一种支柱绝缘子的制作方法

1.本发明涉及输变电及海上风电新能源绝缘设备技术领域，特别是涉及一种支柱绝缘子。


背景技术：

2.目前行业内支柱绝缘子包括以下几个技术路线：
①
瓷绝缘子上涂覆室温硫化硅橡胶(rtv)涂料；
②
瓷芯复合支柱绝缘子，即伞裙采用硅橡胶，芯棒选用瓷质绝缘子；
③
实心复合支柱绝缘子，即采用复合材料实心芯体；
④
空心复合绝缘子填充固体绝缘介质；
⑤
空心复合绝缘子填充压力气体，后三种的外绝缘伞套均采用硅橡胶材料。
3.然而，上述几种技术路线从长期生产制造和工程应用的实践来看，存在着诸多问题，例如固体填充可能存在微裂纹缺陷和界面问题，影响支柱绝缘子的电气性能；气体填充的空心绝缘管容易存在漏气、工艺缺陷导致负压及需要运维监测的问题等。同时在空心绝缘管内填充绝缘气体时，空心绝缘管内部气体的气压值为正压，空心绝缘管的微水控制范围裕度较小，控制难度较大，因此生产工艺要求难度大，制造成本也相对较高。所以在复合支柱绝缘子上急需导入新技术和新设计，实现产品的更新换代，更好的服务于电网的建设和发展。


