一种高压线路用强韧柱式瓷绝缘子的制作方法

本发明涉及瓷绝缘子，尤其是涉及一种高压线路用强韧柱式瓷绝缘子。

背景技术：

随着环境包括冰、霜冻恶劣气候和地震破坏力等影响，高压输电线路对支柱瓷绝缘子的电气性能和机械性能要求越来越高，在110kv-330kv输电线路中，支柱瓷绝缘子瓷质机械强度等级要求在15kn以上，抗拉强度要求在180-200mpa，冲击韧性要求也高。而现有普通柱式瓷绝缘子本体多为硅铝瓷质，大都是采用铝矾土、高岭土和长石为主要原料用高温烧制而成，虽然其组织中相组中有较多的刚玉和莫来石，但相组微晶分布不大均匀，晶粒较粗，大小迥异，气孔和玻璃相含量也较多，导致现有普通柱式瓷绝缘子本体瓷质强度等级在15kv以下，抗拉强度一般只有80-120mpa，最好的也只有150mpa，冲击韧性要求不高，因此普通瓷绝缘子本体机械强度较低、质量重，不能完全满足110kv-330kv高压线路使用的技术要求。也有采用特种陶瓷（如碳化硅陶瓷、氮化硼陶瓷、氧化锆陶瓷等）来制成110kv-330kv柱式瓷绝缘子，但用特种陶瓷制造，其原料用量大，能耗高，制造成本高，制造工艺复杂，特种陶瓷适应于细小的工具、刀具、叶片、耐磨件和发动机构件等），不大适用质量重、体积较大的批量瓷绝缘子生产，况且用特种陶瓷制造瓷绝缘子，只能解决绝缘子本体的强度问题，而绝缘子本体与钢帽之间的连接强度仍旧不能解决。现有棒形支柱瓷绝缘子产品的抗拉强度较低，还有一个原因是瓷绝缘子本体与钢帽之间一般常用水泥胶装的方式连接固定，连接体部份抗弯矩能力较差，另外110kv-330kv高压线路承受自身重力、导线拉力、风力和振动、特别是地震的作用力增加等外部原因，瓷绝缘子本体和钢帽连接易容受到扭转断裂损坏，引起交流电气化导电接触线支撑系统发生断残故障，影响高压输电线路的运行可靠性与安全性。

技术实现要素：

针对上述现有技术中普通型柱式瓷绝缘子存在的问题，本发明提供了一种机械强度等级高，抗拉强度高、冲击韧性能力强、连接牢固可靠，耐用性强，适用110-330高压电网稳定和安全运行的高压线路用强韧柱式瓷绝缘子。

本发明要解决的技术问题所采取的技术方案：一种高压线路用强韧柱式瓷绝缘子包括绝缘子本体、上钢帽和下钢帽，所述绝缘子本体具有骨柱体和与骨柱体两端整体相连的上芯头和下芯头，所述骨柱体上间隔设置有大伞裙和小伞裙，所述骨柱体及伞裙外表上设置有釉层，所述上芯头上沿其轴向间隔设置有环形凹槽、沿其径向间隔设置有插接槽，所述上钢帽子内侧表面上间隔设置有环形凸台，所述上钢帽与上芯头之间设置有插接件，所述插接件包括设置在上芯头上的压板和上端与压板间隔固定相连的插接板，所述插接板上设置有开孔，所述插接板位于插接槽内，所述上钢帽与上芯头之间的上空腔内设置有上胶合层，所述上胶合层通过上钢帽中间的上封堵头可与外界封闭和敞开；所述下芯头上沿其轴向间隔设置有环形卡槽，所述下钢帽内侧表面上间隔设置有环形沟槽，所述下钢帽与下芯头之间设置有卡接件，所述卡接件包括下端呈扇形的卡紧头、与卡紧头上端整体相连的卡接板以及与卡接板上端整体相连的螺杆，所述螺杆伸出下钢帽外，所述卡紧头横截面形状与环形卡槽相配并可嵌入到环形卡槽内，所述下钢帽与下芯头之间的下空腔内设置有下胶合层，所述下胶合层通过下钢帽中间的下封堵头可与外界封闭和敞开；所述绝缘子本体由20-40wt%的煅烧铝矾土、10-30wt%的高岭土、10-20wt%的石英粉、10-20wt%的芦溪年塘瓷土、5-10wt%的宜春高安瓷土和10-20wt%的长石组成，先将煅烧铝矾土、高粘土、石英粉、芦溪年塘瓷土、宜春高安瓷土和长石加适量水的混合球磨均匀后，再经榨泥、陈腐和真空练泥制成泥料，再将泥料经过制坯、喷涂釉料和高温烧制，再经切割胶装养护而成，所述釉料由10-20wt%的高岭土、10-20wt%的滑石、20-40wt%的铝矾土、10-15wt%的瓷粉、5-10wt%的长石、1-3wt%的乳浊剂、5-10wt%的水玻璃和3-5wt%的着色料原料组成，所述原料中加入原料重量0.1-0.5wt%的碳化钽粉。

