用於電氣設備複合材料套管的法蘭及其連接方法

2023-05-28 01:10:31

用於電氣設備複合材料套管的法蘭及其連接方法
【專利摘要】本發明提供一種用於電氣設備複合材料套管的法蘭及其連接方法，其中，用於電氣設備複合材料套管的法蘭包括法蘭盤，所述法蘭盤的同一側具有第一套筒和第二套筒，所述第一套筒與所述第二套筒同軸設置，所述第一套筒位於所述第二套筒內。上述方案，複合材料套管連接在第一套筒與第二套筒之間，通過第一套筒和第二套筒加強了對複合材料套管的約束作用，增強了連接剛度，使複合材料套管的延性能力能夠充分發揮，降低甚至避免了出現滑移失效的問題；此外裝配方便且質量易於保證，在長期使用過程中有較好的密封性，防止複合材料套管端部受環境侵蝕。
【專利說明】用於電氣設備複合材料套管的法蘭及其連接方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及電氣連接結構【技術領域】，尤其涉及用於電氣設備複合材料套管的法蘭及連接方法。
【背景技術】
[0002]輸變電工程是重要的生命線工程，變電站電氣設備是輸變電工程的重要組成部分。歷次震害的經驗和教訓表明，變電站電氣設備一旦在地震中遭到較大破壞，將造成較大範圍的電力中斷，嚴重影響地震區的生產生活，嚴重阻礙抗震救災工作，威脅到群眾的生命和財產安全。
[0003]由於變電站設備的結構形式和尺寸主要由設備需要滿足的電氣性能要求決定，因此對結構形式進行優化以提高變電站設備抗震性能的空間有限。這種情況下，通過改進設計提高構件自身的力學性能是提高設備抗震性能的主要途徑之一。
[0004]連接管件類電氣設備廣泛運用於高壓電氣設備中，包括支柱式電氣設備，如支柱絕緣子和避雷器，以及低矮電氣設備，如變壓器。這類設備在運行過程中承受較大的外荷載作用，特別是地震作用下，連接管件自身和所支撐設備將產生的較大地震力作用於連接管件和連接管件的連接部位。其中，連接管件常用法蘭連接，連接部位是設備力學性能的薄弱環節。
[0005]傳統的連接管件類電氣設備常採用瓷質材料，通過膠裝的方式與金屬材料的法蘭連接。瓷質材料連接管件具有明顯的脆性。在受地震荷載作用時，瓷質材料連接管件法蘭連接的膠裝部位將產生較大應力，導致瓷質材料的破裂而造成連接失效。這種情況下，瓷質材料連接管件類電氣設備的連接性能絕大程度上取決於瓷質材料的抗裂力學性能，法蘭連接形式的改進對連接力學性能的提高作用有限。
[0006]隨著新型材料的研發和電氣設備工業的發展，複合材料因其優秀的絕緣性能和力學性能開始逐漸在各類高電壓等級的電氣設備中採用。樹脂基玻璃纖維加強複合材料是電氣設備常用的複合材料類型，其力學性能與瓷質材料有明顯的區別，在地震荷載作用下，複合材料連接管件類連接部位易發生滑移失效和/或端部密封性失效，而影響電網的安全穩定。

【發明內容】

[0007]在下文中給出關於本發明的簡要概述，以便提供關於本發明的某些方面的基本理解。應當理解，這個概述並不是關於本發明的窮舉性概述。它並不是意圖確定本發明的關鍵或重要部分，也不是意圖限定本發明的範圍。其目的僅僅是以簡化的形式給出某些概念，以此作為稍後論述的更詳細描述的前序。
[0008]本發明提供一種用於電氣設備複合材料套管的法蘭及其連接方法，用以解決複合材料連接管件類連接部位在地震荷載作用下易發生滑移失效和/或端部密封性失效，而影響電網的安全穩定的問題。[0009]本發明提供一種用於電氣設備複合材料套管的法蘭(可簡稱為本發明法蘭)，包括法蘭盤，所述法蘭盤的同一側具有第一套筒和第二套筒，所述第一套筒與所述第二套筒同軸設置，所述第一套筒位於所述第二套筒內。
[0010]本發明還提供採用上述用於電氣設備複合材料套管的法蘭的連接方法，在所述第一套筒與所述第二套筒之間形成的安裝槽內灌注粘結劑，之後將連接管件插入所述安裝槽，待安裝到位後轉動所述連接管件-使膠接劑分布均勻。
