CN205177515U - 实心芯棒及包含其的绝缘子 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种实心芯棒，包括内芯和至少一个缠绕层，所述的至少一个缠绕层缠绕在所述内芯的外部；所述缠绕层包括交替排列的第一缠绕组和第二缠绕组，第一缠绕组的缠绕角度为3°～10°，第二缠绕组的缠绕角度为80°～89°，且第一缠绕组与第二缠绕组的厚度比例为7～9:1～3。本实用新型还提供所述实心芯棒的制造方法和包括所述实心芯棒的绝缘子。本实用新型的实心芯棒及其制备方法能够减小固化成本，节省能耗，有效提高芯棒生产效率，同时提高芯棒的弯曲性能。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种实心芯棒，尤其是一种复合支柱绝缘子用实心芯棒，以及采用了该实心芯棒的绝缘子。
背景技术
随着特高压线路在我国逐年增多，输变电用支柱绝缘子的用量也随之增加。目前，输变电用的支柱绝缘子包括三种：全瓷型、瓷芯加硅橡胶伞裙型、复合材料内芯外加硅橡胶伞裙型。全瓷型支柱绝缘子重量重，容易出现断裂、脆断，电压等级高后长度加大。瓷芯加硅橡胶伞裙型的支柱绝缘子则存在外伞裙硅橡胶材料与陶瓷芯棒粘接不牢，产生气泡的现象，影响了产品的电气性能和寿命。随着输变电电压等级的提高，复合材料芯棒外加硅橡胶伞裙型支柱绝缘子(以下简称“复合支柱绝缘子”)的用量占比随之增大。
复合支柱绝缘子的芯棒采用复合材料制成，由于直径较大，采用拉挤工艺很难一次拉挤成型。目前芯棒采用较多的一种成型方式是，将各种规格的小拉挤棒捆绑在一起，进行整体灌注，但是此种工艺由于较细的多只芯棒结构，其粘接层过多，在芯棒的横截面积中占据了较大的面积比例；固化过程中内部产生较大而不均的内应力，应力不均导致内部产生裂纹，因而在实际使用过程中很难达到理想的使用效果。
中国专利申请CN200810235759.2公开了一种特高压支柱复合绝缘子用芯棒，所述芯棒由棒芯和缠绕管组成，缠绕管由三个铺层组成，每个铺层均由内层和外层组成，且内层的缠绕角度在25°～35°，外层的缠绕角度在55°～65°。发明人发现，这样的芯棒仅能满足常规的支柱绝缘子的要求，但用于对弯曲性能等力学要求高的支柱绝缘子时存在问题。
实用新型内容
本实用新型的目的之一在于提供一种实心芯棒，该实心芯棒能够满足弯曲性能要求高的绝缘子，特别是支柱绝缘子使用要求。
本实用新型的目的之二在于提供一种包括上述实心芯棒的绝缘子，所述绝缘子弯曲性能更高。
本实用新型的实心芯棒包括内芯和至少一个缠绕层，所述的至少一个缠绕层缠绕在所述内芯的外部；所述缠绕层包括第一缠绕组和第二缠绕组，第一缠绕组的缠绕角度为3°～10°，第二缠绕组的缠绕角度为80°～89°，且第一缠绕组与第二缠绕组的厚度比例为7～9:1～3；所述的第一缠绕组和所述的第二缠绕组交替排列。
根据本实用新型所述的实心芯棒，优选地，所述缠绕层仅由第一缠绕组和第二缠绕组构成。
根据本实用新型的实心芯棒，优选地，所述第一缠绕组的缠绕角度为3°～8°，更优选为5°～8°；所述第二缠绕组的缠绕角度为82°～87°，更优选为83°～85°。优选地，所述第一缠绕组与第二缠绕组的厚度比例为7.5～8.5:1.5～2.5；根据本实用新型一种优选的实施方式，所述第一缠绕组与第二缠绕组的厚度比例为8:2。
发明人发现，由于采用本实用新型的缠绕层结构，特别是特定的缠绕组的角度和厚度比例，使得芯棒的弯曲性能得到明显提高。
根据本实用新型的实心芯棒，优选地，所述第一缠绕组的厚度为4～16mm，所述第二缠绕组的厚度为1～4mm。更优选地，所述第一缠绕组的厚度为4.5～15mm，所述第二缠绕组的厚度为1～3.5mm。再优选地，所述第一缠绕组的厚度为5～12mm，所述第二缠绕组的厚度为1.25～3mm。发明人发现，采用本实用新型的缠绕方式和厚度比例时，芯棒的弯曲强度明显提高。
