CN113856979B - 一种适用于大面积绝缘子的柔性分区涂覆装置 - Google Patents

一种适用于大面积绝缘子的柔性分区涂覆装置 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种适用于大面积绝缘子的柔性分区涂覆装置，包括箱体及安装于箱体内的运动控制单元、绝缘子转动单元、三维运动单元及喷头运动单元。本发明在接地电极附近涂覆具有较低电导率的涂料以抑制电荷注入，在绝缘子的非平面区涂覆高电导率涂料，使电荷消散加快，而具有非线性电导特性的涂层涂覆在两者之间，且该柔性涂覆装置操作简单，涂层的厚度和均匀性得到改善，适用于对绝缘子进行大面积涂覆，解决了手工分区刷涂的操作不便问题。

Description

一种适用于大面积绝缘子的柔性分区涂覆装置
技术领域
本发明属于高电压与绝缘技术领域，涉及一种适用于大面积绝缘子的柔性分区涂覆装置。
背景技术
随着我国城市化进程的不断加速，特高压直流输电技术的建设亟需向着设备紧凑、环境高效、限制干扰的方向开展，这就对输电通道利用、跨区输电能力与配置资源优化提出了更高的要求。气体绝缘金属封闭开关电器(GasInsulatedSwitchgear，GIS)与气体绝缘金属封闭输电线路(GasInsulatedMetalEnclosedTransmissionLine，GIL)是采用SF6及其混合气体作为气体绝缘介质的刚性封闭电力传输设备，在大容量、长距离电能输送与区域联网工程建设中应用日益广泛，这归功于其占地面积小、传输损耗少、运行可靠性高、环境适应性强等优点。GIS与GIL因其良好的灵活性、适应性、互动性成为可代替架空线路、电力电缆等传统输电方式的更优解决方案，但在直流输电领域中关于GIS与GIL的研发工作与工程应用相对于交流电网仍存在欠缺，特高压直流工程建设任重道远。
制约直流电压作用下GIS、GIL绝缘性能提升的关键在于，随着GIS、GIL设备运行时间增长与电压等级的提高，其内部绝缘子的沿面闪络故障发生概率大大增加，进而影响直流输电系统可靠性。目前普遍认为，绝缘子表面电荷是制约电气设备绝缘性能的关键因素之一。其一，当绝缘子长期运行于同轴布置电极形成的直流电场环境中时，由于电极接触注入、局部放电、场致发射、绝缘子介电特性分布不均匀等多重原因产生大量电荷，这些电荷在电场作用下向绝缘子表面移动，形成表面电荷积累。表面电荷的显著积聚一方面会畸变绝缘子附近电场，致使局部放电的发生；另一方面，表面电荷会作为种子电荷参与绝缘子沿面放电的发展过程，大大降低绝缘子的介电强度。
因此，为保障电气电子设备的绝缘安全，需要在绝缘子表面进行涂层涂覆，以达到绝缘子表面电荷的效果，因此有必要研发一种绝缘子表面涂覆的装置。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种适用于大面积绝缘子的柔性分区涂覆装置，在接地电极附近涂覆具有较低电导率的涂料以抑制电荷注入，在绝缘子的非平面区涂覆高电导率涂料，使电荷消散加快，而具有非线性电导特性的涂层涂覆在两者之间，且该柔性涂覆装置操作简单，涂层的厚度和均匀性得到改善，适用于对绝缘子进行大面积涂覆，解决了手工分区刷涂的操作不便问题。
本发明解决其技术问题是通过以下技术方案实现的：
