一种复合芯体棒浇注工艺及其浇注模具的制作方法

1.本发明属于输变电设备制备技术领域，具体涉及一种复合芯体棒浇注工艺及其浇注工具。


背景技术：

2.复合绝缘横担及绝缘支柱在国内外大量应用，其内绝缘部分主要由拉挤等工艺制成的玻璃纤维管、棒或含填充材料的复合芯体承担，在满足复合横担机械应力的同时保证内部电气绝缘性能要求。根据结构形式，复合横担及绝缘支柱的内绝缘芯体主要分为空心型、实心型以及绝缘材料填充型三种类型：1)空心型芯体。以空气、sf6等干燥绝缘气体填充复合玻璃纤维缠绕管作为内绝缘，包括正压和常压式填充。其长期运行可能存在气体泄漏，绝缘降低导致击穿的风险。2)实心型芯体。以环氧树脂增强玻璃纤维芯棒为实心结构，无填充绝缘介质。可采用的工艺有拉挤、缠绕、拉挤外缠绕工艺以及多芯棒组合工艺等。但是对于大直径复合横担而言，实心芯体其制作工序繁多，过程控制复杂，工艺难度大，且质量分散性高。由于自重较重，会造成挠度过大及增大线路施工难度。3)绝缘材料填充型芯体。为了解决密封问题及减轻重量，在环氧树脂增强玻璃纤维缠绕管内填充灌发泡复合材料，绝缘性能好，工艺成熟，可以减小自重造成的弯矩，减小生产和安装成本。
3.但目前的绝缘材料填充型芯体缺乏大尺寸生产工艺和生产装置，在大尺寸样品试做中常规工艺会发生芯体开裂、复合纤维管与轻质高绝缘材料界面分离等问题，影响复合横担或支柱的绝缘性能。因此，如何充分发挥复合材料的工艺优势，通过工艺改造开发出复合材料芯棒的大尺寸生产工艺，是亟需解决的问题。


