CN112026132A - 一种直流海缆用异型单线模具及其设计方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种直流海缆用异型单线模具,包括定径模具和若干过程模具,若干所述过程模具套从小到大依次套在所述定径模具外侧;相邻的所述定径模具与所述过程模具的截面变化率以及相邻的两所述过程模具的截面变化率均控制在0%~55%;所述定径模具为圆弧形。通过上述方式,本发明一种直流海缆用异型单线模具及其设计方法,该设计方法确定了过程模具的个数、每个模具的平面结构尺寸以及异型单线与铜杆圆心的相对位置关系,保证了拉丝过程中铜杆各个方向都受到均匀的挤塑变形。

Description

一种直流海缆用异型单线模具及其设计方法
技术领域
本发明属于电力电缆领域,具体涉及一种直流海缆用异型单线模具及其设计方法。
背景技术
超高压柔性直流海缆系统是实现远海风电传输的关键技术,高压柔性直流输电相较于高压交流输电具有传输容量大、传输距离远和系统稳定性高等特点,尤其是柔性直流输电系统灵活,易于应对分布式能源随机性潮流,近年来获得了国内外科研院所和海缆厂家的广泛关注。
由于远海风电需要传输的电力容量大、海缆敷设水域深等特点,超高压柔性直流海缆普遍需要用到大截面阻水导体,采用异型单线圆形紧压导体的结构形式,不仅能很好解决大截面导体生产难点,也能够显著提高导体的阻水性能,但目前异型单线生产工艺还不是很成熟,采用挤出方式生产异型单线导体能够保证异型单线的结构尺寸满足设计要求,但生产效率偏低,不能满足大长度海缆的生产要求。
发明内容
本发明主要解决的技术问题是提供一种直流海缆用异型单线模具及其设计方法,能够解决拉拔工艺所需的拉拔模具设计难题。
为解决上述技术问题,本发明采用的一个技术方案是:一种直流海缆用异型单线模具,包括定径模具和若干过程模具,若干所述过程模具套从小到大依次套在所述定径模具外侧;
相邻的所述定径模具与所述过程模具的截面变化率以及相邻的两所述过程模具的截面变化率均控制在0%~55%;
所述定径模具为圆弧形。
在本发明一个较佳实施例中,所述定径模具与所述过程模具的形状相同。
在本发明一个较佳实施例中,所述定径模具与所述过程模具的四个角上均设有圆弧倒角。
一种直流海缆用异型单线模具的设计方法,具体步骤包括:
1)确定所述定径模具的平面结构尺寸:根据客户提供的成品异型单线结构尺寸,从而确定所述定径模具的结构尺寸;
2)确定所述过程模具个数:根据公式(1)计算所需模具个数;
S定径模×(1+X1)×(1+X2)×…(1+Xn)= S铜杆 (1)
其中S定径模为所述定径模具的截面积,n为所需所述过程模具个数,Xn为第n个所述过程模具的截面变化率,从所述铜杆进线到所述定径模具其截面变化率依次是Xn...X2、X1,S铜杆为所述铜杆的截面积;
3)确定每个所述过程模的平面结构尺寸:每个所述过程模具的平面结构尺寸为由上一个所述定径模具或者所述过程模具上下左右等径扩大而得;
4)确定所述异型单线与所述铜杆圆心的相对位置:根据已知成品异型单线结构尺寸,计算出铜杆圆心O点位置关系,首先以点B为坐标系原点,通过公式(2)、(3)和(4)分别计算出位于B点侧的所述异型单线外圆弧端点与B点的水平距离、B点到所述异型单线对称轴的垂直距离位于B点侧的所述异型单线外圆弧端点与B点的垂直距离;
AN=(R2- R1)sinθ (2)
BM= R1sinθ (3)
BN=(R2- R1)cosθ (4)
其中θ为所述异型单线的一侧边与其对称轴的夹角,R1为所述异型单线内圆弧的半径,R2为所述异型单线外圆弧的半径,则A点坐标为(-(R2-R1)sinθ,(R2-R1)cosθ),为了使得所述异型单线与所述铜杆圆心位置重合,所述铜杆圆心必然在所述异型单线对称轴上,设O点坐标为(R1sinθ,y),根据O、A、B点坐标根据公式(5)和(6)可以求出OA、OB的长度;
OA=
Figure DEST_PATH_IMAGE001
(5)
OB=
Figure 275736DEST_PATH_IMAGE002
(6)
当所述异型单线整体处于所述铜杆圆心位置时,AC=BD,即OA=OB,通过公式(7)可以求得O点的纵坐标y;
y=
Figure DEST_PATH_IMAGE003
(7)
