CN202111438U - 复合材料芯倍容铝绞线专用耐张金具组件 - Google Patents
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Abstract
一种复合材料芯倍容铝绞线专用耐张金具组件，包括：具有选定内径的细长中空管，其由具有确定挤压率的铝合金材料构成；钢锚套筒，具有第一和第二端部，第一端部设置锻造钢锚，第二端部包括中空钢套筒，所述细长中空管轴向插入所述钢锚套筒的第二端部而进入所述中空钢套筒内；输电线缆，其包括外铝绞线和复合材料芯棒，一段延伸超过所述外铝绞线的与所述细长中空管长度相等的所述复合材料芯棒插入所述细长中空管内，在所述钢锚套筒受到机械压缩和面积减小处理状态下，所述细长中空管以大于钢锚套筒的比率被挤压而延伸出钢锚套筒；铝外套管，其具有选定内径并具有第一和第二端部，所述铝外套管滑动地接合在钢锚套筒上并与输电线缆相连接。
Description
技术领域
本实用新型有关于专业应用于输电线路安装中使用的耐张金具组件，更具体地说，有关一种用于新型碳纤维复合材料芯倍容铝绞线在输电线路安装中需采用的复合材料芯倍容铝绞线专用耐张金具组件。
背景技术
耐张金具组件是本领域普遍公知的，这些组件在传统高压大容量输电线路中被普遍应用。传统的输电电缆为钢芯铝绞线(ACSR)，使用的终端连接耐张金具的钢锚与绞线的钢芯均为金属材料，相同材料的连接，在过去所公开的专利技术中均有详细的论述。
碳纤维复合材料芯倍容铝绞线的诞生，迫使我们解决该倍容铝绞线终端连接的问题。碳纤维复合材料芯倍容铝绞线具有传统钢芯铝绞线两倍的输电容量，同时在输电过程中是在高温的状态下进行。碳纤维复合材料芯棒可达到钢芯拉力强度的两倍，垂弧仅是钢芯的十分之一，最高运营温度可达到200摄氏度。在高温运营中外层缠绕的铝绞线几乎失去了拉力作用，从而主要由复合材料芯棒起着拉力与支撑的作用。这就要求一种连接组件能够有效地与复合材料芯棒连接，同时达到设计规范要求的芯棒拉力强度95％的拉力强度。还明确的是，由于复合线芯具有相当低的延展性，因此要求输电线缆的外绞线在线芯之前被加载，否则线芯会发生过早失效。对耐张金具的连接组件的附加要求是必须将其设计成保持线缆的外绞线不被损坏，而且实现线缆的95％的期望额定强度。
在目前公布的有关复合材料耐张金具连接组件专利中，由于采用的材料及工艺问题，使得两种不同材料连接所产生的应力与端口的剪切力问题均没有得到有效的解决。
实用新型内容
本实用新型的目的是为解决前述技术问题而提供一种耐张金具组件。
本实用新型提供的一种用于在输电线路安装中的复合材料芯倍容铝绞线专用耐张金具组件，包括：具有选定内径的细长中空管，所述细长中空管由具有确定挤压率的铝合金材料构成；钢锚套筒，所述钢锚套筒具有第一端部和第二端部，该钢锚套筒的第一端部设置锻造钢锚，第二端部包括中空钢套筒，该中空钢套筒的内径大于所述细长中空管的外径尺寸，所述细长中空管轴向插入所述钢锚套筒的第二端部而进入所述中空钢套筒内；输电线缆，该输电线缆包括外铝绞线和复合材料芯棒，一段延伸超过所述外铝绞线的与所述细长中空管长度相等的所述复合材料芯棒插入所述细长中空管内，在所述钢锚套筒受到机械压缩和面积减小处理状态下，所述细长中空管以大于所述钢锚套筒的比率被挤压而延伸出所述钢锚套筒；铝外套管，所述铝外套管具有选定内径并具有第一端部和第二端部，所述铝外套管滑动地接合在所述钢锚套筒上并与输电线缆相连接。