所述芦溪年塘瓷土为江西省萍乡市芦溪县年塘村出产，其化学成份为：al2o3:35.2-42.7wt%,sio2:44.2-47.1wt%,fe2o3:0.6-1.2wt%,tio2：0.32-0.98wt%,cao:3.2-5.1wt%,mgo:2.5-3.1wt%，余量为杂质，氧化铝含量高，流动性和可塑性好。

所述宜春高安瓷土为江西省宜春高安市出产，其化学成份为：al2o3:40.2-46.7wt%,sio2:35.2-38.1wt%,fe2o3:0.2-0.5wt%,cao:4.7-5.1wt%,mgo:3.5-5.1wt%，余量为杂质，氧化铝含量高。

所述碳化钽粉为立方结晶粉末，属氯化钠型立方晶系。不溶于水，抗氧化能力强，抑制晶粒长大有明显效果，主要用于粉末冶金、切削工具、精细陶瓷、化学气相沉积、硬质耐磨合金刀具、工具、模具和耐磨耐蚀结构部件添加剂，提高合金的冲击韧性。

本发明所述一种高压线路用强韧柱式瓷绝缘子各项技术指标为：

拉伸破坏负荷≥200kn、弯曲破坏负荷≥15kn、爬电距离：主≥3200mm，

冲击耐受电压（标准雷电峰值）≥550kv、工频电压耐受电压（有效值）≥275kv

冷热急变性/k≥150、抗拉强度≥180mpa，冲击韧性（akv±20℃，≥6j/cm²）。

本发明是根据高压线路用瓷绝缘子的技术要求，采用一些技术手段生产出一种介于普通瓷绝缘子与特种瓷绝缘子之间的适用110-330kv输电线路网使用的瓷绝缘子，它通过采取以下技术措施来实现发明的目的：

1、一是通过改进钢帽与柱式绝缘子两端的连接结构，将胶合剂制成浆状胶体，通过浆状胶合剂的流动和固化将钢帽与芯头制成整体，提高钢帽与瓷绝缘子本体的连接抗拉和抗扭强度，防止钢帽与瓷绝缘子本体之间发生分离脱落和断裂。其具体技术措施是：在现有绝缘子本体与上钢帽之间的胶装层内设置有能与胶合剂凝成一体的钢质的插接件，利用插接件上沿轴向且呈环形分布的插接板和径向分布的环形凹槽和环形凸台可有效地防止上钢帽与上芯头之间发生相对径向转动和轴向移动，从而提高绝缘子本体与上钢帽之间的连接强度和冲击韧性；在现有绝缘子本体与下钢帽之的胶装层内设置有与胶合剂凝成一体的钢质卡接件，利用卡接件上的扇形卡紧头及螺杆和螺母，可使下芯头与下钢帽之间相对不发生径向转动和轴向移动，在保持瓷绝缘子本体不增重下，可大大提高钢帽与瓷绝缘子本体的连接抗拉和抗扭强度（抗冲击韧性）。

2、二是通过改变绝缘子本体的原料组成，通过加入具有较好性能的地方出产的瓷土，在确保氧化铝含量不少于35-40%，既有利于提高是产品质量，提高绝缘子本体、特别是绝缘子本体上的伞裙与骨柱体相连处的抗拉强度，防止伞裙与骨柱体相连处发生断裂，又可利用地方瓷土价格较低的优势，相应地降低绝缘子本体制造成本。