计算得O点坐标为(R1sinθ,
Figure 848538DEST_PATH_IMAGE003
),此时所述异型单线中心位置与所述铜杆圆心位置重合。
在本发明一个较佳实施例中,所述步骤1)中所述定径模具的结构尺寸与成品所述异型单线的结构尺寸相同。
在本发明一个较佳实施例中,所述步骤2)中所述铜杆的截面积大小根据已知成品异型单线结构尺寸选择。
在本发明一个较佳实施例中,所述步骤2)中相邻所述过程模具的截面变化率Xn∈(0,55%)。
在本发明一个较佳实施例中,所述步骤2)中为了计算方便,假设X1= X2=…=Xn=30%,公式(1)简化成S定径模×
Figure 517417DEST_PATH_IMAGE004
= S铜杆,从而计算后取整得到n,然后根据靠近所述铜杆进线处截面变化率大,靠近所述定径模具处截面变化率小的原则,微调X1、 X2、…Xn的数值,使其满足原来的公式(1),然后再根据步骤3)确定每个所述过程模具的平面结构尺寸。
在本发明一个较佳实施例中,所述步骤3)中相邻模具间的所述圆弧倒角部分扩大2-3倍。
在本发明一个较佳实施例中,所述步骤3)中最外层的所述过程模具的四个所述圆弧倒角根据实际尺寸进行调节,使得所述过程模具的四所述圆弧倒角均在所述铜杆的圆形截面内。
本发明的有益效果是:本发明一种直流海缆用异型单线模具及其设计方法,该设计方法确定了过程模具的个数、每个模具的平面结构尺寸以及异型单线与铜杆圆心的相对位置关系,保证了拉丝过程中铜杆各个方向都受到均匀的挤塑变形。
附图说明
图1为一种直流海缆用异型单线模具及其设计方法的铜杆拉制示意图。
图2为一种直流海缆用异型单线模具及其设计方法的异型单线与铜杆圆形截面的相对位置关系图。
图3为一种直流海缆用异型单线模具及其设计方法的模具的位置示意图。
图4为一种直流海缆用异型单线模具及其设计方法其中一实施例中模具的结构示意图。
附图中各部件的标记如下:1、铜杆;2、定径模具;3、过程模具;4、异形导体。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的较佳实施例进行详细阐述,以使本发明的优点和特征能更易于被本领域技术人员理解,从而对本发明的保护范围做出更为清楚明确的界定。
请参阅图1至图4,本发明实施例包括:一种直流海缆用异型单线模具,包括定径模具2和若干过程模具3,若干所述过程模具3套从小到大依次套在所述定径模具2外侧,铜杆1在拉制成异型单线4单丝时,需要经过多道模具,慢慢的把圆形的所述铜杆1拉制成规定的结构,越靠近所述定径模具2的截面变化率越小,越靠近所述铜杆1进线处的截面变化率越大。
相邻的所述定径模具2与所述过程模具3的截面变化率以及相邻的两所述过程模具3的截面变化率均控制在0%~55%。
所述定径模具2为圆弧形,所述定径模具2与所述过程模具3的形状相同,所述定径模具2与所述过程模具3的四个角上均设有圆弧倒角,所述圆弧倒角可以避免所述异型单线44加工过程中损坏模具。
一种直流海缆用异型单线4模具的设计方法,具体步骤包括:
1)确定所述定径模具2的平面结构尺寸:根据客户提供的成品异型单线4结构尺寸,从而确定所述定径模具2的结构尺寸,所述定径模具2的结构尺寸与成品所述异型单线4的结构尺寸相同。
2)确定所述过程模具3个数:根据公式(1)计算所需模具个数;
S定径模×(1+X1)×(1+X2)×…(1+Xn)= S铜杆1 (1)
其中S定径模为所述定径模具2的截面积,n为所需所述过程模具3个数,Xn为第n个所述过程模具3的截面变化率,相邻所述过程模具3的截面变化率Xn∈(0,55%),从所述铜杆1进线到所述定径模具2其截面变化率依次是Xn...X2、X1,S铜杆1为所述铜杆1的截面积,所述铜杆1的截面积大小根据已知成品异型单线4结构尺寸选择;
3)确定每个所述过程模的平面结构尺寸:每个所述过程模具3的平面结构尺寸为由上一个所述定径模具2或者所述过程模具3上下左右等径扩大而得,使得所述铜杆1各个方向都受到均匀的挤塑变形。
相邻模具间的所述圆弧倒角部分扩大2-3倍,最外层的所述过程模具3的四个所述圆弧倒角根据实际尺寸进行调节,使得所述过程模具3的四所述圆弧倒角均在所述铜杆1的圆形截面内。
