CN109740271B - 一种架空导线钢绞线对接嵌铝压接后工作温度评价方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种架空导线钢绞线对接嵌铝压接后工作温度评价方法，该方法为：钢芯接续管压接成型后安全工作温度范围：通过计算钢芯半径膨胀量、嵌层铝管膨胀量、钢管内径膨胀量，从而计算温度升高时的增加量以及温度降低时的温度减少量，获得压接头的合理温度工作范围，本发明通过对架空导线钢绞线对接嵌铝压接后的压接头进行温度评价，获得合理的作用范围，确保压接头工作的稳定性和可靠性，同时也大大提高压接头的使用寿命。

Description

一种架空导线钢绞线对接嵌铝压接后工作温度评价方法

技术领域

本发明属于圆线同心绞架空导线钢绞线压接技术领域，具体涉及一种架空导线钢绞线对接嵌铝压接后工作温度评价方法。

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根绞或19根绞)钢绞线(或铝包圆线同心绞架空导线(7根绞或19根绞)钢绞线)接头均用钢管直接套住圆线同心绞架空导线钢绞线液压连接，如果钢管与圆线同心绞架空导线钢绞线硬度不匹配、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。压接后的工作温度范围将会对压接头工作产生重大影响，并未有现有对其进行评价。

发明内容

本发明解决的技术问题是：提供一种架空导线钢绞线对接嵌铝压接后工作温度评价方法，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：一种架空导线钢绞线对接嵌铝压接后工作温度评价方法，该方法为：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a_fe，嵌层铝管线膨胀系数为a_al,当运行温度为t₁时

钢芯半径膨胀量

ΔR_t＝Ra_fe(t₁-t₀) (28)

嵌层铝管膨胀量

Δd_alt＝d_ala_al(t₁-t₀) (29)

钢管内径膨胀量

Δr_fet＝r_fea_fe(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；

r_fe----钢管压接后内半径；

R----钢芯绞线螺纹中径d₂的一半；

d_al----嵌层铝管等效厚度；

E_fe----钢的杨氏模量；

E_al----铝合金的杨氏模量；

a_fe----钢的线膨胀系数；

a_al----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

F_b----导线(或地线)计算破断力；

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、钢管之间的压应力；

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、钢管之间的压应力；

r_fe----钢管压接后内半径；

R----钢芯绞线螺纹中径d₂的一半；

d_al----嵌层铝管等效厚度；

E_fe----钢的杨氏模量；

E_al----铝合金的杨氏模量；

r----钢芯绞线钢丝半径

a_fe----钢的线膨胀系数；

a_al----铝的线膨胀系数。

本发明的有益效果：与现有技术相比，本发明通过对架空导线钢绞线对接嵌铝压接后的压接头进行温度评价，获得合理的作用范围，确保压接头工作的稳定性和可靠性，同时也大大提高压接头的使用寿命。

附图说明

图1为绞钢绞线对接嵌铝压接结构示意图；

图2为绞钢绞线对接嵌铝压接结构截面示意图；

图3为绞钢绞线对接嵌铝压接后结构示意图；

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1：一种架空导线钢绞线对接嵌铝压接后工作温度评价方法，该方法为：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a_fe，嵌层铝管线膨胀系数为a_al,当运行温度为t₁时

钢芯半径膨胀量

ΔR_t＝Ra_fe(t₁-t₀) (28)

嵌层铝管膨胀量

Δd_alt＝d_ala_al(t₁-t₀) (29)

钢管内径膨胀量

Δr_fet＝r_fea_fe(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；

r_fe----钢管压接后内半径；

R----钢芯绞线螺纹中径d₂的一半；

d_al----嵌层铝管等效厚度；

E_fe----钢的杨氏模量；

E_al----铝合金的杨氏模量；

a_fe----钢的线膨胀系数；

a_al----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

F_b----导线(或地线)计算破断力；

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、钢管之间的压应力；

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、钢管之间的压应力；

r_fe----钢管压接后内半径；

R----钢芯绞线螺纹中径d₂的一半；

d_al----嵌层铝管等效厚度；

E_fe----钢的杨氏模量；

E_al----铝合金的杨氏模量；

r----钢芯绞线钢丝半径

a_fe----钢的线膨胀系数；

a_al----铝的线膨胀系数。

实施例2：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。

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。

实施例3：一种架空导线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r_fe，钢管中心厚度为d_fe，钢芯绞线螺纹中径为d₂，铝管中径厚度为d_al。