一种适用于大面积绝缘子的柔性分区涂覆装置，其特征在于：包括箱体及安装于箱体内的运动控制单元、绝缘子转动单元、三维运动单元及喷头运动单元，所述运动控制单元包括DSP控制器及与DSP控制器相连的上位机，所述绝缘子转动单元及三维运动单元通过低压控制线接口均连接至所述DSP控制器，所述绝缘子转动单元及三维运动单元均设置于所述箱体底端的底座上，所述喷头运动单元设置于所述三维运动单元上。
而且，所述绝缘子转动单元包括绝缘子旋转台及绝缘子支架，所述绝缘子旋转台安装在所述底座上，所述绝缘子支架通过螺丝固定安装在所述绝缘子旋转台上，所述绝缘子支架上端通过转轴转动安装有绝缘子翻转台，所述绝缘子翻转台上设置有绝缘子固定外壳，所述绝缘子支架上放置绝缘子，所述绝缘子旋转台端部连接有电机及手动复位旋钮。
而且，所述绝缘子旋转台上设置有角度传感器。
而且，所述三维运动单元包括导轨支架、主动导轨、从动导轨、连接导带、横梁导轨、支架及刷子旋转台，所述导轨支架安装在所述底座上，所述导轨支架两端对称固定安装所述主动导轨及从动导轨，所述主动导轨及从动导轨的底端滚轮处通过连接导带连接，所述主动导轨的一端连接有导轨电机，所述主动导轨与从动导轨之间的主从同步滑台上连接有横梁导轨，所述横梁导轨的横梁滑台上连接有刷子旋转台，所述刷子旋转台上安装有刷子。
而且，所述主动导轨及从动导轨上均设置有位置传感器。
而且，所述刷子旋转台上设置有测厚传感器。
而且，所述喷头运动单元包括导轨、喷头、涂料导管及涂料容器，所述横梁滑台上安装所述导轨，所述导轨上滑动安装若干所述喷头，若干所述喷头通过涂料导管连接至所述涂料容器。
而且，所述涂料导管上设置有流量控制器。
本发明的优点和有益效果为；
1、本发明的适用于大面积绝缘子的柔性分区涂覆装置，可以实现控制刷子的平动、转动，以及绝缘子的平面转动和翻转，利用最少的电机使装置达到多维度空间可控，能够适用于轴对称的各种形状绝缘子表面的涂覆。
2、本发明的适用于大面积绝缘子的柔性分区涂覆装置，控制器通过相应导轨、电机对刷子进行精确控制，导轨上装设位置传感器和涂层超声波测厚传感器，旋转台上有角度传感器，可以实时反映滑台及转台的位置、角度以及涂覆涂层的厚度信息，位置精度可达0.01mm以内，角度精度可达0.1″以内，测定厚度精度可达0.001mm，可以准确确定涂覆的区域，保证涂覆后涂层的均匀性。
3、本发明的适用于大面积绝缘子的柔性分区涂覆装置，控制程序由上位机编写，后下载到DSP控制器中完成运动控制，适用于各种区域划分的涂覆要求，且上位机可通过数据采集卡到连接传感器自动读数，自动控制喷头的启停以及后续动作，自动化程度高免去了复杂的人工操作。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
图2为本发明绝缘子转动单元的结构示意图(放置绝缘子)；
图3为本发明三维运动单元的结构示意图；
图4为本发明喷头运动单元的结构示意图；
图5为圆盘绝缘子的结构示意图。
附图标记说明
1-绝缘子固定外壳，2-绝缘子翻转台，3-转轴，4-待涂覆绝缘子，5-绝缘子支架，6-绝缘子旋转台，7-角度传感器，8-电机，9-手动复位旋钮，10-导轨支架，11-主动导轨，12-从动导轨，13-横梁导轨，14-位置传感器，15-导轨电机，16-连接导带，17-主从同步滑台，18-横梁滑台，19-刷子旋转台，20-刷子，21-测厚传感器，22-喷头运动单元，23-导轨，24-喷头，25-涂料导管，26-流量控制器，27-涂料容器。
具体实施方式
下面通过具体实施例对本发明作进一步详述，以下实施例只是描述性的，不是限定性的，不能以此限定本发明的保护范围。