3、三是在再有釉料中加入少量的碳化钽，在高温烧结中，它可与绝缘子本体中的金属元素（铝、铁、镁等）形成具抑制晶粒增长，达到细化绝缘子本体表面层晶粒，净化釉料与绝缘子本体的接触界面，提高接触界面的致密性，从而提高绝缘子的机械强度和冲击韧性。

本发明从坯料配方上解决柱式瓷绝缘子本体强度低，以高铝强度瓷为瓷体的基体，高铝莫来石为主晶相，本系列产品以高铝低硅为基础配方，经烧成后以高铝莫来石为主体晶相；利用预压应力和晶粒细化增强机理，使莫来石主晶相平均分散，晶粒在0.2-0.5μm以下，玻璃相含量小于10%和气孔在8%以下，从而可提高瓷绝缘子的机械强度和理化性能。

本发明所述氧化气氛是指在烧窑时（高温时）窑内空气供给充分，燃料完全燃烧的情况下产生的一种火焰气氛，该火焰气氛无烟透明，燃烧产物中主要成分是二氧化碳及过剩的氧气，不含可燃物质或含量很少，从而可使电瓷产品充分氧化，不过烧。

本发明在普通陶瓷柱式绝缘子制造技术的基础上，通过上述各项技术措施，既保持制造成本与普通陶瓷柱式绝缘子制造成本相当，又解决了现有普通陶瓷柱式绝缘子由于机械强度较低而不能适用110-330kv高压线路中使用的问题，也避免了采用特种陶瓷材料制造柱式绝缘子所带来的技术工艺控制复杂和成本高的问题。

本发明通过实际生产和核算，本发明所述柱式瓷绝缘子的制造成本是普通陶瓷柱式绝缘子生产成本的1-1.1倍，而特种陶瓷制造柱式瓷绝缘子的成本则是普通陶瓷棒形柱式绝缘子生产成本的1.6-2倍，

本发明具有机械强度高，电气性能优良，质量稳定可靠好，机械强度等级达到16kn以上的技术要求，耐机械冲击能力高、耐污染能力强、维护工作量小，成本较低，能完全满足110-330kv高压输电线路用瓷质绝缘子的各项技术要求。

附图说明

图1是本发明的半剖视结构示意图，

图2是图1的a-a剖视结构示意图，

图3是图1的b-b剖视结构示意图。

在图中，1、下法兰2、螺母3、下胶合层4、下封堵头5、下芯头6、环形卡槽7、插接板8、卡接板9、卡紧头10、螺杆11、下钢帽12、小伞裙13、大伞裙14、上钢帽15、支撑板16、线槽17、上芯头18、卡拆口19、上封堵头20、压板21、上胶合层22、连接孔23、插接槽24、开孔25、环形凸台26、环形凹槽27、骨柱体28、环形沟槽。

