CN205789147U - 一种新型铝包覆的高能效碳纤维导线 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种新型铝包覆的高能效碳纤维导线，所述碳纤维导线包括内层和外层，其中，内层包括一根或多根碳纤维芯棒和包覆在所述碳纤维芯棒外侧的铝层，外层由多根截面为梯形的软铝型线环绕铰合在内层周围而成。与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：(1)本实用新型因有铝包覆层对碳纤维芯棒的保护，可使用普通液压型耐张线夹对包覆后的芯棒进行压接；(2)本实用新型使用的碳纤维芯棒的抗拉强度≥2600MPa，较传统碳纤维芯棒提高7％以上；(3)本实用新型使用铝包覆层，使该层的填充率达到100％；(4)本实用新型在同外径的前提下，较传统碳纤维导线铝的截面积7％以上，导线电阻降低6％以上，损耗相应降低6％以上。

Description

一种新型铝包覆的高能效碳纤维导线

技术领域

本实用新型涉及导线技术领域，特别是涉及一种新型铝包覆的高能效碳纤维导线。

背景技术

碳纤维导线是一种全新结构的节能型增容导线，与常规导线相比，具有重量轻、抗拉强度大、耐热性能好、热膨胀系数小、高温弧垂小、导电率高、线损低、载流量大、耐腐蚀性能好、不易覆冰等一系列优点，综合解决了架空输电领域存在的各项技术瓶颈，代表了未来架空导线的技术发展趋势，有助于构造安全、环保、高效节约型输电网络，可广泛用于老线路和电站母线增容改造、新线路建设，并可用于大跨越、大落差、重冰区、高污染等特殊气候和地理场合的线路。应用在新建线路中，可提高线路的单位输送容量，确保电网的坚强性，长远经济性更好。

随着科技的发展和进步，人们对碳纤维导线的研究也在不断进步。申请号为201210399732.3，实用新型名称为《碳纤维复合芯增容导线》的专利公开了一种及一种碳纤维复合芯增容导线，包括碳纤维复合芯和包裹碳纤维复合芯的软铝线，碳纤维复合芯由碳纤维中心层和包覆碳纤维中心层的玻璃纤维层构成，所述的软铝线由若干层软铝同心绞合形成，截面为梯形或圆形。该种结构的碳纤维导线具有如下缺陷：传统碳纤维导线缺点：1.碳纤维芯棒在安装时容易折断，因芯棒在绞线层内，从外观上很难看出，容易造成安全事故，且绞线层之间有缝隙，使得碳纤维芯棒相当于暴露在空气中，由于氧化、紫外线照射、雨水等对碳纤维芯棒的影响，降低了导线的使用寿命；2.需要使用专用金具连接，这种金具成本高，安装复杂，且容易伤害到碳纤维芯棒，使得输电线路存在安全隐患；3.碳纤维芯棒的抗拉强度最高达到2400MPa,最高允许运行温度为160℃；4.树脂玻璃转化温度高，弧垂相对较大。

实用新型内容

(一)技术问题

本实用新型的目的是针对现有技术中存在的上述碳纤维导线的易断、需要专用金具连接、运行温度受限以及弧垂相对较大的问题，而提供一种新型铝包覆的高能效碳纤维导线。

(二)技术方案

为实现本实用新型的目的，本实用新型所采用的技术方案是：一种新型铝包覆的高能效碳纤维导线，所述碳纤维导线包括内层和外层，其中，内层包括一根或多根碳纤维芯棒和包覆在所述碳纤维芯棒外侧的铝层，外层由多根截面为梯形的软铝型线环绕铰合在内层周围而成。