4)确定所述异型单线4与所述铜杆1圆心的相对位置:由于所述异型单线4结构是圆弧形,其中心位置与所述铜杆1圆心不一定是重合的,为了所述异型单线4整体处于所述铜杆1圆形截面的最中心位置,实现所述异型单线4每处都受到挤压变形,需要使得所述异型单线4中心位置与所述铜杆1圆心位置重合,根据已知成品异型单线4结构尺寸,计算出铜杆1圆心O点位置关系,首先以点B为坐标系原点,通过公式(2)、(3)和(4)分别计算出位于B点侧的所述异型单线4外圆弧端点与B点的水平距离、B点到所述异型单线4对称轴的垂直距离位于B点侧的所述异型单线4外圆弧端点与B点的垂直距离;
AN=(R2- R1)sinθ (2)
BM= R1sinθ (3)
BN=(R2- R1)cosθ (4)
其中θ为所述异型单线4的一侧边与其对称轴的夹角,R1为所述异型单线4内圆弧的半径,R2为所述异型单线4外圆弧的半径,则A点坐标为(-(R2-R1)sinθ,(R2-R1)cosθ),为了使得所述异型单线4与所述铜杆1圆心位置重合,所述铜杆1圆心必然在所述异型单线4对称轴上,设O点坐标为(R1sinθ,y),根据O、A、B点坐标根据公式(5)和(6)可以求出OA、OB的长度;
OA=
Figure 323830DEST_PATH_IMAGE001
(5)
OB=
Figure 78159DEST_PATH_IMAGE002
(6)
当所述异型单线4整体处于所述铜杆1圆心位置时,AC=BD,即OA=OB,通过公式(7)可以求得O点的纵坐标y;
y=
Figure 877488DEST_PATH_IMAGE003
(7)
计算得O点坐标为(R1sinθ,
Figure 400873DEST_PATH_IMAGE003
),此时所述异型单线4中心位置与所述铜杆1圆心位置重合。
本实施例中,采用φ8.0mm的所述铜杆1,客户提供的成品所述异型单线4结构尺寸为R1=21.83mm,R2=26.79mm,L1=6.53mm,r1=0.3mm,其中L为外圆弧两端点的距离,L=,r为倒角。
为了计算方便,假设X1= X2=…=Xn=30%,公式(1)简化成S定径模×
Figure 142302DEST_PATH_IMAGE004
= S铜杆1,从而计算后取整得到n=2。
然后根据靠近所述铜杆1进线处截面变化率大,靠近所述定径模具2处截面变化率小的原则,微调X1和X2的数值,使其满足原来的公式(1),然后再根据步骤3)确定每个所述过程模具3的平面结构尺寸。
其中所述定径模具2的尺寸为R1=21.83mm,R2=26.79mm,L1=6.53mm,r1=0.3mm。
第一所述过程模具3的尺寸为R3=22.45mm,R4=28mm,L2=6.75mm,r2=0.6mm。
第二所述过程模具3的尺寸为R5=24mm,R6=31mm,L3=7.45mm,r3=2mm。
与现有技术相比,本发明一种直流海缆用异型单线模具及其设计方法,该设计方法确定了过程模具的个数、每个模具的平面结构尺寸以及异型单线与铜杆圆心的相对位置关系,保证了拉丝过程中铜杆各个方向都受到均匀的挤塑变形。
在电缆生产过程中,因为圆形单丝的对称性,圆形单丝的拉丝模具设计相对简单,不能用来指导异型单线拉丝模具的设计,本设计方法采用异型单线圆型紧压导体形式,能够显著提高导体的紧压系数,提高导体的阻水性能,目前异型单线采用挤出方法生产,生产效率偏低,采用拉丝工艺生产能够显著提高异型单线生产效率。
在本发明的描述中,需要说明的是,术语“上”、“下”、“左”、“右”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系,或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系,仅是为了便于描述本发明和简化描述,而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作,因此不能理解为对本发明的限制。
以上所述仅为本发明的实施例,并非因此限制本发明的专利范围,凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换,或直接或间接运用在其他相关的技术领域,均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (10)