具体实施方式

实施例1，在图1、图2和图3中，所述一种高压线路用强韧柱式瓷绝缘子为l160b1180（1100）型，结构高度1180mm，重量26kg（与原同型号相比，重量相近），它包括绝缘子本体、上钢帽14和下钢帽11，上钢帽顶面具有支撑板15，支撑板上具有线槽16和连接孔22，所述绝缘子本体由30wt%的煅烧铝矾土、20wt%的高岭土、15wt%的石英粉、15wt%的芦溪年塘瓷土、5wt%的宜春高安瓷土和15wt%的长石组成，绝缘子本体具有骨柱体27和与骨柱体两端整体相连的上芯头17和下芯头5，所述骨柱体上间隔设置有大伞裙13和小伞裙12，所述骨柱体及伞裙外表上浸涂或喷涂设置有厚度为0.2-0.3毫米的釉层，所述上芯头上沿其轴向间隔设置有三只横截面为方形的环形凹槽26、沿其径向间隔设置有四只插接槽23，插接槽厚度为2毫米，宽度为上芯头半径的三分之一至二分之一，所述上钢帽子内侧表面上间隔设置有三只横截面为方形的环形凸台25，环形凸台与环形凹槽上下交错设置，所述上钢帽与上芯头之间形成有上空腔，上空腔内设置有钢质的插接件，所述插接件包括设置在上芯头上的压板20和上端与压板间隔固定相连的厚度为1.5毫米的呈环形分布的四块插接板7，插接板下端和外侧面呈自由状，插接板的宽度限定保证插接板外侧面与上钢帽内侧表面的距离大于上钢帽下端凸尖（图中未标出）的宽度，以确保上钢帽能顺利地插入到上芯头上，所述插接板上设置有开孔24（开孔直径为3-5毫米，用于胶合剂在插接板之间流动），所述插接板用胶水固定在插接槽内，所述上钢帽与上芯头之间的空腔内设置有上胶合层21，所述上胶合层通过上钢帽中间的上封堵头19可与外界封闭和敞开，上封堵头上设有卡拆口18，并可通过螺纹与支撑板固定，上封堵头用螺纹固定上钢帽的端面上。所述下钢帽下端连接有圆形的下法兰1，所述下芯头沿其轴向间隔设置有环形卡槽6，所述下钢帽内侧表面上间隔设置有环形沟槽28，所述下钢帽与下芯头之间形成有下空腔，下空腔内间隔设置有三只卡接件，所述卡接件包括下端呈扇形的卡紧头9、与卡紧头上端整体相连的卡接板8以及与卡接板上端整体相连的螺杆10，螺杆伸出下钢帽外，螺杆上设有螺母2，所述卡紧头横截面形状与环形卡槽相配并可嵌入到环形卡槽内，卡紧头的圆弧宽度为环形卡槽圆周长的1/8-1/5，卡紧头和卡接板的厚度小于钢帽内侧面与下芯头外侧面之间的最小距离，（即卡紧头外侧面与下钢帽内侧面的距离小于下钢帽下端凸尖的宽度），以不影响下钢帽的插入到下芯头上，所述下钢帽与下芯头之间的空腔内设置有下胶合层3，所述下胶合层通过下钢帽中间的下封堵头4可与外界封闭和敞开。

所述上钢帽和下钢帽分别与绝缘子本体通过在它们两端的空腔内用上胶合层21和下胶合层3胶装连接，胶合剂为钢砂和胶装水泥混合而成可流动的浆（胶）状体（类似牙膏状），也可用磁砂与水泥或高强胶合剂混合成可流动的浆（胶）状体，上下钢帽在流水线上分别胶状，上钢帽胶装时，先将插接件用胶水固定在上芯头上（插花接件上的插接板插入到插花接槽内，压板与上芯头端面接触，再套入上钢帽，将上钢帽下端与上芯头接触处用胶密封，防止胶合剂从此处流出，再挤入胶合剂，再用上封堵头将注胶口封闭。同理也可完成下钢帽的胶装。

本发明所述一种高压线路用强韧柱式瓷绝缘子的制造方法步骤是：

1、原料混合球磨制泥浆：将上述各种原料按重量百分比均匀混合后送入球磨机内，再按原料总重与水重量之比为1：0.4～0.5，在球磨内加水球磨12小时以上,使其制成细度达到100-200目的泥浆，再用振动筛分机过滤泥浆，去除颗粒、硬块、残渣等杂物，得到清洁的泥浆料；

2、将经过滤脱水得到泥饼，再将泥饼放在温度在15℃以上,湿度不大于25%的密封室内静置10-15小时；

3、真空练泥：将陈腐后的泥饼放入卧式真空压练泥机中，经螺旋挤压，抽出空气得到长棒状的泥段，再将泥段放在库内阴干定形；

4、制造坯体：将泥段放入转动的圆盘形模架体上，用立式修坯刀分步加工出由骨柱体和芯头形成的内腔，以及芯头内端面的环形凹槽；

5、将步骤4制得的坯体放在可作匀速旋转且形状与内腔相配的胎模上，利用固定在同一立轴上的不同形状的成型刀从上至下分别加工出芯头端面上的环形槽和十字槽、芯头外侧表面、以及上伞裙外表面，再用固定立轴上且高度可随机向上调节的成型刀，加工出伞裙槽，形成上伞裙内表面和下伞裙外表面，再用固定立轴上且高度可随机向上调节的成型刀加工下伞裙内表面；