如图1所示，一种适用于大面积绝缘子的柔性分区涂覆装置，其创新之处在于：包括箱体及安装于箱体内的运动控制单元、绝缘子转动单元、三维运动单元及喷头运动单元，所述运动控制单元包括DSP控制器及与DSP控制器相连的上位机，所述绝缘子转动单元及三维运动单元通过低压控制线接口均连接至所述DSP控制器，所述绝缘子转动单元及三维运动单元均设置于所述箱体底端的底座上，所述喷头运动单元设置于所述三维运动单元上。
如图2所示，绝缘子转动单元包括绝缘子旋转台6及绝缘子支架5，所述绝缘子旋转台安装在所述底座上，所述绝缘子支架通过螺丝固定安装在所述绝缘子旋转台上，所述绝缘子支架上端通过转轴3转动安装有绝缘子翻转台2，所述绝缘子翻转台上设置有绝缘子固定外壳1，所述绝缘子支架上放置待涂覆绝缘子4，所述绝缘子旋转台端部连接有电机8及手动复位旋钮9。
绝缘子旋转台上设置有角度传感器7，可以实时得知绝缘子旋转台的转动角度，可精确到0.1″以内，确保涂覆的区域，保证涂覆精度。
如图3所示，三维运动单元包括导轨支架10、主动导轨11、从动导轨12、连接导带、横梁导轨13、支架及刷子旋转台，所述导轨支架安装在所述底座上，所述导轨支架两端对称固定安装所述主动导轨及从动导轨，所述主动导轨及从动导轨的底端滚轮处通过连接导带16连接，所述主动导轨的一端连接有导轨电机15，所述主动导轨与从动导轨之间的主从同步滑台17上连接有横梁导轨，所述横梁导轨的横梁滑台18上连接有刷子旋转台19，所述刷子旋转台上安装有刷子20。
主动导轨及从动导轨上均设置有位置传感器14，刷子旋转台上设置有测厚传感器21，可实时反映滑台及转台的位置及涂覆涂层的厚度信息，位置精度可达0.01mm以内，测定厚度精度可达0.001mm，可以准确确定涂覆的区域，保证涂覆后涂层的均匀性。
如图4所示，喷头运动单元22包括导轨23、喷头24、涂料导管25及涂料容器27，所述横梁滑台上安装所述导轨，所述导轨上滑动安装若干所述喷头，若干所述喷头通过涂料导管连接至所述涂料容器，涂料导管上设置有流量控制器26。
进行涂覆时，绝缘子转动单元和三维运动单元通过低压控制线接口分别连接到两个DSP控制器上，绝缘子接地连接支架通过接地电极法兰与地线相连，测厚传感器进行实时监测，当涂覆厚度超过阈值时，控制关闭喷头上的阀门，同时当一个旋转周期内所有采样点都在阈值范围内时，控制绝缘子转动单元停止运行，进行下一步动作。
通过控制刷子的三维运动单元来进行不同涂料的分区涂覆，根据不同要求，可在各种不同形状的绝缘子上进行大面积的柔性分区涂覆，在绝缘子表面划分好涂覆区域后，通过控制喷头、刷子运动单元配合运动实现不同区域涂覆不同材料。
如图5所示为一种圆盘绝缘子，表面柔性涂覆的区域可以划分为A、B、C三个区，例如当需求为减少电荷的表面积聚时，A区域涂覆高电导率涂层，B区域涂覆过渡的非线性电导率涂层、C区域涂覆低电导率涂层，不同区域涂覆不同涂料。
首先划分好涂覆区域，据此编写绝缘子、刷子的转动程序，然后启动DSP控制器，令DSP根据编写的程序进行控制，再根据位置传感器发回的刷子位置信息，在线核校刷子位置使其与绝缘子表面垂直并保持一定距离，完成如下运动的闭环控制：首先刷子从地电极附近开始涂覆，即进行C区域的涂覆，喷头喷出涂料后，用刷子蘸取涂料并将其涂均匀，然后令刷子在绝缘子的径向上每隔一段固定距离选取一个点，并在每个位置停留一定时间，同时在刷子停留期间控制绝缘子以一定的角速度匀速转动一周。绝缘子匀速转动时，刷子即可完成对其扫过的圆环状区域的表面涂覆，同时旁边的测厚传感器进行测量(精度0.001mm)，如果厚度达到设定的阈值(可设定厚度为100μm、200μm、300μm、400μm)，当此时涂层的厚度与设定的厚度之差大于10μm时，导轨电机控制刷子向上运动，停止涂覆。然后进行B区域涂覆，重复上述过程，最后进行A区域的涂覆，如此重复直至完成绝缘子的上表面的涂覆，然后控制DSP控制器使绝缘子旋转180度，重复上述过程进行下表面的涂覆。
