一种杆塔的横担结构及塔杆结构的制作方法

本发明属于输变电技术领域，涉及一种杆塔的横担结构及塔杆结构。

背景技术：

目前，在电网架设中普遍使用架空输电线路安装架来进行输电线缆的架设安装，现有的架空输电线路安装架主要包括杆塔和设置在杆塔上的横担。横担是杆塔中重要的组成部分，它的作用是用来安装绝缘子及金具，以支承导线、避雷线，并使之按规定保持一定的安全距离。

目前输变电横担的种类主要有钢质横担、木质横担和合成绝缘横担。对于传统钢质横担，虽然其机械强度高，但是，其本身重量较重，运输、安装成本都比较高，而且，没有绝缘性能，钢质横担容易受外界环境影响，耐候性不好，尤其是应用在腐蚀性气体严重地区、沿海地区及气候恶劣地区时，受到腐蚀后强度大幅降低，存在安全隐患，使用寿命也相应缩短。而木质横担虽然重量上较钢质横担轻一些，但是其整体机械性能较差，其耐候性也不好，容易吸潮霉变，绝缘性能和机械强度逐渐丧失，降低导致其潜在的安全隐患也多，使用寿命较短。

在本领域的常规认知里，由于热塑性材料本身的强度相对较差，而且在长期使用过程中，紫外线降解很快，耐候性差，很难达到横担强度和防水绝缘性能的长期要求，因此，现有的合成绝缘横担均是采用玻璃纤维增强热固性树脂拉挤或缠绕成型。

如中国专利申请(申请号：201810780627.1)公开了一种能有效延长使用寿命的绝缘横担，它包括内层的玻纤增强复合材料的结构层，结构层的截面为矩形管截面，所述结构层内部设置有填充层，所述结构层的外部设置有防护层；其中结构层的颜色为暗色，防护层的颜色为亮色，结构层的老化速度比防护层的老化速度慢。现有的如上述的绝缘横担的主体是矩形管状的结构层，该结构层主要通过玻璃纤维和热固性树脂拉挤成型，内部的填充层为发泡材料主要用于防水、绝缘，外部的防护层主要用于防腐和防老化，也就是说整个绝缘横担的强度均是依靠结构层来支撑，而由于横担的长度均是较长，受力较大，因此使用过程中往往容易出现弯折变形甚至折断，同时对于折断后的这些废弃的横担，无法回收再利用，无法自然降解，存在污染环境的风险。

而由于玻璃纤维本身特性的限定，因此很难在结构层的内周形成复杂的结构，因此，为了增加现有的绝缘横担的强度，常规的做法有以下几种：1、将整个横担的结构层做成实心的柱状结构或者将整个结构层的壁厚做的较厚，但是这样就导致整个横担的重量较重，对杆塔的承重大幅增加，制作、运输和安装的成本都较高。2、研发新的高强度材料，将整个横担结构层全部采用高强度材料制成，这样又增加了造价的成本。3、制作成型管状结构层的过程中，在管壁的内部设置钢筋桁架等加强件，制作工艺复杂，而且钢筋桁架的造价成本也较高，整体的重量也较重，对杆塔的整体防雷和绝缘性能也产生不利影响。

技术实现要素：

本发明的目的是针对现有的技术存在上述问题，提出了一种杆塔的横担结构及塔杆结构，本发明所要解决的技术问题是：如何解决现有的绝缘横担容易折断的问题。

可实现本发明的目的第一个技术方案为：一种杆塔的横担结构，包括发泡材料、呈管状的主体和包覆在主体外的防护层，其特征在于，所述防护层为含氟防护层，所述主体内一体成型有呈网格状的网格层，所述主体和网格层均采用热塑性材料制成，所述网格层的网格间隙内填充有上述发泡材料。

本横担结构克服了本领域对热塑性材料不能用于横担结构中的技术偏见，通过反常规设计，将主体采用热塑性材料制成，在主体外包覆含氟防护层，具有防紫外线和憎水功能，提高了耐候性和绝缘性，并且在主体内一体成型有呈网格状的网格层，网格层提高了主体的整体支承力。同时，发泡材料填充在网格层的网格间隙内，相当于在发泡材料中形成了一个支撑骨架结构，同时各网格间隙又相当于在主体的内周形成了多个密闭的加强腔室，从而从径向以及轴向上整体增加了整个横担结构的承载能力，使用时不易折断，而且采用热塑性材料制成的网格层，整体的重量也更轻，即本横担结构充分发挥了热塑性材料重量轻、电气性能好，韧性大、成本低的优点，不但保证了足够的承压能力，不易折断，而且也更加的轻量化，降低了对杆塔的承重要求，也能够保证杆塔较好的防雷、绝缘性能，降低了制作、运输和安装的成本。此外，本横担的主体和网格层均采用热塑性材料制成，使用废弃后也能够进行回收再利用，提高了资源的利用率。