6、再用成型刀分别修整上伞裙外表面和下伞裙外表面，放入自然通风处凉干，待坯体表面发白后送入微波炉内在80－100度温度下干燥至水份0.05%以下；

7、将干燥后的坯体放入水平旋转的上釉机上浸涂上釉，所述釉料由15wt%的高岭土、15wt%的滑石、35wt%的铝矾土、10wt%的瓷粉、10wt%的长石、3wt%的硅酸锆（乳浊剂）、8wt%的水玻璃、4wt%的着色料为原料组成，所述原料中加入原料重量0.3wt%的碳化钽粉（粒度200-300目)。

8、将已上釉的坯体装入天然气窑炉中，先升温至300℃保温1－2小时，再升温至700℃保温8-12小时,再升温至1050℃保温10-12小时,而后打开炉门自然冷却至常温出炉；

9、切平打磨，检验检查后对初检合格品进行上钢帽和下钢帽胶装，再进行抗弯、水压、微波探伤检查，合格品包装入库。

实施例一所述一种高压线路用强韧柱式瓷绝缘子经检测各项技术指标为：

拉伸破坏负荷为175kn，弯曲破坏负荷15.3kn、爬电距离：主3315mm

冲击耐受电压（标准雷电峰值）560kv，工频电压耐受电压（有效值）288kv

冷热急变性/k:165、人工污秽耐受电压40.90kv

抗拉强度：208mpa、冲击韧性（akv±20℃，8.2j/cm²）。

实施例2，在图1、图2和图3中，所述一种高压线路用强韧柱式瓷绝缘子为l160b1170（1300）型，结构高度1100mm，重量24kg（与原同型号相比，重量相近），它包括绝缘子本体、上钢帽14和下钢帽11，上钢帽顶面具有支撑板15，支撑板上具有线槽16和连接孔22，所述绝缘子本体由40wt%的煅烧铝矾土、10wt%的高岭土、20wt%的石英粉、10wt%的芦溪年塘瓷土、8wt%的宜春高安瓷土和12wt%的长石组成，所述绝缘子本体具有骨柱体27和与骨柱体两端整体相连的上芯头17和下芯头5，所述骨柱体上间隔设置有大伞裙13和小伞裙12，所述骨柱体及伞裙外表上浸涂或喷涂设置有厚度为0.2-0.3毫米的釉层，所述上芯头上沿其轴向间隔设置有四只横截面为方形的环形凹槽26沿其径向间隔设置四只有插接槽23，插接槽厚度为2毫米，宽度为上芯头半径的三分之一至二分之一，所述上钢帽子内侧表面上间隔设置有三只横截面为方形的环形凸台25，环形凸台与环形凹槽上下交错设置，所述上钢帽与上芯头之间形成有上空腔，上空腔内设置有钢质的插接件，所述插接件包括设置在上芯头上的压板20和与压板间隔固定相连的插接板27，插接板的宽度限定保证插接板外侧面与上钢帽内侧表面的距离大于上钢帽下端凸尖（或称为折角，图中未标出）的宽度，以确保上钢帽能顺利地插入到上芯头上，所述插接板上设置有开孔24（开孔直径为4-5毫米，用于胶合剂在插接板之间流动），所述插接板用胶水固定于插接槽内，所述上钢帽与上芯头之间的空腔内设置有上胶合层21，所述上胶合层通过上钢帽中间的上封堵头19可与外界封闭和敞开，上封堵头用螺纹固定上钢帽上；所述下芯头上沿其轴向间隔设置有环形卡槽6，所述下钢帽内侧表面上间隔设置有环形沟槽28，上封堵头上设有六方形的卡口18（用于上下封堵头的拆装），并可通过螺纹与支撑板固定，下钢帽下端连接有圆形的下法兰1，所述下钢帽与下芯头之间形成有下空腔，下空腔内间隔设置有三只卡接件，所述卡接件包括下端呈扇形的卡紧头9、与卡紧头上端整体相连的卡接板8以及与卡接板上端整体相连的螺杆10，卡紧头和上接板的厚度小于下钢帽内侧面与下芯头外侧面之间的最小距离，（即卡紧头外侧面与下钢帽内侧面的距离小于下钢帽下端凸尖的宽度），以不影响下钢帽的插入到下芯头上，螺杆10并伸出下钢帽外，螺杆上设有螺母2，所述卡紧头横截面形状与环形卡槽相配并可嵌入到环形卡槽内，所述下钢帽与下芯头之间的空腔内设置有下胶合层3，下胶合层通过下钢帽中间的下封堵头4可与外界封闭和敞开。