技术实现要素：

4.为解决现有技术中存在的不足，本发明提供一种复合芯体棒浇注工艺及其浇注工具，其适用于35-220kv电压等级的输变电线路及变电站、换流站用复合支柱绝缘子、复合绝缘横担用的大尺寸复合芯体棒的浇注制造。
5.本发明采用如下的技术方案：
6.一种复合芯体棒浇注工艺，所述浇注工艺包括以下步骤：
7.步骤1：预制内芯，并将内芯放入浇注模具中，使其与浇注模具保持同轴状态并固定；
8.步骤2：向浇注模具中注入树脂，直至填满，形成未固化树脂层；
9.步骤3：将浇注模具及浇注模具内部的内芯、未固化树脂层共同放入固化烘箱中进行固化；
10.步骤4：将浇注模具与固化完成的芯体棒分离，得到芯体棒。
11.作为本发明的一种优选实施方式，所述步骤1中，预制内芯包括以下步骤：
12.步骤1.1：准备铁质模具，并在铁质模具内壁涂抹环氧树脂离型剂；
13.步骤1.2：用液压机向铁质模具内压入双酚a型环氧树脂和聚亚甲基二胺的混合
物；
14.步骤1.3：将填满混合物的铁质模具送入固化烘箱，120℃加热24小时，待冷却后将成品内芯取出。
15.作为本发明的一种优选实施方式，所述步骤1中的内芯的密度低于1.0g/cm3，其表面平整，长度小于6m。
16.作为本发明的一种优选实施方式，所述步骤2中，向浇注模具中浇注树脂时，使用液压机从浇注模具的下端开始注入，直至树脂从浇注模具的上端流出，且在浇注时向盛放树脂的压力容器施加不小于10kn的压力。
17.作为本发明的一种优选实施方式，所述盛放树脂的压力容器与浇注模具之间使用管道接通，且管道外部包裹有防止树脂固化的加热装置。
18.作为本发明的一种优选实施方式，所述树脂的密度低于3.0g/cm3，其使用双酚a型环氧树脂作为基体树脂，采用聚亚甲基二胺作为固化剂，并加入玻璃微珠以减少材料自重。
19.作为本发明的一种优选实施方式，所述步骤3中，固化温度为120℃，时间为2小时。
20.一种复合芯体棒浇注工艺的浇注模具，所述浇注模具用于上述的复合芯体棒浇注工艺；所述浇注模具包括玻璃纤维管、上端套筒装置以及下端套筒装置；所述上端套筒装置以及下端套筒装置分别设置在玻璃纤维管的上下两端，内芯设置在玻璃纤维管中，且上下两端分别抵在上端套筒装置以及下端套筒装置上；所述玻璃纤维管、上端套筒装置、下端套筒装置以及内芯的中心轴均同轴。
21.作为本发明的一种优选实施方式，所述上端套筒装置以及下端套筒装置上分别设置有一个用于套接玻璃纤维管的凹槽，其直径误差小于2mm，所述凹槽的深度为玻璃纤维管直径的0.1-0.5倍。
22.作为本发明的一种优选实施方式，所述上端套筒装置以及下端套筒装置上分别设置有可闭合式开口结构。
23.作为本发明的一种优选实施方式，所述上端套筒装置以及下端套筒装置分别向玻璃纤维管施加300n的压力，用于固定玻璃纤维管。
24.作为本发明的一种优选实施方式，所述内芯的两端涂覆有绝缘胶水，用于与上端套筒装置以及下端套筒装置固定。
25.作为本发明的一种优选实施方式，所述下端套筒装置中焊接有悬空铁盘，其直径小于凹槽4-6mm，用于树脂在浇注过程中直接进入缝隙。
26.与现有技术相比，本发明的有益效果在于：
27.1、本发明的浇注工艺仅需加工两端的金属套筒固定装置，避免了传统固定模具加工周期长、费用高及后期模具维护费用高等难题，且没有脱模过程，生产效率更高。
28.2、复合芯体棒的直径尺寸可以根据需要，使用不同尺寸的轻质高绝缘内芯，同时调准上、下端套筒装置的尺寸即可，加工成本低，时间短。
29.3、与传统工艺相比，本发明浇注工艺通过二次树脂注入可以避免材料膨胀系数不一致导致的材料开裂、复合纤维管与轻质高绝缘材料芯体棒界面分离等问题，提高产品合格率。
30.4、本发明浇注工艺从下口注入树脂相比传统工艺减少了复合芯体棒内部空气的残留，防止成品中生成空腔，在最终复合芯体棒中产生气泡等缺陷，影响实际绝缘强度和长
期运行可靠性。
31.5、本发明浇注工艺在轻质高绝缘芯体棒及复合纤维管间引入了树脂胶体层，可以缓冲复合芯体棒运行中机械振动等因素对复合芯体棒结构的影响，提高复合芯体棒耐机械老化性能。
32.本发明中涉及的浇注工艺及轻质高绝缘复合芯体棒浇注模具具有结构简单、操作方便、成本低，且结构安全等技术优势。
附图说明
33.图1是本发明的一种复合芯体棒浇注工艺的固化烘箱及浇注模具的结构示意图；
34.图2是本发明的一种复合芯体棒浇注模具的玻璃纤维管的结构示意图；
35.图3是本发明的一种复合芯体棒浇注模具及未固化树脂层的结构示意图；
36.图4是本发明的一种复合芯体棒浇注工艺的未固化树脂层的结构示意图；
37.图5是本发明的一种复合芯体棒浇注模具的悬空铁盘的结构示意图。
38.图中：
39.1-玻璃纤维管；2-上端套筒装置；3-下端套筒装置；4-内芯；5-固化烘箱；6-未固化树脂层。
具体实施方式
40.为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述。本技术所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，而不是全部实施例。基于本发明精神，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明的保护范围。
41.本发明的一种复合芯体棒浇注工艺主要包括以下步骤：
42.步骤1：预制内芯4，并将内芯4放入浇注模具中，使其与浇注模具保持同轴状态并固定；
43.步骤2：向浇注模具中注入树脂，直至填满，形成未固化树脂层6；
44.步骤3：将浇注模具及浇注模具内部的内芯4、未固化树脂层6共同放入固化烘箱5中进行固化；
45.步骤4：将浇注模具与固化完成的芯体棒分离，得到芯体棒。
46.步骤1中，浇注模具的内壁上均匀涂抹树脂，即玻璃纤维管1的内壁上均匀涂抹树脂，目的在于避免玻璃纤维管1在于成品芯体棒分离时对芯体棒造成损坏，降低成品率。
47.预制内芯4包括以下步骤：