技术实现要素：

4.针对现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种支柱绝缘子，结构更简单、制造工艺更简便、制造成本更低，无需运维监测。
5.为实现上述发明目的，本发明所采用的技术手段如下：一种支柱绝缘子，包括空心绝缘管、位于空心绝缘管外围的伞裙以及设置于空心绝缘管两端的两个法兰，两个法兰分别密封封盖空心绝缘管的两端，空心绝缘管内的绝缘介质为环境空气。
6.上述支柱绝缘子的芯体采用空心绝缘管，空心绝缘管内部为环境空气，无需进行特别处理(比如干燥处理等)，也无需额外填充其他气体，免去了充气的步骤，因而其法兰上也无需设置充气装置，比如充气阀等，简化了结构，降低了成本，并且减少了漏气的风险点。
7.优选地，空心绝缘管内的气压值与制备支柱绝缘子时的生产环境气压值一致。这样直接在生产环境中封装支柱绝缘子即可，生产方便，无需其他对绝缘介质的处理，绝缘性能满足要求，且生产效率高，加工成本低。
8.优选地，伞裙采用硅橡胶材料，整体提高支柱绝缘子的外绝缘性能及使用寿命。
9.优选地，法兰包括法兰筒和法兰盘，法兰筒沿轴向呈中空结构，法兰盘封盖法兰筒的一端，使空心绝缘管的两端呈封闭状态，防止支柱绝缘子内部进入水汽等杂质。法兰盘为封闭法兰盘，无需打孔，加工方便，密封性好。
10.优选地，空心绝缘管的外径略大于法兰筒的内径，使空心绝缘管与法兰通过过盈配合连接固定。
11.优选地，空心绝缘管的外壁和/或法兰筒的内壁上涂有胶黏剂，提升空心绝缘管和
法兰之间的连接强度。
12.优选地，法兰盘朝向空心绝缘管的盘面上设有第一密封槽，第一密封槽内设置第一密封件，防止空心绝缘管与法兰筒之间留有空隙，避免导致外部水汽进入空心绝缘管内，从而影响空心绝缘管与法兰之间的密封。
13.优选地，第一密封槽的宽度在靠近空心绝缘管的方向上保持不变或者逐渐变小，防止第一密封件掉落。
14.优选地，法兰盘朝向空心绝缘管的盘面上设有干燥装置，以去除支柱绝缘子内部的水汽。
15.优选地，干燥装置包括笼状干燥剂盒和置于干燥剂盒内的干燥剂，结构简单，便于制造。
16.本技术的有益效果是：区别于现有技术的情况，本技术的支柱绝缘子为空心结构，即支柱绝缘子的芯体采用空心绝缘管，空心绝缘管内部为环境空气，一方面，避免了填充固体导致支柱绝缘子出现裂纹缺陷和界面问题，从而影响支柱绝缘子的电气性能；另一方面，由于环境空气不是通过充气装置填充的，继而免去了充气的步骤，因而其法兰上也无需设置充气装置，比如充气阀等，简化了结构，降低了成本，相比于传统结构，总体成本至少降低了30％，同时减少了漏气、工艺缺陷的风险点，支柱绝缘子在运行过程中不会产生负压状态，因此无需设置监测装置，并且环境空气也无需进行特别处理(比如干燥处理等)，整体性能得到提升。
附图说明
17.图1是本发明一实施方式的支柱绝缘子10的剖面示意图；
18.图2是本发明一实施方式的法兰130的剖面示意图；
19.图3是本发明另一实施方式的法兰130的剖面示意图；
20.图4是在一实施场景中的图1中a部分的放大示意图；
21.图5是在另一实施场景中的图1中a部分的放大示意图。
具体实施方式
22.根据要求，这里将披露本发明的具体实施方式。然而，应当理解的是，这里所披露的实施方式仅仅是本发明的典型例子而已，其可体现为各种形式。因此，这里披露的具体细节不被认为是限制性的，而仅仅是作为权利要求的基础以及作为用于教导本领域技术人员以实际中任何恰当的方式不同地应用本发明的代表性的基础，包括采用这里所披露的各种特征并结合这里可能没有明确披露的特征。
23.本发明中所述的“连接”，除非另有明确的规定或限定，应作广义理解，可以是直接相连，也可以是通过中间媒介相连。在本发明的描述中，需要理解的是，“上”、“下”、“端部”、“一端”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
24.如图1所示，支柱绝缘子10包括空心绝缘管110、伞裙120和两个法兰130，伞裙120整体包覆在空心绝缘管110的外周，两个法兰130分别密封封盖空心绝缘管110的两端。其
中，空心绝缘管110为玻璃纤维或者芳纶纤维浸渍环氧树脂拉挤缠绕成型的空心绝缘管，也可以是玻璃纤维浸渍环氧树脂缠绕固化成型或者拉挤成型的玻璃钢管，还可以是芳纶纤维浸渍环氧树脂缠绕固化成型的芳纤管，在此不做限制。