根据本实用新型的实心芯棒，每个缠绕层包含多个所述第一缠绕组和第二缠绕组，且第一缠绕组和第二缠绕组交替排列，缠绕组的数量根据实心芯棒的实际需要的厚度确定。优选地，每个缠绕层包含5～12个第一缠绕组和5～12个第二缠绕组。根据本实用新型的实心芯棒，优选地，每个缠绕层的厚度为35～60mm，优选为40～55mm，更优选为50～55mm。
根据本实用新型所述的实心芯棒，优选地，所述至少一个缠绕层为两个以上缠绕层或三个以上缠绕层。根据本实用新型的实心芯棒，所述实心芯棒仅包括两个缠绕层。所述两个缠绕层包含的第一缠绕组和第二缠绕组的数量可以相同或不同，也即每个缠绕层的厚度不同。
根据本实用新型的实心芯棒，所述内芯的直径可以为80～110mm。本实用新型的结构尤其适合大直径的实心芯棒，因此，更优选地，所述内芯(例如拉挤棒)的直径为100～110mm。
本实用新型的实心芯棒可以包括多个缠绕层，多个缠绕层嵌套缠绕在一起。例如，当实心芯棒包括两个缠绕层——第一缠绕层和第二缠绕层，所述的第一缠绕层缠绕在所述内芯的外部，所述第二缠绕层缠绕在所述第一缠绕层的外部；当所述实心芯棒包括多于两个缠绕层时，各个缠绕层之间的位置关系与此类似。
根据本实用新型一种特别优选的实施方式，所述实心芯棒包括内芯和两个缠绕层，所述内芯的直径为80～110mm，优选为100～110mm；每个缠绕层的厚度为35～60mm，优选为40～55mm，更优选为50～55mm。
根据本实用新型的实心芯棒，优选地，所述内芯采用纯拉挤棒或灌注拉挤棒，优选为灌注拉挤棒。所述内芯的外表面优选具有螺纹，以利于缠绕丝与内芯的首次缠绕接触。根据本实用新型的一种实施方式，所述螺纹深度为0.2mm～0.7mm，优选为0.3mm～0.6mm，更优选为0.5mm；螺纹螺距为1mm～6mm，优选为2mm～4mm，更优选为3mm。
根据本实用新型的实心芯棒，优选地，所述缠绕层的缠绕材料可采用无碱无捻纤维+酸酐类环氧树脂体系、无碱无硼无捻纤维+胺类固化环氧树脂体系、无碱无捻纤维+胺类固化环氧树脂体系、无碱无硼无捻纤维+酸酐类类环氧树脂体系。优选地，所述缠绕层的缠绕材料采用无碱无捻纤维+酸酐类环氧树脂体系，或者无碱无硼无捻纤维+酸酐类类环氧树脂体系，更优选为无碱无硼无捻纤维+酸酐类类环氧树脂体系。
根据本实用新型的实心芯棒，优选地，所述内芯与所述缠绕层之间设有第一粘结层，相邻的缠绕层之间设有第二粘结层，以利于增加内芯与缠绕层之间、相邻的缠绕层之间的结合性能。所述粘结层材料为环氧树脂，例如可以采用酸酐固化类环氧树脂体系、胺类固化环氧树脂体系等，优选采用酸酐类环氧树脂体系。
本实用新型的实心芯棒可采用如下方法制造，步骤包括：
(1)清洁：对所述内芯的外表面进行清洁处理；
(2)形成缠绕层：将树脂涂覆在清洁后的内芯的外表面，然后交替缠绕第一缠绕组和第二缠绕组，再进行固化处理，形成缠绕层。
当本实用新型的实心芯棒包括N(≥2)层缠绕层时，包括如下步骤：
(1)清洁：对所述内芯的外表面进行清洁处理；
(2)第一次缠绕：将树脂涂覆在清洁后的内芯的外表面，然后交替缠绕第一缠绕组和第二缠绕组，所述第一缠绕组和第二缠绕组的缠绕角度分别为3°～10°和80°～89°，所述第一缠绕组和第二缠绕组的厚度之比为：3°～10°：80°～89°＝7～9:1～3，进行固化处理，得到第一缠绕层；
(3)第N次缠绕：将前一缠绕层的外表面涂刷树脂，交替缠绕第一缠绕组和第二缠绕组，所述第一缠绕组和第二缠绕组的缠绕角度分别为3°～10°和80°～89°，所述第一缠绕组和第二缠绕组的厚度之比为：3°～10°：80°～89°＝7～9:1～3，进行固化处理，得到第N缠绕层；
