一種仿生抗衝蝕架空導線的製作方法

2023-12-02 06:49:31

本發明涉及一種導線，特別涉及一種仿生抗衝蝕架空導線。

背景技術：

架空導線是電力輸送的重要器材，目前西北電網750kv輸電線路穿越戈壁沙漠，由於其所穿越地區經常受到沙塵暴的襲擊，線路易受到風沙的侵蝕，即造成衝蝕磨損。衝蝕磨損使導線表面狀態急劇改變，降低導線的疲勞強度，增加導線斷股的機率，加快導線腐蝕的速度，導致導線達不到設計服役期限。同時，由於表面粗糙度的增大，導致導線表面尖端凸起和金屬微刺數量大大增加，在導線工作過程中，這些尖端凸起和金屬微刺會產生尖端放電的電暈現象，造成導線周圍電場強度增大，甚至威脅到維護線路人員的人身安全，並且還降低了架空導線輸電效率，造成了電力能源的浪費和經濟的巨大損失。因此研究風沙環境下的導線抗衝蝕磨損對提高導線疲勞壽命具有一定理論價值和應用前景，同時為沙漠周邊導線架設和導線防磨提供了試驗基礎和理論體系。但是由於沙漠條件嚴酷性和導線現場測量的局限性和困難度，許多學者只能自制試驗裝置在實驗室進行相關課題的研究，目前國內外對風沙衝蝕導線機理尚不明確，因此解決架空導線的衝蝕問題迫在眉睫。

隨著仿生學研究的不斷深入，許多科學與技術難題都可以從生物界獲得靈感。沙漠蠍子生活在惡劣的沙漠地區,常常受到風沙的衝蝕。它們為了適應生存在自然選擇的條件下背板上進化出特殊的v型槽、凸包結構，這些結構能夠改變體表的邊界層流場的流動狀態，減小固體顆粒撞擊體表的次數，並且固體顆粒在v型槽內部、相鄰凸包之間的界面處形成的空氣墊的作用下撞擊體表的速度大大降低，進而使得蠍子具有很強的抗衝蝕性能。因此，v型槽、凸包結構在仿生抗衝蝕方面為人類提供了天然的生物藍本。

技術實現要素：

本發明的目的在於克服上述現有技術的不足，而提供一種仿生抗衝蝕架空導線。本發明是基於沙漠蠍子優異抗衝蝕體表結構，設計出v型槽、凸包結構，這些結構在不同粒徑的固體顆粒的高速衝擊下，能夠改變材料表面的氣/固兩相流的流動狀態及減小固體顆粒的衝擊速度，從而可以降低導線在衝蝕過程中的衝蝕率，提高其抗衝蝕性能。

本發明的設計思想是來自沙漠蠍子背板表面的v型槽、凸包結構。

本發明的技術方案是：

導線是由導體、內屏蔽材料和絕緣材料組成，本發明是在導線的絕緣材料外表面的縱長方向上設置有仿生v型槽結構和仿生凸包結構，仿生v型槽結構在絕緣材料上圓周分布；相鄰仿生v型槽結構之間的凸稜上分布仿生凸包結構。

仿生v型槽結構的截面為等邊三角形，仿生v型槽結構的邊長為1.5mm，溝槽兩邊緣間距為1.5mm；仿生凸包結構的截面為半圓形，仿生凸包結構半徑r為1mm。

本發明能夠應用於易受衝蝕磨損的惡劣環境中，以提高其抗衝蝕性能，從而減少漏電事故並延長其使用壽命。

仿生v型槽結構和仿生凸包結構的存在能夠改變導線絕緣材料外表面的氣/固兩相流的流動狀態，減小固體顆粒撞擊絕緣材料表面的次數，並且由於仿生v型槽結構內部、相鄰仿生凸包結構之間的界面處的空氣墊的作用，減小固體粒子碰撞速度進而降低固體粒子撞擊導線表面的動能從而使得導線在不同粒徑固體顆粒的衝蝕下衝蝕率降低。

本發明的有益效果：

本發明不用在導線的絕緣材料表面進行塗層，只是在材料表面設置仿生v型槽結構和仿生凸包結構就可以提高導線的抗衝蝕性能，具有製造工藝簡單，技術難度小，耗時少，成本低的優點。

附圖說明

圖1是本發明的截面圖。

圖2是本發明的立體示意圖。

圖3是本發明的局部放大示意圖。

圖4是本發明的仿生凸包結構示意圖。

具體實施方式

請參閱圖1、圖2、圖3和圖4所示，在本實施例中，導線是由導體3、內屏蔽材料2和絕緣材料1組成，本發明是在導線的絕緣材料1外表面的縱長方向上設置有仿生v型槽結構4和仿生凸包結構5，仿生v型槽結構4在絕緣材料1上圓周分布；相鄰仿生v型槽結構4之間的凸稜上分布仿生凸包結構5。

仿生v型槽結構4的截面為等邊三角形，仿生v型槽結構4的邊長為1.5mm，溝槽兩邊緣間距為1.5mm；仿生凸包結構5的截面為半圓形，仿生凸包結構5半徑r為1mm。

在本實施例中，以10kv、50hz的電纜外徑d為14mm的jklyj-10型號架空導線為例，具體的工藝流程如下：導體3部分是鋁或鋁合金時，在常溫下，利用拉絲機通過一道或數道拉伸模具的模孔，使其截面減小、長度增加、強度提高。鋁單絲在通過退火工序處理到一定的溫度下，以再結晶的方式來提高單絲的韌性、降低單絲的強度，以符合架空導線對導電線芯的要求。為了提高架空導線的柔軟度，以便於敷設安裝，導電線芯採取多根單絲絞合而成，為了減少導線的佔用面積、縮小電纜的幾何尺寸，在絞合導體的同時採用緊壓形式，使普通圓形變為緊壓的圓形，使得導體3外徑d為3.8mm。為了保護導電線芯，根據對架空導線不同的性能要求，採用專用的設備在導體的外面連續擠壓，將內屏蔽層材料2包覆在導體3上，內屏蔽層材料2的厚度e為0.7mm。然後利用內表面上設置有仿生v型槽結構4和仿生凸包結構5的擠塑機包覆架空導線的絕緣層，絕緣層的厚度f為3.4mm，仿生v型槽結構4長度g設定為1.5mm，個數設定為30，仿生凸包結構5的半徑r設定為1mm，縱向分布時相鄰仿生凸包結構5之間的間距h設定為2mm，沿導線圓周及縱向均勻分布。