfe (21)。
7.根据权利要求3所述的一种架空导线7根绞钢绞线对接嵌铝压接结构的压接方法，其特征在于：压接模具为：
压接截面面积
钢芯压接截面积sx
式(22)中
r----钢芯绞线钢丝半径。
嵌层铝管截面sq为
式(23)中
Dal----嵌层铝管外径；
r----钢芯绞线钢丝半径。
钢管截面积sg为
式(24)中
Dfe----钢管外径；
Dal----嵌层铝管外径。
压接模具压接截面面积sy为
sy＝sx+sq+sg (25)
正六边形压模边长α为
正六边形压模对角线b为
b＝a+2acos60°＝2a (27) 。
8.根据权利要求3所述的一种架空导线7根绞钢绞线对接嵌铝压接结构的压接方法，其特征在于：钢芯接续管压接成型后安全工作温度范围：
假设接续管安装时环境温度为t0，钢芯及钢管的线膨胀系数为afe，嵌层铝管线膨胀系数为aal,当运行温度为t1时
钢芯半径膨胀量
ΔRt＝Rafe(t1-t0) (28)
嵌层铝管膨胀量
Δdalt＝dalaal(t1-t0) (29)
钢管内径膨胀量
Δrfet＝rfeafe(t1-t0) (30)
安全温度
温度升高时:
即接续管运行温度增加量应满足
式(32)中
σ1----钢芯接续管压接成型后压力机压力解除后，
钢芯、嵌层铝管、钢管之的压应力；
σ----钢芯接续管压接成型后压力机压力解除前，
钢芯、嵌层铝管、钢管之的压应力；
rfe----钢管压接后内半径；
R----钢芯绞线螺纹中径d2的一半；
dal----嵌层铝管等效厚度；
Efe----钢的杨氏模量；
Eal----铝合金的杨氏模量；
afe----钢的线膨胀系数；
aal----铝的线膨胀系数；
温度降低时：
即接续管运行温度降低量应满足
式(34)中
Fb----导线计算破断力；
σ1----铜芯接续管压接成型后压力机压力解除后，
钢芯、嵌层铝管、钢管之间的压应力；
σ----铜芯接续管压接成型后压力机压力解除前，
钢芯、嵌层铝管、钢管之间的压应力；
rfe----钢管压接后内半径；
R----钢芯绞线螺纹中径d2的一半；
dal----嵌层铝管等效厚度；
Efe----钢的杨氏模量；
Eal----铝合金的杨氏模量；
r----钢芯绞线钢丝半径
afe----钢的线膨胀系数；
aal----铝的线膨胀系数。
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