(4)加工：按产品要求尺寸进行加工处理。
优选地，所述方法还包括对内芯的外表面进行车加工处理的步骤，该步骤在步骤(1)之前。更优选地，所述步骤在内芯的外表面车加工出螺纹，螺纹深度为0.2mm～0.7mm，优选为0.3mm～0.6mm，更优选为0.5mm；螺纹螺距为1mm～6mm，优选为2mm～4mm，更优选为3mm。
优选地，步骤(1)中，所述清洁是采用酒精擦拭。优选地，采用豆包布蘸酒精擦拭2-5次，优选为3-4次；每次间隔时间5-15分钟，优选8-12分钟。
优选地，步骤(2)和(3)中，所述第一缠绕组的厚度为4～16mm，所述第二缠绕组的厚度为1～4mm。更优选地，所述第一缠绕组的厚度为4.5～15mm，所述第二缠绕组的厚度为1～3.5mm。再优选地，所述第一缠绕组的厚度为5～12mm，所述第二缠绕组的厚度为1.25～3mm。根据本实用新型的实心芯棒，优选地，每个缠绕层的厚度为35～60mm，优选为40～55mm，更优选为50～55mm。
优选地，步骤(3)中，进行第N次缠绕前，将前一缠绕层的外表面进行打糙处理。优选地，用角磨机将外表面富树脂层磨掉，磨掉厚度为0.2mm～0.8mm，除去碎屑，清洁。所述清洁方法同步骤(1)的清洁方法，不再赘述。
优选地，步骤(3)中，所述N＝2～4；更优选地，N＝2，即缠绕两个缠绕层。
本实用新型还提供一种绝缘子，所述绝缘子包括上述实心芯棒。优选地，所述绝缘子为支柱绝缘子。由于采用本实用新型的实心芯棒，得到的绝缘子具有优良的弯曲性能。
与现有的实心芯棒相比，在采用相同厚度和数量的缠绕层的前提下，本实用新型由于采用了特殊的角度设计和厚度排布，而具有更优良的弯曲性能，能够满足对弯曲性能等力学要求高的支柱绝缘子的要求。
附图说明
图1为实施例1的经过车加工处理后的内芯表面结构示意图。
图2为实施例1的实心芯棒结构示意图。
附图标记说明如下：
1-螺纹；2-拉挤棒内芯；3-第一缠绕层；4-第二缠绕层。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本实用新型作进一步的说明，但本实用新型的保护范围并不限于此。
本实用新型中，所述缠绕组的缠绕角度是指缠绕材料与内芯轴向之间的角度。
1-螺纹；2-拉挤棒内芯；3-第一缠绕层；4-第二缠绕层。
实施例1
本实施例的实心芯棒包括拉挤棒内芯2、第一缠绕层3和第二缠绕层4，第一缠绕层3缠绕在拉挤棒内芯2的外部，第二缠绕层4缠绕在第一缠绕层3的外部。拉挤棒内芯2的外表面具有螺纹1，螺纹1的深度约0.5mm，螺纹1的螺距为约3mm。第一缠绕层3和第二缠绕成4的缠绕丝的材料为无碱无硼无捻玻璃纤维。拉挤棒内芯2的直径为110mm，第一缠绕层3和第二缠绕层4的厚度分别为50mm。拉挤棒内芯2与第一缠绕层3之间设有第一粘结层、第一缠绕层3和第二缠绕层4之间设有第二粘结层，第一粘结层和第二粘结层的材料为酸酐固化环氧树脂。第一缠绕层3和第二缠绕层4均由交替排列的第一缠绕组和第二缠绕组组成，第一缠绕组的缠绕角度为8°，第二缠绕组的缠绕角度为85°，且第一缠绕组与第二缠绕组的厚度比例为8:2。
实施例2
实施例1的实心芯棒的制造方法：
首先对直径为110mm的拉挤棒内芯2进行表面车加工处理，车加工出螺纹1，螺纹深度约0.5mm，螺纹螺距控制在约3mm，然后进行如下操作：
(1)清洁：首先用毛刷刷掉表面加工出的碎屑，然后用豆包布蘸酒精擦拭3遍，每遍间隔时间为10分钟；