根据前述方案，本实用新型的效果是显著的：本实用新型中将细长中空管轴向插入钢锚套筒的中空钢套筒内，再将输电线缆预留的一段复合材料芯棒再插入到细长中空管中，接着将插好复合材料芯棒和细长中空管的钢锚套筒插进一对重型压缩模具块之间，对该钢锚套筒进行面积减小/压缩操作(在10,000psi以上的压力下操作)。该操作的目的是将复合材料芯棒牢固地固定在钢锚套筒的中空钢套筒内。本实用新型使用由特定挤压比率的铝合金材料制成的，并规定等量长度、内径的细长中空管与复合材料芯棒通过机械挤压压缩进行连接。由于细长中空管的铝合金材料的挤压比率大于钢锚套筒的钢材料比率，在机械压缩过程中细长中空管就会被挤压出钢锚套筒5至10毫米，从而消除了内绞线复合材料芯棒和钢锚套筒之间的应力，这不仅使复合材料芯棒在中空钢套筒内的应力得到延展，同时解决了复合材料芯棒在钢锚套筒的端口的剪切力问题。由于所选择的细长中空管的铝合金的成分及硬度，在特定压力下能够最有效地与复合材料芯棒啮合。
在一个实施方式中，所述铝外套管由导电的铝金属材料构成，该铝外套管的第二端部沿该铝外套管外径连接一块导流板，该导流板由与该铝外套筒相同的铝金属材料制成，该导流板纵向焊接在该铝外套管的第二端部的末端或非机械挤压部位。
在一个实施方式中，所述铝外套管还包括一个终端连接输电线缆导流管，该导流管由与该铝外套筒相同的铝金属材料制成，该导流管一端与输电线缆连接，另一端为带有一对腰型孔的导流舌片，该导流舌片与铝外套管的导流板由螺栓通过该对腰型孔相连接。所述耐张金具组件的铝外套管的导流板纵向焊接在铝外套管的末端或铝外套管无机械挤压压缩处，用于输导电流的导流舌片导线连接管由两个(包括两个以上)腰型孔通过螺栓与铝外套管的导流板连接，从而来满足电缆安装中对不同角度的要求。在不同的地形，不同角度的输电线路安装施工中，大大减少了施工难度。
在一个实施方式中，所述钢锚套筒还包括位于第一端部和第二端部之间的中间实心部位，所述中间实心部位上设有多个轴向间隔开的螺纹，在所述钢锚套筒的轴向被压缩时，所述螺纹径向向外挠曲以抵靠所述铝外套管的所述内径而固定地接合。
在一个实施方式中，所述锻造钢锚为由该钢锚套筒的第一端部延伸并位于所述铝外套管之外的适于与绝缘子串接合的锻造钢环。
在一个实施方式中，所述钢锚套筒的第二端部的所述中空钢套管与所述细长中空管长度相等，所述中空钢套管的内径尺寸大于所述细长中空管外径尺寸的规定尺寸。
在一个实施方式中，在所述钢锚套筒的第二端部的中空钢套管内壁设置有助于加强所述钢锚套筒的握着力的喷涂砂粒材料，所述喷涂砂粒材料具有给定的颗粒尺寸和硬度，并且还包括碳化硅材料。
在一个实施方式中，所述细长中空管具有根据所述复合材料芯棒的具体尺寸给予严格的规定的内径尺寸及长度。
在一个实施方式中，所述钢锚套筒的中空钢套管上的从螺纹底部起至第二端部的外端之间的部分为由固定尺寸的钢模具块进行机械挤压的挤压部位，所述细长中空管被挤压出5～10毫米。
在一个实施方式中，所述铝外套管于轴向具有两个能施加机械压缩操作的挤压部位；一个挤压部位为与钢锚套筒的螺纹对应的部位，另一挤压部位为对应于输电线缆的外铝绞线处在铝外套管内的位置的部位。
附图说明
图1为根据本实用新型的应用于碳纤维复合材料芯倍容铝绞线的专用耐张金具组件在实施压缩前的整体剖视图。
图2、3为图1中的铝外套管的挤压部位通过两块钢模具机械挤压压缩前后的剖视图。
图4、5为图1中钢锚套筒的第二端部的中空钢管的挤压部位通过两块钢模具机械挤压压缩前后的剖视图。
图6为根据图1的专用耐张金具组件中的钢锚套筒、细长中空管的分解立体图，进一步展示钢锚套筒的结构及各部件插入的过程及位置。
图7为根据图1的专用耐张金具组件中的钢锚套筒、细长中空管及输电线缆的分解立体图，展示钢锚套筒的结构及各个部件插入的过程及位置。
图8为图1中的钢锚套筒被压缩后的立体图，展示出钢锚套筒第二端部的空心钢套管受挤压压缩后的状态。
图9、10为图1中的导流板的主视图和侧视图。
图11、12为图1中的导流管的主视图和侧视图。
图13、14为中图1中的钢锚套筒的中空钢套筒的压缩部位及对铝外套管的压缩部位在施压压缩过程中使用的钢模具的端部示意图。