其中，所述铝层的截面为圆环形，其厚度为2mm-6mm，所述碳纤维芯棒的截面为圆柱形，所述外层的厚度为1mm-5mm。

其中，所述软铝型线的导电率为63％IACS铝杆通过挤铝设备高温挤压而成，其最大截面积换算成圆面积时，圆的直径≤6mm。

(三)技术效果

与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：

(1)本实用新型因有铝包覆层对碳纤维芯棒的保护，可使用普通液压型耐张线夹对包覆后的芯棒进行压接，进而达到使用普通液压型耐张线夹对该导线的压接；

(2)本实用新型使用的碳纤维芯棒的抗拉强度≥2600MPa，较传统碳纤维芯棒提高7％以上；

(3)本实用新型使用铝包覆层，使该层的填充率达到100％，使用高抗拉强度的芯棒，导线相同额定拉力下可减小芯棒的使用直径，提高铝截面积；

(4)本实用新型在同外径的前提下，较传统碳纤维导线铝的截面积7％以上，导线电阻降低6％以上，损耗相应降低6％以上；

附图说明

图1所示为本实用新型碳纤维导线生产线的第一示意图；

图2所示为本实用新型碳纤维导线生产线的第二示意图；

图3所示为本实用新型碳纤维导线一种实施例的结构示意图；

图4所示为本实用新型碳纤维导线另一种实施例的结构示意图；

图5所示为本实用新型挤压机中成型模具的第一结构示意图；

图6所示为本实用新型挤压机中成型模具的第二结构示意图；

图7所示为本实用新型牵引设备的结构示意图；

图8所示为本实用新型牵引设备中胶带的结构示意图；

图9所示为本实用新型牵引设备中挤压块的结构示意图；

图中，1-铝杆放线架，2-铝杆导辊盒，3-第一铝杆校直装置，4-清洗箱，5-第二铝杆校直装置，6-铝杆牵引装置，7-第一铝杆转向设备、8-第二铝杆转向设备，9-第三铝杆转向设备，10-碳纤维芯棒放线架，11-放线对中移动装置，12-碳纤维芯棒，13-第一托架，14-第一摆杆，15-碳纤维芯棒校直装置，16-挤压机，17-冷却水箱，18-第一吹干装置，19-第一测速装置，20-铝管夹头装置，21-拉拔模盒，22-第二摆杆，23-履带牵引设备，24-第三托架，25-收线架，26-收线导向架，27-液压站，29-操作台，30-第二托架，31-第二吹干装置，32-第二测速装置，101-外层，202-铝层，303-碳纤维芯棒，102-成型腔，103-第一堵块，104-第一模具，105-进铝杆孔，106-第二模具，107-第二堵块，202-上转轴，203-上胶带，204-上挤压块，205-下转轴，206-下胶带，207-下挤压块，208-牵引槽，2001-固定轴，2002-转动辊，2003-支撑架，2004-气缸，2005-固定块。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例对本实用新型作进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

应当说明的是，本申请中所述的“连接”和用于表达“连接”的词语，如“相连接”、“相连”等，其既可以指代某一部件与另一部件直接连接，也可以指代某一部件通过其他部件与另一部件相连接。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用属于“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、部件或者模块、组件和/或它们的组合。

需要说明的是，本申请的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本申请的实施方式例如能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

为了便于描述，在这里可以使用空间相对术语，如“在……之上”、“在……上方”、“在……上表面”、“上面的”等，用来描述如在图中所示的一个部件或者模块或特征与其他部件或者模块或特征的空间位置关系。应当理解的是，空间相对术语旨在包含除了部件或者模块在图中所描述的方位之外的在使用或操作中的不同方位。例如，如果附图中的部件或者模块被倒置，则描述为“在其他部件或者模块或构造上方”或“在其他部件或者模块或构造之上”的部件或者模块之后将被定位为“在其他部件或者模块或构造下方”或“在其他部件或者模块或构造之下”。因而，示例性术语“在……上方”可以包括“在……上方”和“在……下方”两种方位。该部件或者模块也可以其他不同方式定位(旋转90度或处于其他方位)，并且对这里所使用的空间相对描述作出相应解释。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

如图3、图4所示，本实施例提供了一种新型铝包覆的高能效碳纤维导线，所述碳纤维导线包括内层和外层101，其中，内层包括一根或多根碳纤维芯棒303和包覆在所述碳纤维芯棒外侧的铝层202，外层101由多根截面为梯形的软铝型线环绕铰合在内层周围而成。

