专利名称：一种复合材料电力横担的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种复合材料电力横担，属输电线路的配套结构件领域。
背景技术：
在电力设施领域，横担是输电线路中重要的配套结构件，横担的一端与输电杆或塔主体相连接，另一端挂输电导线。针对传统横担绝缘性能差，使用寿命短的缺陷，已有用复合材料加工而成的玻璃钢横担，该复合材料横担利用的纤维增强树脂基复合材料(以下简称FRP)具有强度高、质量轻、耐腐蚀以及耐疲劳性能、耐久性能和电绝缘性能好、性能可设计等特点，也正是复合材料横担相对于传统横担的突出优势所在；然而，由于采用玻璃钢材料，即纤维增强复合材料成型的电力横担仍延用了金属横担的实心结构，同时还延用了横担整体为等径的结构方式；存在如下缺陷一、电力横担整体为实心结构，其重量虽相对于金属横担的重量稍有减少，但重量优势不大；二、沿用等径横担结构势必会造成一定程度的材料浪费而无法完全发挥所用复合材料的功效作用；因此在满足承受荷载作用下保证刚度要求以及具有良好绝缘性能要求的前提下，采用树脂基增强型玻璃纤维制作实心的电力横担，成本高升，无法推广实施。三、通过横担实体结构的应力分布情况分析可以得知，在横担结构的根部是大应力分布区域，而在横担端头部位应力较小；不均衡的应力分布结构势会导致横担的根部损耗严重；如果将横担整体加粗，则造成整个横担重量提高，端头部位臃肿；加大了安装和检修的难度，不易推广实施。
发明内容为了克服上述现有技术中存在的缺陷，本实用新型的目的是提供一种轻质、安装方便、成本低且根部承载能力加强的复合材料电力横担。为了实现上述目的，本实用新型采用如下技术方案一种复合材料电力横担，包括管状的横担本体、装于该横担本体一端的连接法兰和该横担本体另一端的金具；其特征在于所述横担本体由玻璃钢管和在该玻璃钢管外壁缠绕的玻璃纤维增强材料层构成；该横担本体沿长向分设为根部和管部，其中，根部的长度与管部的长度比为1:7 ；所述根部的外径大于所述管部的外径；所述管部与所述根部的连接处设有一过渡段，该过渡段长度为 200mm ；所述过渡段由管部的内缘至根部的内缘为逐渐增大的锥形状；所述玻璃钢管的内芯处充满有泡沫状材料，在所述管部的端口处和所述根部的端口处，分别留有放置隔挡泡沫状材料外溢的堵头。上述管部与金具连接端的外表面至管部与过渡段连接端的外表面之间包覆有硅橡胶伞群层。上述玻璃钢管的内径为130mm，外径为160mm ；在该玻璃钢管外壁的玻璃纤维增强材料层的缠绕厚度为15-25mm。上述根部堵头的长度为SO-IOOmm ；管部堵头的长度为100_200mm。上述过渡段的锥形状由浸渍有树脂胶液的玻璃纤维增强材料缠绕而成。[0010]上述所用的连接法兰由一圆环形底盘、圆筒状法兰筒和若干条筋板组合而成；其中，法兰筒的厚度及筒径均与圆环形底盘的厚度及内圆直径相同；法兰筒垂直装于圆环形底盘的内圆处，法兰筒的底边与该圆环形底盘的内圆周边固定连接；沿该圆环形底盘的圆周等距开有多个螺栓孔；若干条筋板均布在圆环形底盘上且分别位于相邻2个螺栓孔之间；所述筋板为三角形，其底边略小于所述圆环形底盘的宽度，筋板的直角边固接于法兰筒的外壁上，其高度为法兰筒高度的2/3 ；筋条的斜边角度为60-75°。上述管部的外径为190-210mm，根部由在管部外围缠绕的玻璃纤维增强材料加强层构成，该根部的外径为240-280mm。将上述法兰筒的顶端套接于根部的加强层上，法兰筒的底边与根部的端口平齐； 由与法兰筒连接的若干条筋板顶端至法兰筒顶端之间再缠绕厚度为10-15mm的玻璃纤维增强材料层；由法兰筒顶端至过渡段与根部连接端的缠绕厚度为18-23 mm的纤维增强材料层。