具体实施方式
如图1～8所示，本实用新型提供一种用于在输电线路安装中对于复合材料芯倍容铝绞线使用的耐张金具组件，该耐张金具组件包括：具有选定内径的细长中空管1，该细长中空管1由具有确定挤压率的铝合金材料构成且具有第一端部11和第二端部12；钢锚套筒2，该钢锚套筒2具有第一端部21和第二端部22，该钢锚套筒2的第一端部21设置锻造钢锚，第二端部22为中空钢套筒24，该中空钢套筒24的内径20大于细长中空管1的外径尺寸，细长中空管1能够轴向插入钢锚套筒2的第二端部22而进入所述中空钢套筒24内；输电线缆3，该输电线缆3包括多条多层螺旋缠绕的外铝绞线31和包括多条多层螺旋缠绕的内铝绞线的复合材料芯棒32，将输电线缆3的一段外铝绞线31剥除而使一段复合材料芯棒32露出即延伸超过外铝绞线31，将与细长中空管1长度相等的一段复合材料芯棒32插入细长中空管1内，使钢锚套筒2受到机械压缩和面积减小处理，细长中空管1以大于钢锚套筒2的比率被挤压，使得细长中空管1被挤压而延伸出钢锚套筒2；一个具有选定内径并具有第一端部41和第二端部42的铝外套管4，铝外套管4滑动地接合在钢锚套筒2上并与输电线缆相连接。
根据上述方案，将该细长中空管1轴向插入钢锚套筒2的中空钢套筒24内，将输电线缆3预留的一段复合材料芯棒32再插入到细长中空管1中。接着将插好复合材料芯棒32和细长中空管1的钢锚套筒2插进一对如图13所示的重型压缩模具块之间，对该钢锚套筒2进行面积减小/压缩操作(在10,000psi以上的压力下操作)。该操作的目的是将复合材料芯棒32牢固地固定在钢锚套筒2的中空钢套筒24内。本实用新型使用由特定挤压比率的铝合金材料制成的，并具有规定等量长度、内径的细长中空管1与复合材料芯棒32通过机械挤压压缩进行连接。由于细长中空管1的铝合金材料的挤压比率大于钢锚套筒2的钢材料比率，在机械压缩过程中细长中空管1就会被挤压出钢锚套筒2例如5至10毫米，从而消除了内绞线复合材料芯棒32和钢锚套筒2之间的应力，这不仅使复合材料芯棒32在中空钢套筒24内的应力得到延展，同时解决了复合材料芯棒32在钢锚套筒2端口的剪切力问题。由于所选择的细长中空管1的铝合金的成分及硬度，在特定压力下能够最有效地与复合材料芯棒32啮合。
在本实用新型的一个实施方式中，如图1、6、7、8所示，钢锚套筒2的第二端部22呈圆柱体，钢锚套筒2还包括位于第一端部21和第二端部22之间的中间实心部位23，在中间实心部位23外设置多个轴向间隔开的螺纹25，在钢锚套筒2的轴向被压缩时，这些螺纹25可径向向外挠曲以抵靠铝外套管4的内径从而与能够有效地与铝外套管4的内径固定啮合。该中空钢套管24的长度是自第二端部22的外端221轴向延伸到该螺纹25的底部部位。
钢锚套筒2的第一端部21设置的锻造钢锚为由该第一端部21延伸的锻造钢环26，其位于铝外套管4之外，用于与输电线路安装相关的输电杆塔及绝缘子串固定连接。在中间实心部位23的外围还设置端部毛毡垫片27，其可滑动地接合在中间实心部位23外并可插设在间隔开的槽纹25之间。
在本实用新型的一个实施方式中，如图1所示，钢锚套筒2的第二端部22的中空钢套管24与细长中空管1长度相等，中空钢套管24的内径尺寸大于细长中空管1外径尺寸的规定尺寸。当然，细长中空管1可以略短于钢锚套筒2的中空钢套管24。
在本实用新型的一个实施方式中，如图1、6、7所示，在钢锚套筒2的第二端部22的中空钢套管24的内壁设置喷涂砂粒材料28，这些砂粒材料28具有给定的颗粒尺寸和硬度，并且还包括碳化硅材料，有助于加强钢锚套筒2的握着力。
在本实用新型的一个实施方式中，细长中空管1的内径尺寸、长度及铝合金的硬度均根据复合材料芯棒32的具体尺寸均给予严格规定。