在上述的杆塔的横担结构中，沿主体的径向截面，所述网格层包括若干横向筋条和若干纵向筋条，若干横向筋条和若干纵向筋条相互交错形成网格状结构。横向筋条和纵向筋条均沿主体的轴向延伸至本体的两端，横向筋条和纵向筋条能够对主体起到一个径向的支撑，提高了主体的径向支承力，同时，发泡材料填充在横向筋条和纵向筋条形成的网格间隙内，相当于在发泡材料中形成了一个支撑骨架结构，同时各网格间隙又相当于在主体的内周形成了多个密闭的加强腔室，从而从径向以及轴向上整体增加了整个横担的承载能力，使用时不易折断，而且采用热塑性材料制成的网格层，整体的重量也更轻，即本横担结构不但保证了足够的承压能力，不易折断，而且也更加的轻量化，降低了对杆塔的承重要求，也能够保证杆塔较好的防雷、绝缘性能，降低了制作、运输和安装的成本。

在上述的杆塔的横担结构中，所述网格层包括呈筒状的筒体层和若干辐条，所述筒体层与主体之间通过若干辐条连接形成网格状结构。辐条沿主体的轴向延伸至本体的两端面处，筒体层和辐条提高了主体的径向支承力，发泡材料填充在筒体层、主体和辐条形成的网格间隙内以及筒体层的内腔中，相当于在发泡材料中形成了一个支撑骨架结构，同时各网格间隙又相当于在主体的内周形成了多个密闭的加强腔室，从而从径向以及轴向上整体增加了整个横担的承压能力，使用时不易折断，而且采用热塑性材料制成的网格层，整体的重量也更轻，即本横担结构不但保证了足够的承压能力，不易折断，而且也更加的轻量化，降低了对杆塔的承重要求，也能够保证杆塔较好的防雷、绝缘性能，降低了制作、运输和安装的成本。

在上述的杆塔的横担结构中，所述网格层包括若干由内向外依次套设的筒体层，相邻的两个筒体层之间以及外圈筒体层与主体之间均通过若干沿周向分布的辐条连接形成网格状结构。多层的筒体层以及辐条结构能够对主体形成一个有效的支撑，从而从径向以及轴向上整体增加了整个横担的承压能力，使用时不易折断，而且采用热塑性材料制成的网格层，整体的重量也更轻，即本横担结构不但保证了足够的承压能力，不易折断，而且也更加的轻量化，降低了对杆塔的承重要求，也能够保证杆塔较好的防雷、绝缘性能，降低了制作、运输和安装的成本。

在上述的杆塔的横担结构中，相邻两层的辐条相互错开设置。相邻的两层辐条相互错位，从而能够更好的对每层的薄弱部位提供一个支撑，提高强度，从而使得整个横担结构的各部位的强度都得到了均匀的提高，不会存在应力集中，局部强度较高局部较弱的不均匀情况，从而更加不易断裂。

在上述的杆塔的横担结构中，所述网格层包括由若干加强筋条形成的蜂窝状结构。蜂窝状结构是覆盖二维平面的最佳拓扑结构，这种结构密合度最高、所需材料最简、可使用空间最大，有着优秀的几何力学性能，从而能够从径向以及轴向上起到增加横担整体强度的作用，同时也能够使得整个横担结构的整体质量更轻。

在上述的杆塔的横担结构中，所述发泡材料为高闭孔率的硬质发泡材料。采用高闭孔率的硬质发泡材料进行填充，强度高，不易发生变形，同时雨水也不会从发泡材料中渗入，使得整个横担的防水、防雷、绝缘性能更好。