[0011]本發明提供的上述方案，複合材料套管連接在第一套筒與第二套筒之間，通過第一套筒和第二套筒加強了對複合材料套管的約束作用，增強了連接剛度，使複合材料套管的延性能力能夠充分發揮，降低甚至避免了在地震荷載作用下出現滑移失效的問題；此外裝配方便且質量易於保證，在長期使用過程中有較好的密封性，防止複合材料套管端部受環境侵蝕。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0012]參照下面結合附圖對本發明實施例的說明，會更加容易地理解本發明的以上和其它目的、特點和優點。附圖中的部件只是為了示出本發明的原理。在附圖中，相同的或類似的技術特徵或部件將採用相同或類似的附圖標記來表示。
[0013]圖1為本發明實施例提供的用於電氣設備複合材料套管的法蘭的全剖視圖；
[0014]圖2為圖1的俯視圖；
[0015]圖3為本發明實施例的用於電氣設備複合材料套管的法蘭的使用狀態圖；
[0016]圖4-圖6為本發明連接方法實施例中各步驟的連接狀態圖；
[0017]圖7為本發明實施例提供的用於電氣設備複合材料套管的法蘭與連接管件連接過後所受彎矩力學分析圖；
[0018]圖8為現有法蘭與連接管件連接過後所受彎矩力學分析圖；
[0019]圖9為連接管件受側向力F的有限元模型圖；
[0020]圖10為力-位移曲線圖
[0021]圖11為本發明實施例提供的用於電氣設備複合材料套管的法蘭應力雲圖；
[0022]圖12為現有法蘭應力雲圖。
【具體實施方式】
[0023]下面參照附圖來說明本發明的實施例。在本發明的一個附圖或一種實施方式中描述的元素和特徵可以與一個或更多個其它附圖或實施方式中示出的元素和特徵相結合。應當注意，為了清楚的目的，附圖和說明中省略了與本發明無關的、本領域普通技術人員已知的部件和處理的表示和描述。
[0024]圖1為本發明實施例提供的用於電氣設備複合材料套管的法蘭的全剖視圖；圖2為圖1的俯視圖。如圖1、圖2所示，本發明實施例提供的用於電氣設備複合材料套管的法蘭，包括法蘭盤5，法蘭盤5的同一側具有第一套筒2和第二套筒I，第一套筒2與第二套筒I同軸設置，第一套筒2位於第二套筒I內。
[0025]上述方案，複合材料套管連接在第一套筒2與第二套筒I之間，通過第一套筒2和第二套筒I加強了對複合材料套管的約束作用，增強了連接剛度，使複合材料套管的延性能力能夠充分發揮，降低甚至避免了在地震荷載作用下出現滑移失效的問題；此外裝配方便且質量易於保證，在長期使用過程中有較好的密封性，防止複合材料套管端部受環境侵蝕。
[0026]實際使用中，為保證各節管組件的連通，則法蘭盤5具有中心通孔6，中心通孔6與第一套筒2同軸設置。
[0027]為了保證第一套筒2的承載力，則中心通孔6的半徑小於第一套筒2的半徑。且作為一種優選方式，第一套筒2與中心通孔6的半徑差大於第二套筒I與第一套筒2的半徑差。
[0028]防止管組件受剪切力而損壞，則使第一套筒2與第二套筒I高度相同。
[0029]為了便於進行連接，在法蘭盤5的邊緣沿圓周方向均勻設置有多個連接通孔4。
[0030]為了增加第二套筒I與法蘭盤5之間連接的剛度及強度，則在每兩相鄰連接通孔4之間設置有一個分別於法蘭盤5及第二套筒連接I的加強肋3。
[0031]在對兩複合材料套管8進行連接時，參見3所示，經兩段複合材料套管8分別與一個上述用於電氣設備複合材料套管的法蘭7進行連接，然後再通過螺栓9將兩個用於電氣設備複合材料套管的法蘭7固定連接在一起。
[0032]本發明實施例還提供一種採用上述法蘭的連接方法，如圖4-6所示，在用於電氣設備複合材料套管的法蘭7的第一套筒與第二套筒之間形成的安裝槽內灌注粘結劑，之後將連接管件8緩慢的插入安裝槽，待安裝到位後轉動連接管件8至預定角度，以使粘結劑可以較為均勻的分布在安裝槽壁面及連接管件8的管面上，達到較好的連接效果。