图3中碳纤维芯棒为1根，图4中碳纤维芯棒为4根。

在具体实施过程中，所述铝层的截面为圆环形，其厚度为2mm-6mm，所述碳纤维芯棒的截面为圆柱形，所述外层的厚度为1mm-5mm。

在具体实施过程中，所述软铝型线的导电率为63％IACS铝杆通过挤铝设备高温挤压而成，其最大截面积换算成圆面积时，圆的直径≤6mm。

所述碳纤维导线的加工工艺包括加工生产铝层所用的铝杆的工艺和将铝杆和碳纤维芯棒复合在一起的工艺；

其中，加工生产铝层所用的铝杆的工艺，包括如下步骤：

(1)将两根代加工铝杆盘放在铝杆放线架上，铝杆通过铝杆导轨盒进行导向；

(2)对铝杆进行第一次校直；

(3)对第一次校直后的铝杆进行物理和化学清洗，去除铝杆表面的杂质；

(4)对铝杆进行第二次校直，保证铝杆无缠绕、无弯曲；

(5)将校直后的铝杆通过铝杆转向装置导向将铝杆和碳纤维芯棒复合在一起的工艺中；

其中，将铝杆和碳纤维芯棒复合在一起的工艺，包括如下步骤：

(6)将碳纤维芯棒放在放线架上，然后，将其拉出后穿过导向装置；

(7)对碳纤维芯棒进行第一次校直；

(8)经过步骤(5)的两个铝杆和校直后的碳纤维芯棒，同时进入挤压机构，在经过高温400℃以上、压力270MPa以上的密封模腔内通过成型模具将铝杆挤成铝管；将碳纤维芯棒从成型模具进口处送入铝管中，从而完成铝管包覆碳纤维芯棒的初步工作，此处的铝管为无缝管体；

(9)对包覆铝管后的碳纤维芯棒进行冷却；

(10)对包覆铝管后的碳纤维芯棒进行第一次干燥；

(11)对包覆铝管后的碳纤维芯棒的长度进行测量；

(12)通过牵引设备和拉拔设备将挤出的包覆铝管后的碳纤维芯棒拉拔为需要的外径尺寸，去除铝层和碳纤维芯棒之间的间隙，已达到铝层碳纤维芯棒达到紧密结合；

(13)进行第二次干燥，然后长度测量；进行两次测量可以计算长度变化率。

(14)收入放线架。

如图1、图2所示，上述工艺可通过下述生产线加工而成，碳纤维导线生产线包括：用于加工生产铝层所用的铝杆的设备和用于将铝杆和碳纤维芯棒复合在一起的设备；

所述用于加工生产铝层所用的铝杆的设备，包括：铝杆放线架1、铝杆导轨盒2、第一铝杆校直装置3、清洗箱4、第二铝杆校直装置5、铝杆牵引装置6、第一铝杆转向装置7，铝杆依次经过铝杆放线架1、铝杆导轨盒2、第一铝杆校直装置3、清洗箱4、第二铝杆校直装置5、铝杆牵引装置6、第一铝杆转向装置7，然后进入用于将铝杆和碳纤维芯棒复合在一起的设备进行加工，加工的时候，将2根φ9.5mm的铝杆通过第一铝杆校直装置3、第二铝杆校直装置5校直装置进行校直，保证铝杆无缠绕、无弯曲，所述清洗箱4为高压涡流清洗设备，通过清洗箱4铝杆进行物理和化学清洗，去除铝杆表面的杂质；

所述用于将铝杆和碳纤维芯棒复合在一起的设备，包括：第二铝杆转向设备8、第三铝杆转向设备9、碳纤维芯棒放线架10、放线对中移动装置11、第一托架13，第一摆杆14、碳纤维芯棒校直装置15、挤压机16、冷却水箱17、第一吹干装置18、第一测速装置19、铝管夹头装置20、拉拔模盒21、第二摆杆22、履带牵引设备23、第三托架24、收线架25、收线导向架26、第二托架30、第二吹干装置31、第二测速装置32。