在上述的杆塔的横担结构中，所述防护层包括包覆在主体外侧表面且含氟表面活性剂的热固性材料层和涂覆在热固性材料层外且含氟表面活性剂的涂料层。热固性材料层主要作为主体的功能保护层，用于防止紫外线降解，提高了主体的耐候性，涂料层主要作为防腐层和防水层，热固性材料层和涂料层中均含氟表面活性剂，具有较高的热稳定性，能够在高温环境下稳定存在，以及具有较好的化学稳定性，可在酸、碱、氧化介质等特征应用体系中稳定有效的发挥作用，不易发生反应或分解，同时还具有较好的疏水和疏油性能，使得雨水触碰横担的表面后能够随即滑落，不易在横担的表面停留，类似荷叶的表面疏水性，从而能够进一步提高横担的防水、防雷和绝缘性能。作为优选，含氟表面活性剂的热固性材料层包括以下组分：甲基苯基聚硅氧树脂89％～94.5％、硅烷耦合剂0.5％～1％、氟表面活性剂5％～10％；其中在甲基苯基聚硅氧树脂中，具有50％固体含量的甲苯溶剂。涂料层中氟表面活性剂的含量为5.0wt％-10wt％。

在上述的杆塔的横担结构中，所述防护层包括包覆在主体外侧表面的热塑性氟塑料层。防护层可以热塑性氟塑料注塑成型，也可以采用短纤维增强的热塑性氟塑料注塑成型，也可以采用连续纤维增强的热塑性氟塑料拉挤或缠绕成型。氟塑料耐候性好，能够很好的起到防护主体的作用。短纤维或连续纤维增强能够提高横担整体的机械强度。作为优选，本热塑性氟塑料层采用pvdf制成。

可实现本发明的目的第二个技术方案为：一种杆塔的塔杆结构，包括发泡材料、呈管状的主体和包覆在主体外的防护层，其特征在于，所述主体内一体成型有呈网格状的网格层，所述主体和网格层均采用热塑性材料制成，所述网格层的网格间隙内填充有上述发泡材料。

本塔杆结构克服了本领域对热塑性材料强度低、耐候性差，不能应用与塔杆中的技术偏见，通过反常规设计，将主体采用热塑性材料制成，在主体外包覆防紫外线的防护层，提高耐候性，并且在主体内一体成型有呈网格状的网格层，网格层提高了主体的径向支承力。同时，发泡材料填充在网格层的网格间隙内，相当于在发泡材料中形成了一个支撑骨架结构，同时各网格间隙又相当于在主体的内周形成了多个密闭的加强腔室，从而从径向以及轴向上整体增加了整个塔杆的承压能力，使用时不易折断，而且采用热塑性材料制成的网格层，整体的重量也更轻，即本塔杆充分发挥了热塑性材料重量轻、电气性能好，韧性大、成本低的优点，不但保证了足够的承压能力，而且也更加的轻量化，也能够保证杆塔较好的防雷、绝缘性能，降低了制作、运输和安装的成本。此外，本塔杆的主体和网格层均采用热塑性材料制成，使用废弃后也能够进行回收再利用，提高了资源的利用率。

与现有技术相比，本杆塔的横担结构及塔杆结构具有以下优点：

1、结构层和网格层均采用热塑性材料制成，因此能够通过模具一体注塑成型，成型后两者之间结构牢靠、稳定，网格层能够起到支撑结构层作用，增加了强度，填充腔能够用于填充发泡材料起到防水、绝缘的作用，并且该填充腔的设计又相当于在结构层内周设置了若干个结构增强腔室，从而进一步从径向以及轴向上整体增加结构层的强度，从而增加了整个横担结构的强度，即本横担结构不但保证了具有较高的整体强度，同时也更加的轻量化，降低了对杆塔的承重要求，也能够保证杆塔较好的防雷、绝缘性能，降低了制作、运输和安装的成本。

2、本横担的结构层和网格层均采用热塑性材料制成，使用废弃后也能够进行回收再利用，提高了资源的利用率。

3、包覆在结构层外的热固性材料层和涂料层中均含有氟表面活性剂或防护层直接采用热塑性氟塑料，具有较高的热稳定性以及很高的紫外线遮挡系数，能够在高温环境下稳定存在，以及具有较好的化学稳定性，可在酸、碱、氧化介质等特征应用体系中稳定有效的发挥作用，不易发生反应或分解，同时还具有较好的疏水和疏油性能，从而能够进一步提高横担的防水、防雷和绝缘性能。