48.步骤1.1：准备铁质模具，并在铁质模具内壁涂抹环氧树脂离型剂；
49.步骤1.2：用液压机向铁质模具内压入双酚a型环氧树脂和聚亚甲基二胺的混合物；
50.步骤1.3：将填满混合物的铁质模具送入固化烘箱，120℃加热24小时，待冷却后将成品内芯(4)取出。
51.步骤1中的内芯4的密度低于1.0g/cm3，其表面平整，长度小于6m。
52.步骤2中，向浇注模具中浇注树脂时，使用液压机从浇注模具的下端开始注入，直
至树脂从浇注模具的上端流出，且在浇注时向盛放树脂的压力容器施加不小于10kn的压力。
53.由于浇注模具外侧没有加热装置，为避免树脂快速冷凝导致流动不通，因此需要向压力容器施加压力，使得树脂能够在浇注模具中顺利向上流动，尽快形成未固化树脂层6。
54.盛放树脂的压力容器与浇注模具之间使用管道接通，且管道外部包裹有防止树脂固化的加热装置。
55.树脂的密度低于3.0g/cm3，其使用双酚a型环氧树脂作为基体树脂，采用聚亚甲基二胺作为固化剂，并加入玻璃微珠以减少材料自重。
56.步骤3中，固化温度为120℃，时间为2小时。
57.步骤4中，具体而言，将芯体棒上下两端的上端套筒装置2以及下端套筒装置3切割掉，并将玻璃纤维管1剥离，进而得到芯体棒。
58.如图1至图5所示，本发明还公开了一种复合芯体棒浇注工艺的浇注模具，本浇注模具用于上述的复合芯体棒浇注工艺。
59.浇注模具包括玻璃纤维管1、上端套筒装置2以及下端套筒装置3，上端套筒装置2以及下端套筒装置3分别设置在玻璃纤维管1的上下两端，内芯4设置在玻璃纤维管1中，且上下两端分别抵在上端套筒装置2以及下端套筒装置3上，玻璃纤维管1、上端套筒装置2、下端套筒装置3以及内芯4的中心轴均同轴。
60.上端套筒装置2以及下端套筒装置3上分别设置有一个用于套接玻璃纤维管1的凹槽，其直径误差小于2mm，凹槽的深度为玻璃纤维管1外径的0.1-0.5倍。
61.玻璃纤维管1的壁厚优选为10mm，其内径相比于内芯4的直径大5-20mm，目的在于保证注胶过程的顺利进行。
62.上端套筒装置2以及下端套筒装置3的凹槽直径略大于玻璃纤维管1的直径，但其直径误差应小于2mm，避免在浇注时，玻璃纤维管1偏离过大，导致内芯4与复合芯体棒的中心轴不重合，进而导致复合芯体棒的性能下降。
63.上端套筒装置2以及下端套筒装置3上分别设置有可闭合式开口结构，其下端套筒装置3的可闭合式开口结构用于在向浇注模具中注入树脂时向浇注模具中伸入管道，上端套筒装置2的可闭合式开口结构用于在向浇注模具中注入树脂时排出内部空气，并观察是否完成浇注，即当有树脂从上端开口溢出时，表示浇注完成，此时可以关闭盛放树脂的压力容器的压力装置。
64.上端套筒装置2以及下端套筒装置3分别向玻璃纤维管1施加300n的压力，用于固定玻璃纤维管1。
65.内芯4的两端涂覆有绝缘胶水，用于与上端套筒装置2以及下端套筒装置3固定。
66.下端套筒装置3中焊接有悬空铁盘，其直径小于凹槽4-6mm，便于树脂浇注过程中直接进入缝隙。
67.下面将以具体实施例进行说明。
68.实施例一
69.将直径为200mm、长度3000mm的内芯4、直径为220mm、厚度为10mm、长度为3000mm的玻璃纤维管1与上端套筒装置2、下端套筒装置3套结形成临时一体化芯体，在玻璃纤维管内
壁均匀涂抹树脂，通过液压机将树脂从下端套筒装置3的开口处灌入缝隙中，直至树脂从上端套筒装置2开口处溢出，将上下开口关闭，再将浇注制备的复合芯体棒预制品保持纵置的状态，送入固化烘箱5中进行固化，固化温度为120℃，时间为2小时，得到轻质高绝缘复合芯体棒成品，切割去掉端部金属套筒固定装置，获得外径为220mm、长度2500mm轻质高绝缘复合绝缘芯体棒，该复合芯体棒可以用于220kv绝缘子支柱的芯体。
70.实施例二
71.将直径为120mm、长度3000mm的内芯4、直径为140mm、厚度为10mm、长度为3000mm的玻璃纤维管1与上端套筒装置2、下端套筒装置3套结形成临时一体化芯体，在玻璃纤维管内壁均匀涂抹树脂，通过液压机将树脂从下端套筒装置3的开口处灌入缝隙中，直至树脂从上端套筒装置2开口处溢出，将上下开口关闭，再将浇注制备的复合芯体棒预制品保持纵置的状态，送入固化烘箱5中进行固化，固化温度为120℃，时间为2小时，得到轻质高绝缘复合芯体棒成品，切割去掉端部金属套筒固定装置，获得外径为140mm、长度2500mm轻质高绝缘复合绝缘芯体棒，该复合芯体棒可以用于220kv绝缘子支柱的芯体。
72.与现有技术相比，本发明的有益效果在于：
73.1、本发明的浇注工艺仅需加工两端的金属套筒固定装置，避免了传统固定模具加工周期长、费用高及后期模具维护费用高等难题，且没有脱模过程，生产效率更高。
74.2、复合芯体棒的直径尺寸可以根据需要，使用不同尺寸的轻质高绝缘内芯，同时调准上、下端套筒装置的尺寸即可，加工成本低，时间短。
75.3、与传统工艺相比，本发明浇注工艺通过二次树脂注入可以避免材料膨胀系数不一致导致的材料开裂、复合纤维管与轻质高绝缘材料芯体棒界面分离等问题，提高产品合格率。
76.4、本发明浇注工艺从下口注入树脂相比传统工艺减少了复合芯体棒内部空气的残留，防止成品中生成空腔，在最终复合芯体棒中产生气泡等缺陷，影响实际绝缘强度和长期运行可靠性。
77.5、本发明浇注工艺在轻质高绝缘芯体棒及复合纤维管间引入了树脂胶体层，可以缓冲复合芯体棒运行中机械振动等因素对复合芯体棒结构的影响，提高复合芯体棒耐机械老化性能。
78.本发明中涉及的浇注工艺及轻质高绝缘复合芯体棒浇注模具具有结构简单、操作方便、成本低，且结构安全等技术优势。
79.最后应当说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，而未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本发明的权利要求保护范围之内。