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r_fe+Δr_fe，钢管中心厚度为d_fe+Δd_fe，钢芯绞线螺纹中径圆半径为R+ΔR，铝管中径厚度为d_al+Δd_al。

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

Δr_fe-ΔR＝Δd_al (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；

r_fe----钢管压接后内半径；

R----钢芯绞线螺纹中径d₂的一半；

d_al----嵌层铝管等效厚度；

E_fe----钢的杨氏模量；

E_al----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δ_al

δ_al＝δ_q+1(mm) (17)

(3)嵌层铝管外径D_al为

D_al＝6r+1+2δ_al(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l_qmin为

式(19)中

F_b----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l_qmin小于钢芯绞线节距，钢芯绞线节距一般为l_qmin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F_b,钢管的屈服强度为σ_sfe，则钢管厚度δ_fe为

式(20)中

F_b----导线(或地线)计算破断力；

σ_sfe----钢管屈服强度；

D_al----嵌层铝管外径。

则钢管外径为

D_fe＝D_al+2δ_fe (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s_x

式(22)中

r----钢芯绞线钢丝半径。

嵌层铝管截面s_q为

式(23)中

D_al----嵌层铝管外径；

r----钢芯绞线钢丝半径。

钢管截面积s_g为

式(24)中

D_fe----钢管外径；

D_al----嵌层铝管外径。

压接模具压接截面面积s_y为

s_y＝s_x+s_q+s_g (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a_fe，嵌层铝管线膨胀系数为a_al,当运行温度为t₁时

1.钢芯半径膨胀量

ΔR_t＝Ra_fe(t₁-t₀) (28)

2.嵌层铝管膨胀量

Δd_alt＝d_ala_al(t₁-t₀) (29)

3.钢管内径膨胀量

Δr_fet＝r_fea_fe(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----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；

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、钢管之间的压应力；

r_fe----钢管压接后内半径；

R----钢芯绞线螺纹中径d₂的一半；

d_al----嵌层铝管等效厚度；

E_fe----钢的杨氏模量；

E_al----铝合金的杨氏模量；

a_fe----钢的线膨胀系数；

a_al----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

F_b----导线(或地线)计算破断力；

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、钢管之间的压应力；

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、钢管之间的压应力；

r_fe----钢管压接后内半径；

R----钢芯绞线螺纹中径d₂的一半；

d_al----嵌层铝管等效厚度；

E_fe----钢的杨氏模量；

E_al----铝合金的杨氏模量；

r----钢芯绞线钢丝半径

a_fe----钢的线膨胀系数；

a_al----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 (1)

1.一种架空导线钢绞线对接嵌铝压接后工作温度评价方法，其特征在于：该方法为：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a_fe，嵌层铝管线膨胀系数为a_al,当运行温度为t₁时

钢芯半径膨胀量

ΔR_t＝Ra_fe(t₁-t₀) (28)

嵌层铝管膨胀量

Δd_alt＝d_ala_al(t₁-t₀) (29)

钢管内径膨胀量

Δr_fet＝r_fea_fe(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；

r_fe----钢管压接后内半径；

R----钢芯绞线螺纹中径d₂的一半；

d_al----嵌层铝管等效厚度；

E_fe----钢的杨氏模量；

E_al----铝合金的杨氏模量；

a_fe----钢的线膨胀系数；

a_al----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

F_b----导线计算破断力；

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、钢管之间的压应力；

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、钢管之间的压应力；

r_fe----钢管压接后内半径；

R----钢芯绞线螺纹中径d₂的一半；

d_al----嵌层铝管等效厚度；

E_fe----钢的杨氏模量；

E_al----铝合金的杨氏模量；

r----钢芯绞线钢丝半径

a_fe----钢的线膨胀系数；

a_al----铝的线膨胀系数。

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