附图说明

图1是实施例一中本杆塔的横担结构的立体图。

图2是实施例一中本杆塔的横担结构的剖视图。

图3是实施例二中本杆塔的横担结构的立体图。

图4是实施例二中本杆塔的横担结构的剖视图。

图5是实施例三中本杆塔的横担结构的立体图。

图6是实施例三中本杆塔的横担结构的剖视图。

图7是实施例四中本杆塔的横担结构的立体图。

图8是实施例四中本杆塔的横担结构的剖视图。

图9是实施例六中本杆塔的塔杆结构的立体图。

图中，1、主体；2、热固性材料层；3、涂料层；4、网格层；4a、横向筋条；4b、纵向筋条；4c、筒体层；4d、辐条；4e、加强筋条；5、发泡材料；6、横担；7、塔杆。

具体实施方式

以下是本发明的具体实施例并结合附图，对本发明的技术方案作进一步的描述，但本发明并不限于这些实施例。

实施例一

如图1和2所示，本杆塔的横担结构，包括发泡材料5、呈管状的主体1和包覆在主体1外的防护层。主体1内一体成型有呈网格状的网格层4，主体1和网格层4均采用热塑性材料通过注塑成型，使用废弃后也能够进行回收再利用，提高了资源的利用率。网格层4的网格间隙内填充有发泡材料5。本实施例中，主体1呈方管状。

具体地说，沿主体1的径向截面，网格层4包括若干横向筋条4a和若干纵向筋条4b，横向筋条4a和纵向筋条4b的长度方向均与主体1的轴向一致且两端均沿主体1的轴向延伸至本体的两端，横向筋条4a和纵向筋条4b的两侧均与主体1的内壁连接能够对主体1起到一个径向的支撑，提高了主体1的径向支承力。若干横向筋条4a和若干纵向筋条4b相互交错形成网格状结构，发泡材料5填充在横向筋条4a和纵向筋条4b形成的网格间隙内，相当于在发泡材料5中形成了一个支撑骨架结构，同时各网格间隙又相当于在主体1的内周形成了多个密闭的加强腔室，从而从径向以及轴向上整体增加了整个横担的承压能力，使用时不易折断，而且采用热塑性材料制成的网格层4，整体的重量也更轻，即本横担结构不但保证了足够的承压能力，不易折断，而且也更加的轻量化，降低了对杆塔的承重要求，也能够保证杆塔较好的防雷、绝缘性能，降低了制作、运输和安装的成本。

防护层包括包覆在主体1外侧表面且含氟表面活性剂的热固性材料层2和涂覆在热固性材料层2外且含氟表面活性剂的涂料层3。热固性材料层2主要作为主体1的功能保护层，通过拉挤或缠绕在主体1外周面，其主要包括以下组分：甲基苯基聚硅氧树脂89％、硅烷耦合剂～1％、氟表面活性剂10％；其中在甲基苯基聚硅氧树脂中，具有50％固体含量的甲苯溶剂。涂料层3主要作为防腐层和防水层，涂覆在热固性材料层2的外周面上。热固性材料层2和涂料层3中均含氟表面活性剂，具有较高的热稳定性，能够在高温环境下稳定存在，以及具有较好的化学稳定性，可在酸、碱、氧化介质等特征应用体系中稳定有效的发挥作用，不易发生反应或分解，同时还具有较好的疏水和疏油性能，从而能够进一步提高横担的防水、防雷和绝缘性能。本实施例中，涂料层3中氟表面活性剂的含量为8wt％。

发泡材料5为高闭孔率的硬质发泡材料5。采用高闭孔率的硬质发泡材料进行填充，强度高，不易发生变形，同时雨水也不会从发泡材料中渗入，使得整个横担的防水、防雷、绝缘性能更好。

实施例二

本实施例的结构与实施例一基本相同，其不同之处在于：

如图3和4所示，网格层4包括呈筒状的筒体层4c和若干辐条4d，辐条4d沿主体1的轴向延伸至本体的两端面处，筒体层4c与主体1之间通过若干辐条4d连接形成网格状结构，提高了主体1的径向支承力，发泡材料5填充在筒体层4c、主体1和辐条4d形成的网格间隙内以及筒体层4c的内腔中，相当于在发泡材料5中形成了一个支撑骨架结构，同时各网格间隙又相当于在主体1的内周形成了多个密闭的加强腔室，从而从径向以及轴向上整体增加了整个横担的承压能力，使用时不易折断，而且采用热塑性材料制成的网格层4，整体的重量也更轻，即本横担结构不但保证了足够的承压能力，不易折断，而且也更加的轻量化，降低了对杆塔的承重要求，也能够保证杆塔较好的防雷、绝缘性能，降低了制作、运输和安装的成本。本实施例中，筒体层4c呈方管状，实际使用过程中，筒体层4c也可以做成圆管状。