在本实用新型的一个实施方式中，钢锚套筒2的整个中空钢套管24，即从螺纹25底部起至第二端部22的外端221之间的部分，为由图13所示的固定尺寸的钢模具块进行机械挤压的挤压部位29，在压缩时，由于细长中空管1和中空钢套管24的挤压比率不同，细长中空管1能被从中空钢套管24内挤压出5～10毫米。优选的，在复合材料芯棒32完全插入细长中空管1后仍有10～30毫米左右的长度L1留在管外，这样在输电电缆的内铝绞线在铝外套管4受到压力压缩时，导线的张力会使内铝绞线延展，这样就给铝绞线保留了空间。
在本实用新型的一个实施方式中，如图1～5所示，铝外套管4由导电的铝金属材料构成，铝外套管4与其内的钢锚套筒2也通过机械挤压来相互接合。铝外套管4于轴向具有两个能施加机械压缩操作的挤压部位43、44，一个挤压部位43为与钢锚套筒2的螺纹25相对应的部位，另一挤压部位44为输电线缆3的外铝绞线31处在铝外套管4内的位置。先将钢锚套筒2与插入其内的细长中空管1和复合材料芯棒32在中空钢套管24的挤压部位29处被挤压，然后再由图14所示的一对重型压缩模具块在铝外套管4的两个挤压部位43、44进行挤压，以将铝外套管4、钢锚套筒2和输电线缆3三者牢固地接合起来。
如图1、9、10所示，该铝外套管4的第二端部42沿该铝外套管4外径连接一块导流板45，该导流板45由与该铝外套筒4相同的铝金属材料制成，该导流板45纵向焊接在该铝外套管4的第二端部42的末端位置，另外该导流板45也可焊接在铝外套管4的非机械挤压部，例如图1中与钢锚套筒2的中空钢套管24对应的位置上。其中图9、10示出了导流板45的结构。
进一步的实施方式中，如图1、11、12所示，铝外套管4还包括一个终端连接输电线缆导流管46，该导流管46由与该铝外套筒4相同的铝金属材料制成，该导流管46的一端461呈管筒形，输电线缆3插入进该导流管46内而与导流管46相连接，另一端为带有一对对称的腰型孔47的导流舌片48，该导流舌片48与铝外套管4的导流板45由螺栓5通过该对腰型孔47相连接。该对腰型孔47使得导流管46在安装时能够进行角度调整，解决了安装施工中的技术难题。其中图11、12为导流管的局部剖面图，示出了导流管46的管筒的结构和深度，导流电缆将插入于该导流管46内。
具体安装方式
如图1～14所示，示出了本实用新型的用于在终端导体使用的压缩连接组件即耐张金具。如上所述，这种终端连接组件应用于输电线路安装中，并特别应用于复合材料线芯倍容铝绞线的连接。本实用新型专利还公开了这种专用耐张金具组件的组装连接方法。
组装前的准备工作：将专用耐张金具组件的各连接组件清洁干净，铝外套管4、中空钢套管24和细长中空管1的筒内不得有任何油渍。将输电线缆3(复合材料芯倍容铝绞线)的需连接的端点内的外铝绞线31拨开，使复合材料芯棒32裸露出来，并将外铝绞线31裁剪掉，裁减掉的外铝绞线31的长度为细长中空管1的长度+30毫米。清洁裸露出的复合材料芯棒32，使其外表不得有任何油渍。胶带固定好被剪断的外铝绞线31的铝线头，使其保持线缆的圆度，便于组装中能够轻松地插入进铝外套管4中。
实施安装：
1、将准备好的输电线缆3的端部由带有焊接导流板45的铝外套管4的第一端部41插入，由第二端部42出来，使铝外套管4可在线缆上自由滑动。
2、将细长中空管1插入钢锚套筒2的第二端部22的中空钢套筒24中；将穿出铝外套管4的第二端部42准备好的裸露复合材料芯棒32穿进细长中空管1中；使用图13所示的钢锚套管专用模具块由钢锚套筒2上的螺纹25部位的下端起夹住钢锚套筒2的空心钢套筒24并开始机械施压操作，压缩施压操作要求叠层施压，每次施压约距离为15毫米，完成施压后如图8所示。