在上述的硅橡胶伞群层中段的外表面还装有一供维修人员踩踏的复合材料垫块， 该复合材料垫块包括2个外翻边半圆柱形分体，2个半圆柱形分体的外翻边对扣在所述管部中段的外壁上，通过螺栓将其固定连接。由于采用了上述技术方案，本实用新型的有益效果如下1、本实用新型的复合材料横担的创新之处在于对横担根部的处理，根据以往的理论知识和实践结果可以得知，横担结构承受荷载作用下根部结构是承载的关键，在横担根部应力值大而横担端头部位应力值小，所以如果对根部进行加强就可以很好的解决此问题，本发明的目的在于发挥结构优势降低横担成本，减轻横担重量。2、复合材料横担整体结构分为四层内层为填充泡沫等轻质绝缘材料，中间层为拉挤工艺成型的玻璃纤维增强复合材料管；次外层为该玻璃纤维增强复合材料管的管部和根部以及两者之间的过渡段均由玻璃纤维增强材料缠绕成型；外层包覆一硅橡胶伞裙层；这种结构的设置，一方面加强了整体横担的承力；另一方面在横担本体外面再包覆硅橡胶伞裙层以增加爬电距离。3、采用对横担结构根部进行缠绕加厚，然后平滑过渡到等径的管部，工艺简单、便于操作、安全性强；易于推广实施。
图1为本实用新型整体的剖面结构示意图。图2为图1根部的局部放大图。图3为图IA-A向结构示意图。图4为图IB-B向结构示意图。
具体实施方式
如图1、图2、图3所示该复合材料电力横担由横担本体1、根部2、管部3、过渡段 4、硅橡胶伞群层5、泡沫状材料6、管部堵头7、根部堵头8、垫块9、连接法兰10和金具11组装而成。横担本体1包括一拉挤成型的玻璃钢管和其外表面缠绕的玻璃纤维增强材料层； 所用的玻璃钢管内径为130mm，外径为160mm ；玻璃纤维增强材料层的缠绕厚度为15 25mm，形成的横担本体1的外径为190_210mm。[0021]该横担本体1沿长向分设为根部2和管部3，其中，根部2的长度与管部3的长度比为1:7 ；管部3的外径即为横担本体1的外径。在根部2处还缠绕有加强层，即在管部3的外径再缠绕厚度为50_70mm的玻璃纤维增强材料层作为加强层，使其根部外径为240-280mm。根部2至管部3的连接处设有一过渡段4，该过渡段长度为200mm ；该过渡段由管部3的内端至根部2的内端为逐渐增大的锥形状；过渡段4的锥面由常规的浸渍有树脂胶液的玻璃纤维增强材料缠绕方法成型；根部2缠绕层的厚度选择是根据常规的有限元方法进行数值模拟分析确定。在玻璃钢管的内芯处充满有泡沫状材料6，泡沫材料6采用市场销售的工程用发泡A、B组分料；通过发泡机从横担根部的玻璃管内开始填注方式将泡沫材料充入玻璃钢管的内芯中。位于根部2外端的玻璃钢管端口处设有一防止泡沫状材料6溢出的根部堵头 8，其长度为SO-IOOmm ；位于管部3外端的玻璃钢管端口处设有一管部堵头7，其长度为 100-200mm，最佳为150mm ；管部堵头7、根部堵头8分别为环氧树脂玻璃纤维材料成型棒，该环氧树脂玻璃纤维成型棒由常规的拉挤成型方法和拉挤设备加工而成；管部堵头7的直径和根部堵头8的直径均与玻璃钢管的内径相同。连接法兰10由一圆环形底盘101、圆筒状的法兰筒104和若干条筋板103组合而成；其中，法兰筒104的厚度及筒径均与圆环形底盘101的厚度及内圆直径相同；法兰筒 104垂直装于圆环形底盘101的内圆处，法兰筒104的底边与该圆环形底盘101的内圆周边固定连接；沿该圆环形底盘101的圆周等距开有多个螺栓孔102 ；若干条筋板103均布在圆环形底盘101上且分别位于相邻2个螺栓孔102之间；筋板为三角形，其底边略小于圆环形底盘101的宽度，筋板的直角边固接于法兰筒104的外壁上，其高度为法兰筒104高度的 2/3;筋板的斜边角度为60-75°。