本实施例中，热固性材料层2主要包括以下组分：甲基苯基聚硅氧树脂94.5％、硅烷耦合剂0.5％、氟表面活性剂5％；其中在甲基苯基聚硅氧树脂中，具有50％固体含量的甲苯溶剂。涂料层3中氟表面活性剂的含量为10wt％。

实施例三

本实施例的结构与实施例一基本相同，其不同之处在于：

如图5和6所示，网格层4包括若干由内向外依次套设的筒体层4c，相邻的两个筒体层4c之间以及外圈筒体层4c与主体1之间均通过若干沿周向分布的辐条4d连接形成网格状结构。多层的筒体层4c以及辐条4d结构能够对主体1形成一个有效的支撑，从而从径向以及轴向上整体增加了整个横担的承压能力，使用时不易折断，而且采用热塑性材料制成的网格层4，整体的重量也更轻，即本横担结构不但保证了足够的承压能力，不易折断，而且也更加的轻量化，降低了对杆塔的承重要求，也能够保证杆塔较好的防雷、绝缘性能，降低了制作、运输和安装的成本。本实施例中，筒体层4c呈方管状，实际使用过程中，筒体层4c也可以做成圆管状。

更进一步地说，相邻两层的辐条4d相互错开设置，从而能够更好的对每层的薄弱部位提供一个平衡支撑，提高强度，从而使得整个横担结构的各部位的强度均得到了均匀的提高，不会存在局部强度较高局部较弱的情况，从而更加不易断裂。

本实施例中，热固性材料层2主要包括以下组分：甲基苯基聚硅氧树脂92.5％、硅烷耦合剂0.8％、氟表面活性剂7.7％；其中在甲基苯基聚硅氧树脂中，具有50％固体含量的甲苯溶剂。涂料层3中氟表面活性剂的含量为5wt％。

实施例四

本实施例的结构与实施例一基本相同，其不同之处在于：

如图7和8所示，网格层4包括由若干加强筋条4e形成的蜂窝状结构，蜂窝状结构是覆盖二维平面的最佳拓扑结构，这种结构密合度最高、所需材料最简、可使用空间最大，有着优秀的几何力学性能，从而能够从径向以及轴向上起到增加横担整体强度的作用，同时也能够使得整个横担结构的整体质量更轻。

本实施例中，热固性材料层2主要包括以下组分：甲基苯基聚硅氧树脂90.5％、硅烷耦合剂1％、氟表面活性剂8.5％；其中在甲基苯基聚硅氧树脂中，具有50％固体含量的甲苯溶剂。涂料层3中氟表面活性剂的含量为5.0wt％。

实施例五

本实施例的结构与实施例一基本相同，其不同之处在于：

防护层包括包覆在主体外侧表面的热塑性氟塑料层。防护层可以热塑性氟塑料注塑成型，也可以采用短纤维增强的热塑性氟塑料注塑成型，也可以采用连续纤维增强的热塑性氟塑料拉挤或缠绕成型。氟塑料熔点低，耐候性好，能够很好的起到防护主体的作用。短纤维或连续纤维增强能够提高横担整体的机械强度。作为优选，本热塑性氟塑料层采用pvdf制成。

实施例六

如图9所示，杆塔一般包括塔杆7和连接在塔杆7上的横担6，本杆塔的塔杆结构与实施例一至四中的横担结构类似，包括发泡材料、呈管状的主体1和包覆在主体1外的防护层，主体1内一体成型有呈网格状的网格层4，主体1和网格层4均采用热塑性材料制成，网格层4的网格间隙内填充有发泡材料5，防护层包括包覆在主体1外侧表面且含氟表面活性剂的热固性材料层2和涂覆在热固性材料层2外且含氟表面活性剂的涂料层3。或者防护层包括包覆在主体1外侧表面且含氟表面活性剂的纤维增强热固性材料层2和涂覆在纤维增强热固性材料层2外且含氟表面活性剂的涂料层3。对于某些有特殊要求的输变电工程，本发明所述的热塑性塑料可以采用pc材料。

本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。