所述上钢帽和下钢帽分别与绝缘子本体通过在它们两端的空腔内的上胶合剂层21和下胶合层3胶装连接，胶合剂层为钢砂和胶装水泥混合而成可流动的浆（胶）状体（类似牙膏状），也可用磁砂与水泥或高强胶合剂混合成可流动的浆（胶）状体，上下钢帽在流水线上分别胶状，上钢帽胶装时，先将插接件用胶水固定在上芯头上（插接件上的插接板插入到插接槽内，压板与上芯头端面接触，再套入上钢帽，将上钢帽下端与上芯头接触处用胶密封，防止胶合剂从此处流出，再挤入胶合剂，再将上封堵头将注胶口封闭。下芯头与下钢帽胶装时，除螺杆用螺母紧固在下钢帽的法兰上外，利用上述胶装方法同理也可完成下钢帽的胶装。

本发明所述一种高压线路用强韧柱式瓷绝缘子的制造方法步骤是：

1、原料混合球磨制泥浆：将上述各种原料按重量百分比均匀混合后送入球磨机内，再按原料总重与水重量之比为1：0.4～0.5，在球磨内加水球磨12小时以上,使其制成细度达到100-200目的泥浆，再用振动筛分机过滤泥浆，去除颗粒、硬块、残渣等杂物，得到清洁的泥浆料；

2、将泥浆料经过滤脱水得到泥饼，再将泥饼放在温度在15℃以上,湿度不大于25%的密封室内静置10-15小时；

3、真空练泥：将陈腐后的泥饼放入卧式真空压练泥机中，经螺旋挤压，抽出空气得到长棒状的泥段，再将泥段放在库内阴干定形；

4、制造坯体：将泥段放入转动的圆盘形模架体上，用立式修坯刀分步加工出由骨柱体和芯头形成的内腔，以及芯头内端面的环形凹槽；

5、将步骤4制得的坯体放在可作匀速旋转且形状与内腔相配的胎模上，利用固定在同一立轴上的不同形状的成型刀从上至下分别加工出芯头端面上的环形槽和十字槽、芯头外侧表面、以及上伞裙外表面，再用固定立轴上且高度可随机向上调节的成型刀，加工出伞裙槽，形成上伞裙内表面和下伞裙外表面，再用固定立轴上且高度可随机向上调节的成型刀加工下伞裙内表面；

6、再用成型刀分别修整上伞裙外表面和下伞裙外表面，放入自然通风处凉干，待坯体表面发白后送入微波炉内在80－100度温度下干燥至水份0.05%以下；

7、将干燥后的坯体放入水平旋转的上釉机上浸涂釉料，所述釉料由20wt%的高岭土、15wt%的滑石、30wt%的铝矾土、15wt%的瓷粉、8wt%的长石、2wt%的氧化锌（乳浊剂）、7wt%的水玻璃、3wt%的着色料为原料组成，所述原料中加入原料重量0.4wt%的碳化钽粉（粒度200-300目)。

8、将已上釉的坯体装入天然气窑炉中，先升温至300℃保温1－2小时，再升温至700℃保温8-12小时,再升温至1050℃保温10-12小时,而后打开炉门自然冷却至常温出炉；

9、切平打磨，检验检查后对初检合格品进行上钢帽和下钢帽胶装，再进行抗弯、水压、微波探伤检查，合格品包装入库。

所述乳浊剂为硅酸锆或氧化锌，所述着色料分别为：乳白色料、棕黄色料、兰灰色料或咖啡色料等。

实施例二，所述一种高压线路用强韧柱式瓷绝缘子经检测各项技术指标为：

拉伸破坏负荷为168kn、弯曲破坏负荷15.3kn、爬电距离：主3316.7mm

冲击耐受电压（标准雷电峰值）550kv、工频电压耐受电压（有效值）280kv

冷热急变性/k:160、人工污秽耐受电压4.2kv

抗拉强度188.6mpa、冲击韧性（akv±20℃，7.68j/cm²）。