若干条筋板103均采用钢板，每条筋板的底边顺其圆环形底盘101的径向焊接固定；若干条筋板103和圆环形底盘102在法兰筒104上起辅助增强作用。本实例中，圆环形底盘101上的螺栓孔102设置有12个，筋板设置有12个。螺栓孔102和若干条筋板103设置的多少与连接法兰的大小有直接关系；横担体积大，相应的连接法兰大，连接法兰底盘上的螺栓孔和筋板会相应增多。法兰筒104的顶端套接于根部2外端上，法兰筒的底边与根部2的外端口平齐；由与法兰筒104连接的若干条筋板103顶端至法兰筒104顶端之间缠绕有玻璃纤维增强材料层，其厚度为10_15mm ；法兰筒104底端至过渡段4与根部2的连接端缠绕的纤维增强材料层的厚度为40-60mm。在管部3的外端口处还套接有一连接导电线路的金具11，该金具11采用常规的金具，其圆筒状部分与管部3的外端口套装；由金具11与管部3相接内端的外表面至管部 3与过渡段4相接端的外表面之间包覆有硅橡胶伞裙层5。在硅橡胶伞群层5中段的外表面还装有一供维修人员踩踏的复合材料垫块9 ；该复合材料垫块9的高度为40mm ；垫块9由2个外翻边半圆柱形分体和螺栓组合而成；2个半圆柱形分体由玻璃纤维复合材料铺覆、固化成型，其外翻边上相对位置留有固定用的螺孔； 固定时，先将两个半圆柱状相对扣接在缠绕有玻璃纤维增强材料层的管部中段，两个外翻边对接后，通过螺栓将其固定连接。如图4所示，金具11由钢筒111和挂线板组合而成，钢筒111为等径直筒体，其开口端的端口上设有内螺纹，该开口端与管部3的外端套接；套接时，先将内螺纹上涂抹粘接用结构胶，在结构胶固化前将钢筒111与管部3外端拧紧以完成连接；在钢筒111的闭口端焊接十字交叉布置的钢板并在钢板上打孔，用于安装通电导线；十字交叉的钢板4个端口分别开设有通线孔112 ；导线113分别穿过通线孔112实现连接。本实用新型电力横担的成型方法为取一内径为130mm，外径为160mm的玻璃钢管，外面缠绕15 25mm的玻璃纤维增强材料层；经固化后，形成的横担本体1的外径为190-210mm ；然后在根部2处用玻璃纤维增强材料缠绕加强层，即在管部3的外径再缠绕厚度为50-70mm的玻璃纤维增强材料作为加强层，使其根部外径为240-280mm。将金属法兰筒的部位套接在根部2的加强层上，金属法兰筒的底边与根部的端口平齐；由与金属法兰筒连接的若干条筋板顶端至该金属法兰筒顶端之间再缠绕厚度为 10-15mm的玻璃纤维增强材料层，使金属法兰筒与横担本体1能够良好结合；由金属法兰筒顶端至过渡段与根部连接端的部位缠绕纤维增强材料层的厚度为18-23 mm，使与金属法兰筒连接的若干条筋板顶端至过渡段与根部连接端上缠绕的纤维增强材料层的厚度平齐。玻璃纤维增强材料层的缠绕是从横担本体1的端部到根部连续缠绕，而根部2是在该连续缠绕的基础上，再在管部3与根部2之间缠绕出锥形的过渡段4 ；使根部2的直径大于管部3的直径；然后再在包括有金属法兰的根部3段进行连续缠绕；完成整个横担本体1的缠绕后，经固化成型；最后在横担本体1的外表面包覆硅橡胶伞裙层5。将上述法兰筒的顶端套接于根部加强层，硅橡胶伞群层5是通过将硅橡胶裁剪成碎片或条状，然后将这些碎片或条状的硅橡胶填充到预制的模具当中，再加热待固化成型即为硅橡胶伞裙。