(2)第一次缠绕：将清洁后的内芯用毛滚蘸缠绕用树脂在内芯棒表面涂刷树脂，架于缠绕机上进行缠绕，交替缠绕第一缠绕组和第二缠绕组，第一缠绕组和第二缠绕组的缠绕角度分别为8°、85°，厚度比为：8°：85°＝8:2；缠绕厚度达到50mm时，停止缠绕，进行固化处理，得到第一缠绕层3；
(3)第二次缠绕：将第一缠绕层的外表面涂刷树脂，架于缠绕机上，交替缠绕第一缠绕组和第二缠绕组，第一缠绕组和第二缠绕组的缠绕角度分别为8°、85°，厚度比为：8°：85°＝8:2；缠绕厚度达到50mm时，进行固化处理，得到第二缠绕层4；
(4)加工。
对比例1
首先对直径为110mm的拉挤棒内芯进行表面车加工处理，车加工出螺纹，螺纹深度约0.5mm，螺纹螺距控制在约3mm，然后进行如下操作：
(1)清洁：首先用毛刷刷掉表面加工出的碎屑，然后用豆包布蘸酒精擦拭3遍，每遍间隔时间为10分钟；
(2)第一次缠绕：将清洁后的内芯用毛滚蘸缠绕用树脂在内芯棒表面涂刷树脂，架于缠绕机上进行缠绕，第一缠绕组缠绕角度为30°，缠绕至厚度约25mm；再缠绕第二缠绕组，第二缠绕组的缠绕角度为60°，厚度约25mm时，停止缠绕，进行固化处理，得到第一缠绕层；
(3)第二次缠绕：将第一缠绕层的外表面涂刷树脂，架于缠绕机上进行缠绕，第一缠绕组缠绕角度为30°，缠绕至厚度约25mm；再缠绕第二缠绕组，第二缠绕组的缠绕角度为60°，厚度约25mm时，停止缠绕，进行固化处理，得到第二缠绕层；
(4)加工。
实验例
采用吸红试验对实施例2和对比例1方法得到的实心芯棒进行检验，结果显示，产品内部未出现缺陷。
取实施例2和对比例1方法得到的实心芯棒，按照常规方法分别安装3个伞裙的伞套，两端安装金属法兰，分别得到实施例2绝缘子和对比例1绝缘子。采用GB/T25096-2010中《9.3.1弯曲破坏负荷试验》的方法，测试实施例2绝缘子和对比例1绝缘子的弯曲负荷，测得对比例1的最大弯曲负荷为19.2KN，实施例2的最大弯曲负荷为25.6KN。
在不背离本发明的实质内容的情况下，本领域技术人员可以想到的任何变形、改进、替换均落入本发明的范围。
Claims (10)
1.一种实心芯棒，包括内芯和至少一个缠绕层，其特征在于，所述的至少一个缠绕层缠绕在所述内芯的外部；所述缠绕层包括第一缠绕组和第二缠绕组，第一缠绕组的缠绕角度为3°～10°，第二缠绕组的缠绕角度为80°～89°，且第一缠绕组与第二缠绕组的厚度比例为7～9:1～3；所述的第一缠绕组和所述的第二缠绕组交替排列。
2.根据权利要求1所述的实心芯棒，其特征在于，所述至少一个缠绕层为两个以上缠绕层。
3.根据权利要求1所述的实心芯棒，其特征在于，所述第一缠绕组的厚度为4～16mm，所述第二缠绕组的厚度为1～4mm。
4.根据权利要求1所述的实心芯棒，其特征在于，每个缠绕层包含5～12个第一缠绕组和5～12个第二缠绕组。
5.根据权利要求1所述的实心芯棒，其特征在于，所述实心芯棒包括内芯和两个缠绕层，所述内芯的直径为90～110mm；每个缠绕层的厚度为35～60mm。
6.根据权利要求5所述的实心芯棒，其特征在于，所述内芯的直径为100～110mm；每个缠绕层的厚度为40～55mm。
7.根据权利要求1所述的实心芯棒，其特征在于，所述内芯的外表面具有螺纹，所述螺纹的深度为0.2mm～0.7mm，所述螺纹的螺距为1mm～6mm。
8.根据权利要求2所述的实心芯棒，其特征在于，所述内芯与所述缠绕层之间设有第一粘结层，相邻的缠绕层之间设有第二粘结层。
9.根据权利要求1所述的实心芯棒，其特征在于，所述缠绕层由第一缠绕组和第二缠绕组构成。
10.一种绝缘子，其特征在于，所述绝缘子包括权利要求1～9任一项所述的实心芯棒。
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