[0033]當然，除了採用上述粘接的方式進行安裝外，還可以採用過盈的方式進行連接。
[0034]為了使本領域技術人員進一步理解該發明方案的效果，參見下述力學分析。
[0035]由於複合材料的連接管件具有一定的延性能力，本發明用於電氣設備複合材料套管的法蘭連接在外力作用下不會發生瞬時的脆性破壞，而是在交界面發生塑性滑移或逐漸開展的纖維斷裂。這種情況下，加強法蘭對複合材料的連接管件的約束，有利於連接承載力。
[0036]採用膠裝連接或過盈裝配連接時，本發明用於電氣設備複合材料套管的的法蘭的第一套筒及第二套筒均對連接管件形成約束，即有兩個約束面作用，而法蘭對複合材料連接管件的約束面僅為一個。電氣設備在地震荷載作用下，將產生側向的地震力，從而在法蘭連接處形成彎矩作用。此時本發明法蘭和現有法蘭與連接管件的連接受力模式參見圖7、圖8。
[0037]以N1位置為矩心，根據平衡方程，對發明的法蘭有:
[0038]M ≈ (f1+f2).D
[0039]對現有法蘭裝置有:
[0040]M ≈ f1.D
[0041]其中f為交界面處法蘭壁提供的縱向約束力。對發明的法蘭，第一套筒及第二套筒均提供力f以平衡外荷載，而現有法蘭僅有單壁提供力f。對於膠裝連接，f包含膠粘力和界面摩擦力，對於過盈裝配連接，f為界面摩擦力。f與膠黏劑特性、接觸壓力和接觸界面特性有關，超過一定限值時界面將產生滑動，滑動位移超過一定限值時將影響電氣設備的使用性能。[0042]基於上述分析，如圖9所述，分別對本發明用於電氣設備複合材料套管的法蘭與連接管件和現有法蘭與連接管件進行有限元分析。連接方式為無膠裝的過盈裝配連接，過盈量較小，界面僅考慮接觸摩擦力，摩擦係數0.3。本發明用於電氣設備複合材料套管的法蘭及現有法蘭底部固定，連接管件頂部受側向力F作用。本發明用於電氣設備複合材料套管的法蘭及現有法蘭的材料彈性模量2X 10nN/m2，連接管件彈性模量3X IOkiNAi2,按材料彈性狀態進行計算。
[0043]表1
[0044]
【權利要求】
1.一種用於電氣設備複合材料套管的法蘭，其特徵在於，包括法蘭盤，所述法蘭盤的同一側具有第一套筒和第二套筒，所述第一套筒與所述第二套筒同軸設置，所述第一套筒位於所述第二套筒內。
2.根據權利要求1所述的用於電氣設備複合材料套管的法蘭，其特徵在於，所述法蘭盤具有中心通孔，所述中心通孔與所述第一套筒同軸設置。
3.根據權利要求2所述的用於電氣設備複合材料套管的法蘭，其特徵在於，所述中心通孔的半徑小於所述第一套筒的半徑。
4.根據權利要求3所述的用於電氣設備複合材料套管的法蘭，其特徵在於，所述第一套筒與所述中心通孔的半徑差大於所述第二套筒與所述第一套筒的半徑差。
5.根據權利要求1-4任一項所述的用於電氣設備複合材料套管的法蘭，其特徵在於，所述第一套筒與所述第二套筒高度相同。
6.根據權利要求5所述的用於電氣設備複合材料套管的法蘭，其特徵在於，所述法蘭盤的邊緣沿圓周方向均勻設置有多個連接通孔。
7.根據權利要求6所述的用於電氣設備複合材料套管的法蘭，其特徵在於，每兩相鄰所述連接通孔之間設置有一個分別於所述法蘭盤及所述第二套筒連接的加強筋。
8.一種採用權利要求1-7任一項所述的用於電氣設備複合材料套管的法蘭的連接方法，其特徵在於，在所述第一套筒與所述第二套筒之間形成的安裝槽內灌注粘結劑，之後將連接管件插入所述安裝槽，待安裝到位後轉動所述連接管件至預定角度。
【文檔編號】F16B7/00GK103470590SQ201310428696
【公開日】2013年12月25日 申請日期:2013年9月18日 優先權日:2013年9月18日
【發明者】李聖, 代澤兵, 朱祝兵, 盧智成, 高坡 申請人:中國電力科學研究院