尽管为说明目的公开了本发明的实施例和附图，但是本领域的技术人员可以理解：在不脱离本发明及所附权利要求的精神和范围内，各种替换、变化和修改都是可能的，因此，本发明的范围不局限于实施例和附图所公开的内容。

Claims (1)

1.一种适用于大面积绝缘子的柔性分区涂覆装置，其特征在于：包括箱体及安装于箱体内的运动控制单元、绝缘子转动单元、三维运动单元及喷头运动单元，所述运动控制单元包括DSP控制器及与DSP控制器相连的上位机，所述绝缘子转动单元及三维运动单元通过低压控制线接口均连接至所述DSP控制器，所述绝缘子转动单元及三维运动单元均设置于所述箱体底端的底座上，所述喷头运动单元设置于所述三维运动单元上；
所述绝缘子转动单元包括绝缘子旋转台及绝缘子支架，所述绝缘子旋转台安装在所述底座上，所述绝缘子支架通过螺丝固定安装在所述绝缘子旋转台上，所述绝缘子支架上端通过转轴转动安装有绝缘子翻转台，所述绝缘子翻转台上设置有绝缘子固定外壳，所述绝缘子支架上放置绝缘子，所述绝缘子旋转台端部连接有电机及手动复位旋钮；
所述绝缘子旋转台上设置有角度传感器；
所述三维运动单元包括导轨支架、主动导轨、从动导轨、连接导带、横梁导轨、支架及刷子旋转台，所述导轨支架安装在所述底座上，所述导轨支架两端对称固定安装所述主动导轨及从动导轨，所述主动导轨及从动导轨的底端滚轮处通过连接导带连接，所述主动导轨的一端连接有导轨电机，所述主动导轨与从动导轨之间的主从同步滑台上连接有横梁导轨，所述横梁导轨的横梁滑台上连接有刷子旋转台，所述刷子旋转台上安装有刷子；
所述主动导轨及从动导轨上均设置有位置传感器；
所述刷子旋转台上设置有测厚传感器；
所述喷头运动单元包括导轨、喷头、涂料导管及涂料容器，所述横梁滑台上安装所述导轨，所述导轨上滑动安装若干所述喷头，若干所述喷头通过涂料导管连接至所述涂料容器；
所述涂料导管上设置有流量控制器；
涂覆时，首先划分好涂覆区域，据此编写绝缘子、刷子的转动程序，然后启动DSP控制器，令DSP根据编写的程序进行控制，再根据位置传感器发回的刷子位置信息，在线核校刷子位置使其与绝缘子表面垂直并保持一定距离，完成如下运动的闭环控制：首先刷子从地电极附近开始涂覆，即进行C区域的涂覆，喷头喷出涂料后，用刷子蘸取涂料并将其涂均匀，然后令刷子在绝缘子的径向上每隔一段固定距离选取一个点，并在每个位置停留一定时间，同时在刷子停留期间控制绝缘子以一定的角速度匀速转动一周；绝缘子匀速转动时，刷子即可完成对其扫过的圆环状区域的表面涂覆，同时旁边的测厚传感器进行测量，测厚传感器精度为0.001mm，如果厚度达到设定的阈值，阈值为100 μm、200 μm、300 μm、400 μm，当此时涂层的厚度与设定的厚度之差大于10 μm时，导轨电机控制刷子向上运动，停止涂覆；然后进行B区域涂覆，重复上述过程，最后进行A区域的涂覆，如此重复直至完成绝缘子的上表面的涂覆，然后控制DSP控制器使绝缘子旋转180度，重复上述过程进行下表面的涂覆。
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