在本领域中，上述的设备均可以采用本领域中常见的设备进行工作，因此，其结构不再详述。当然，本申请中为了实现想要达到目的，对其中的主要设备的结构进行了改进。

本申请对挤压机的成型模具结构进行了改进。

如图5、图6所示，所述成型模具包括壳体、成型腔102、第一堵块103、第一模具104、进铝杆孔105、第二模具106、第二堵块107，所述壳体内设置有成型腔102，所述成型腔102为横向设置的圆筒形结构，壳体的上端面设置有两个进铝杆孔105，两根铝杆分别从两个进铝杆孔105内进入到成型腔102内，碳纤维芯棒依次穿过成型腔102内设置的第一堵块103、第一模具104、第二模具106、第二堵块107，第一堵块103和第二堵块107与成型腔102螺纹密封连接，第一模具104包括大直径端和锥形端，其中锥形端的孔的直径与碳纤维芯棒12的直径一致，第二模具106与第一模具104之间设置有间隙，第二模具106的孔的直径大于锥形端孔的直径，且第二模具106与第一模具104相对的端面上设置有与第二模具106孔相连的弧形槽，高温融化的铝杆通过第一模具104与第二模具106之间的间隙进入第二模具106内，通过第二模具106以及第二堵块107的产品为包覆铝管后的碳纤维芯棒12。，202-上转轴，203-上胶带，204-上挤压块，205-下转轴，206-下胶带，207-下挤压块，208-牵引槽，2001-固定轴，2002-转动辊，2003-支撑架，2004-气缸，2005-固定块。

本申请还对牵引设备进行了全新设计，如图7、图8、图9所示，

所述牵引设备包括壳体以及固定在壳体上的上挤压机构和下挤压机构，包覆铝管后的碳纤维芯棒通过上挤压机构以及下挤压机构的带动下进行牵引移动，所述上挤压机构包括上驱动轮，上驱动轮包括左右两侧两个上转轴202以及通过上转轴传动的上胶带203，上胶带203上设置有牵引槽208，所述下挤压机构包括下驱动轮，下驱动轮包括左右两侧两个下转轴205以及通过下转轴205传动的下胶带206，上胶带203上设置有牵引槽208，上下胶带的牵引槽208位置相对应，上胶带203围成的区域内的壳体上并排间隔设置有多个用于挤压上胶带203的上挤压块204，下胶带206围成的区域内的壳体上并排间隔设置有多个用于挤压下胶带的下挤压块207，所述上所述上挤压块和下挤压块的结构对称，均包括固定块2005、气缸2004、支撑架2003、固定轴2001、转动辊2002，固定块与气缸连接，气缸与支撑架连接，支撑架上设置有多个水平间隔排列的、可以转动的转动辊，转动辊通过固定轴与支撑架相连接。其中，上下驱动轮还包括驱动电机(图中未示出)，通过驱动电机驱动牵引设备转动。

本申请中的铝层主要作用为导电，也提供部分额定拉断力，同时保护碳纤维芯棒；

本申请中通过框绞机将外层和内层绞合成碳纤维导线，其中内层节距高于外层节距，节距范围为11～16。

以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出的是，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围。

Claims (3)

1.一种新型铝包覆的高能效碳纤维导线，其特征在于，所述碳纤维导线包括内层和外层，其中，内层包括一根或多根碳纤维芯棒和包覆在所述碳纤维芯棒外侧的铝层，外层由多根截面为梯形的软铝型线环绕铰合在内层周围而成。

2.根据权利要求1所述的新型铝包覆的高能效碳纤维导线，其特征在于，所述铝层的截面为圆环形，其厚度为2mm-6mm，所述碳纤维芯棒的截面为圆柱形，所述外层的厚度为1mm-5mm。

3.根据权利要求2所述的新型铝包覆的高能效碳纤维导线，其特征在于，所述软铝型线的导电率为63％IACS铝杆通过挤铝设备高温挤压而成，其最大截面积换算成圆面积时，圆的直径≤6mm。