权利要求1.一种复合材料电力横担，包括管状的横担本体、装于该横担本体一端的连接法兰和该横担本体另一端的金具；其特征在于所述横担本体由玻璃钢管和在该玻璃钢管外壁缠绕的玻璃纤维增强材料层构成；该横担本体沿长向分设为根部和管部，其中，根部的长度与管部的长度比为1:7 ；所述根部的外径大于所述管部的外径；所述管部与所述根部的连接处设有一过渡段，该过渡段长度为200mm;所述过渡段由管部的内缘至根部的内缘为逐渐增大的锥形状；所述玻璃钢管的内芯处充满有泡沫状材料，在所述管部的端口处和所述根部的端口处，分别留有放置隔挡泡沫状材料外溢的堵头。
2.如权利要求1所述的复合材料电力横担，其特征在于由所述管部与金具连接端的外表面至所述管部与过渡段连接端的外表面之间包覆有硅橡胶伞群层。
3.如权利要求2所述的复合材料电力横担，其特征在于所述玻璃钢管的内径为 130mm，外径为160mm ；所述玻璃纤维增强材料层的缠绕厚度为15_25mm。
4.如权利要求3所述的复合材料电力横担，其特征在于所述根部堵头的长度为 80-100mm ；所述管部堵头的长度为100-200mm。
5.如权利要求4所述的复合材料电力横担，其特征在于所述过渡段的锥形状由浸渍有树脂胶液的玻璃纤维增强材料缠绕而成。
6.如权利要求5所述的复合材料电力横担，其特征在于所述连接法兰由一圆环形底盘、圆筒状法兰筒和若干条筋板组合而成；其中，法兰筒的厚度及筒径均与圆环形底盘的厚度及内圆直径相同；法兰筒垂直装于圆环形底盘的内圆处，法兰筒的底边与该圆环形底盘的内圆周边固定连接；沿该圆环形底盘的圆周等距开有多个螺栓孔；若干条筋板均布在圆环形底盘上且分别位于相邻2个螺栓孔之间；所述筋板为三角形，其底边略小于所述圆环形底盘的宽度，筋板的直角边固接于法兰筒的外壁上，其高度为法兰筒高度的2/3 ；筋条的斜边角度为60-75°。
7.如权利要求6所述的复合材料电力横担，其特征在于所述管部的外径为 190-210mm，所述根部由在管部外围缠绕的玻璃纤维增强材料加强层构成，该根部的外径为 240-280mm。
8.如权利要求7所述的复合材料电力横担，其特征在于所述法兰筒的顶端套接于所述根部的加强层上，法兰筒的底边与所述根部的端口平齐；由与法兰筒连接的若干条筋板顶端至所述法兰筒顶端之间再缠绕有玻璃纤维增强材料层，其厚度为10-15mm;由所述法兰筒顶端至所述过渡段与所述根部连接端的缠绕厚度为18-23 mm。
9.如权利要求2-8任一项所述的复合材料电力横担，其特征在于在所述硅橡胶伞群层中段的外表面还装有一供维修人员踩踏的复合材料垫块。
10.如权利要求9所述的复合材料电力横担，其特征在于所述复合材料垫块包括2个外翻边半圆柱形分体，2个半圆柱形分体的外翻边对扣在所述管部中段的外壁上，通过螺栓将其固定连接。
专利摘要本实用新型公开了一种复合材料电力横担，包括管状的横担本体、装于该横担本体一端的连接法兰和该横担本体另一端的金具；其特点为横担本体由玻璃钢管和在该玻璃钢管外壁缠绕的玻璃纤维增强材料层构成；该横担本体沿长向分设为根部和管部，其中，根部的长度与管部的长度比为1:7；根部的外径大于管部的外径；管部与根部的连接处设有一过渡段，该过渡段长度为200mm；过渡段由管部的内缘至根部的内缘为逐渐增大的锥形状；横担本体的内径相同，玻璃钢管的内芯充满有泡沫状材料，在管部的端口处和根部的端口处，还分别留有放置隔挡泡沫状材料外溢的堵头。该电力横担具有轻质、安装方便、成本低且根部承载能力强等特点；易于推广实施。
文档编号E04H12/24GK202227764SQ201120347070
公开日2012年5月23日 申请日期2011年9月15日 优先权日2011年9月15日
发明者张雄军, 彭玉刚, 曹小平, 李济民, 潘裕新, 贾伟, 赵爱军 申请人:北京玻钢院复合材料有限公司