1.一种直流海缆用异型单线模具,其特征在于,包括定径模具和若干过程模具,若干所述过程模具套从小到大依次套在所述定径模具外侧;
相邻的所述定径模具与所述过程模具的截面变化率以及相邻的两所述过程模具的截面变化率均控制在0%~55%;
所述定径模具为圆弧形。
2.根据权利要求1所述的一种直流海缆用异型单线模具,其特征在于:所述定径模具与所述过程模具的形状相同。
3.根据权利要求1所述的一种直流海缆用异型单线模具,其特征在于:所述定径模具与所述过程模具的四个角上均设有圆弧倒角。
4.一种如权利要求1所述的一种直流海缆用异型单线模具的设计方法,其特征在于:具体步骤包括:
1)确定所述定径模具的平面结构尺寸:根据客户提供的成品异型单线结构尺寸,从而确定所述定径模具的结构尺寸;
2)确定所述过程模具个数:根据公式(1)计算所需模具个数;
S定径模×(1+X1)×(1+X2)×…(1+Xn)= S铜杆 (1)
其中S定径模为所述定径模具的截面积,n为所需所述过程模具个数,Xn为第n个所述过程模具的截面变化率,从所述铜杆进线到所述定径模具其截面变化率依次是Xn...X2、X1,S铜杆为所述铜杆的截面积;
3)确定每个所述过程模的平面结构尺寸:每个所述过程模具的平面结构尺寸为由上一个所述定径模具或者所述过程模具上下左右等径扩大而得;
4)确定所述异型单线与所述铜杆圆心的相对位置:根据已知成品异型单线结构尺寸,计算出铜杆圆心O点位置关系,首先以点B为坐标系原点,通过公式(2)、(3)和(4)分别计算出位于B点侧的所述异型单线外圆弧端点与B点的水平距离、B点到所述异型单线对称轴的垂直距离位于B点侧的所述异型单线外圆弧端点与B点的垂直距离;
AN=(R2- R1)sinθ (2)
BM= R1sinθ (3)
BN=(R2- R1)cosθ (4)
其中θ为所述异型单线的一侧边与其对称轴的夹角,R1为所述异型单线内圆弧的半径,R2为所述异型单线外圆弧的半径,则A点坐标为(-(R2-R1)sinθ,(R2-R1)cosθ),为了使得所述异型单线与所述铜杆圆心位置重合,所述铜杆圆心必然在所述异型单线对称轴上,设O点坐标为(R1sinθ,y),根据O、A、B点坐标根据公式(5)和(6)可以求出OA、OB的长度;
OA=
Figure DEST_PATH_IMAGE002
(5)
OB=
Figure DEST_PATH_IMAGE004
(6)
当所述异型单线整体处于所述铜杆圆心位置时,AC=BD,即OA=OB,通过公式(7)可以求得O点的纵坐标y;
y=
Figure DEST_PATH_IMAGE006
(7)
计算得O点坐标为(R1sinθ,
Figure 677507DEST_PATH_IMAGE006
),此时所述异型单线中心位置与所述铜杆圆心位置重合。
5.根据权利要求4所述的一种直流海缆用异型单线模具的设计方法,其特征在于:所述步骤1)中所述定径模具的结构尺寸与成品所述异型单线的结构尺寸相同。
6.根据权利要求4所述的一种直流海缆用异型单线模具的设计方法,其特征在于:所述步骤2)中所述铜杆的截面积大小根据已知成品异型单线结构尺寸选择。
7.根据权利要求4所述的一种直流海缆用异型单线模具的设计方法,其特征在于:所述步骤2)中相邻所述过程模具的截面变化率Xn∈(0,55%)。
8.根据权利要求4所述的一种直流海缆用异型单线模具的设计方法,其特征在于:所述步骤2)中为了计算方便,假设X1= X2=…=Xn=30%,公式(1)简化成S定径模×
Figure DEST_PATH_IMAGE008
=S铜杆,从而计算后取整得到n,然后根据靠近所述铜杆进线处截面变化率大,靠近所述定径模具处截面变化率小的原则,微调X1、 X2、…Xn的数值,使其满足原来的公式(1),然后再根据步骤3)确定每个所述过程模具的平面结构尺寸。
9.根据权利要求4所述的一种直流海缆用异型单线模具的设计方法,其特征在于:所述步骤3)中相邻模具间的所述圆弧倒角部分扩大2-3倍。
10.根据权利要求4所述的一种直流海缆用异型单线模具的设计方法,其特征在于:所述步骤3)中最外层的所述过程模具的四个所述圆弧倒角根据实际尺寸进行调节,使得所述过程模具的四所述圆弧倒角均在所述铜杆的圆形截面内。
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