3、将铝外套管4顺导线移动，使压缩后的已连接好复合材料芯棒32的钢锚套筒2全部插入进铝外套管4中；此时钢锚套筒2及特定长度的输电电缆3已进入到铝外套管4内；使用图14所示的铝外套管4的专用钢模具块在铝外套管4的挤压部位43，由第一端部41指向第二端部42方向叠层施压，每叠层施压距离为20毫米；完成对挤压部位43的施压后，将模具块移动到挤压部位44并同样由第一端部41指向第二端部42的方向叠层施压直至指定位置，每叠层施压距离为20毫米。以上，全部的专用耐张金具组件的连接组件组装完成。
Claims (10)
1.一种复合材料芯倍容铝绞线专用耐张金具组件，其特征在于，包括：具有选定内径的细长中空管，所述细长中空管由具有确定挤压率的铝合金材料构成；钢锚套筒，所述钢锚套筒具有第一端部和第二端部，该钢锚套筒的第一端部设置锻造钢锚，第二端部包括中空钢套筒，该中空钢套筒的内径大于所述细长中空管的外径尺寸，所述细长中空管轴向插入所述钢锚套筒的第二端部而进入所述中空钢套筒内；输电线缆，该输电线缆包括外铝绞线和复合材料芯棒，一段延伸超过所述外铝绞线的与所述细长中空管长度相等的所述复合材料芯棒插入所述细长中空管内，在所述钢锚套筒受到机械压缩和面积减小处理状态下，所述细长中空管以大于所述钢锚套筒的比率被挤压而延伸出所述钢锚套筒；铝外套管，所述铝外套管具有选定内径并具有第一端部和第二端部，所述铝外套管滑动地接合在所述钢锚套筒上并与输电线缆相连接。
2.根据权利要求1所述的复合材料芯倍容铝绞线专用耐张金具组件，其特征在于，所述铝外套管由导电的铝金属材料构成，该铝外套管的第二端部沿该铝外套管外径连接一块导流板，该导流板由与该铝外套筒相同的铝金属材料制成，该导流板纵向焊接在该铝外套管的第二端部的末端或非机械挤压部位。
3.根据权利要求2所述的复合材料芯倍容铝绞线专用耐张金具组件，其特征在于，所述铝外套管还包括一个终端连接输电线缆导流管，该导流管由与该铝外套筒相同的铝金属材料制成，该导流管一端与输电线缆连接，另一端为带有一对腰型孔的导流舌片，该导流舌片与铝外套管的导流板由螺栓通过该对腰型孔相连接。
4.根据权利要求1所述的复合材料芯倍容铝绞线专用耐张金具组件，其特征在于，所述钢锚套筒还包括位于第一端部和第二端部之间的中间实心部位，所述中间实心部位上设有多个轴向间隔开的螺纹，在所述钢锚套筒的轴向被压缩时，所述螺纹径向向外挠曲以抵靠所述铝外套管的所述内径而固定地接合。
5.根据权利要求4所述的复合材料芯倍容铝绞线专用耐张金具组件，其特征在于，所述锻造钢锚为由该钢锚套筒的第一端部延伸并位于所述铝外套管之外的适于与绝缘子串接合的锻造钢环。
6.根据权利要求4所述的复合材料芯倍容铝绞线专用耐张金具组件，其特征在于，所述钢锚套筒的第二端部的所述中空钢套管与所述细长中空管长度相等，所述中 空钢套管的内径尺寸大于所述细长中空管外径尺寸的规定尺寸。
7.根据权利要求6所述的复合材料芯倍容铝绞线专用耐张金具组件，其特征在于，在所述钢锚套筒的第二端部的中空钢套管内壁设置有助于加强所述钢锚套筒的握着力的喷涂砂粒材料，所述喷涂砂粒材料具有给定的颗粒尺寸和硬度，并且还包括碳化硅材料。
8.根据权利要求1或6所述的复合材料芯倍容铝绞线专用耐张金具组件，其特征在于，所述细长中空管具有根据所述复合材料芯棒的具体尺寸给予规定的内径尺寸及长度。
9.根据权利要求4所述的复合材料芯倍容铝绞线专用耐张金具组件，其特征在于，所述钢锚套筒的中空钢套管上的从螺纹底部起至第二端部的外端之间的部分为由固定尺寸的钢模具块进行机械挤压的挤压部位，所述细长中空管被挤压出5～10毫米。
10.根据权利要求2所述的复合材料芯倍容铝绞线专用耐张金具组件，其特征在于，所述铝外套管于轴向具有两个能施加机械压缩操作的挤压部位；一个挤压部位为与钢锚套筒的螺纹对应的部位，另一挤压部位为对应于输电线缆的外铝绞线处在铝外套管内的位置的部位。
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