25.其中，伞裙120为硅橡胶材料，通过整体真空注射的方式包覆在空心绝缘管110的外周，整体提高支柱绝缘子10的外绝缘性能及使用寿命。当然，伞裙也可以为其他橡胶材料或者绝缘材料，以及伞裙也可以采用模压等其他形式固定在空心绝缘管的外周面，在此不做限制。
26.在一应用场景中，法兰130包括法兰筒131和法兰盘132，法兰筒131沿轴向呈中空结构，法兰盘132封盖法兰筒131的一端，使法兰130为一侧开口、另一侧封闭的结构。两个法兰筒131开口的一侧分别套接在空心绝缘管110的两端，并使法兰130密封封盖空心绝缘管110的两端，即支柱绝缘子10呈全封闭状态，防止外部水汽等杂质进入支柱绝缘子10内部。法兰盘132为封闭的，无需打孔，加工方便，密封性好。此时，空心绝缘管110内的绝缘介质为环境空气，空心绝缘管110内的气压值与制备支柱绝缘子10时的生产环境气压值一致。这样直接在生产环境中封装支柱绝缘子10即可，生产方便，无需其他对绝缘介质的处理，绝缘性能满足要求，且生产效率高，加工成本低。
27.在一应用场景中，相比于传统的实心支柱绝缘子和空心充气支柱绝缘子，采用环境空气作为内绝缘介质的支柱绝缘子10，一方面，避免了填充固体导致支柱绝缘子出现裂纹缺陷和界面问题，从而影响支柱绝缘子的电气性能；另一方面，由于环境空气不是通过充气装置填充的，继而免去了充气的步骤，省略了充气阀结构、充气装置、气体等，简化了结构，降低了成本，总体成本至少降低了30％，同时减少了漏气、工艺缺陷的风险点，支柱绝缘子在运行过程中不会产生负压状态，因此无需设置监测装置，并且环境空气也无需进行特别处理(比如干燥处理等)，整体性能得到提升。
28.在一应用场景中，空心绝缘管110内的气压相对值设置为0mpa。
29.需要说明的是，本实施方式中，空心绝缘管110两端的法兰130完全相同，在其他实施方式中，空心绝缘管两端的法兰也可以设置为不同的两个法兰，比如为了适应不同的连接强度，两个法兰的高度设置不一致，或者为了适应不同的连接方式，法兰盘上设置的连接孔的位置和数量不一致等，在此不做限制。
30.以及，本实施方式中，法兰130由铝合金材料制成，法兰筒131和法兰盘132一体成型，即通过整体铸造成型，结构相对简单，容易制造。当然，在其他实施方式中，法兰也可以由钢或者其他金属材料制成，法兰筒和法兰盘也可以分体成型后通过焊接固定连接，在此不做限制。
31.结合图1和图2所示，在一应用场景中，空心绝缘管110与两个法兰130通过胶装固定。具体地，空心绝缘管110的外径略小于法兰筒131的内径。法兰筒131的内壁上沿法兰筒131轴向间隔设置若干内环形凹槽1311，空心绝缘管110的外壁上沿空心绝缘管110轴向间隔设置若干外环形凹槽(图未示)，内环形凹槽1311与外环形凹槽的尺寸、数量均一致，空心绝缘管110套入法兰筒131后并且空心绝缘管110的一端与法兰盘132朝向空心绝缘管110的盘面抵接时，内环形凹槽1311与外环形凹槽的位置匹配对应。进而，在法兰130上开设注胶孔(图未示)向空心绝缘管110外壁和法兰130之间填充胶黏剂，具体是通过在法兰筒131的外壁开设注胶孔后，向注胶孔内注入胶黏剂，使胶黏剂填充内环形凹槽1311与外环形凹槽
形成的空腔内，使空心绝缘管110与法兰130通过胶黏剂连接固定。其中，上述胶装方式可以采用卧式胶装或者立式胶装，只要能将法兰130与空心绝缘管110通过胶装固定即可。在另一应用场景中，还可以在空心绝缘管110的外壁和/或法兰筒131的内壁上先涂有胶黏剂之后再进行胶装。
32.继续参阅图2，法兰筒131的内壁上还设有连通若干内环形凹槽1311的流通槽1312，胶黏剂注入法兰筒131后填充流通槽1312，内环形凹槽1311和流通槽1312内的胶黏剂固化后形成交叉结构，能够进一步固定连接法兰筒131和空心绝缘管110，并可以使得注入法兰筒131与空心绝缘管110之间的胶黏剂在相邻的内环形凹槽1311之间流通，从而能够提升注胶速率，减少气泡滞留风险，使得法兰130与空心绝缘管110的结合更加牢固，从而能够在不更换粘接性能更好的胶黏剂的前提下，提高支柱绝缘子10的抗扭转性能。
33.其中，流通槽1312的数量可以是一个，也可以是多个(例如，两个、四个、六个甚至更多个)，且当流通槽1312的数量是多个时，多个流通槽1312沿法兰筒131的周向间隔设置。其中，一个流通槽1312可以只连通相邻两个内环形凹槽1311，也可以连通相邻的三个、四个甚至是所有的内环形凹槽1311，在此不做限制。
34.其中，流通槽1312的底面为平面或者曲面。具体地，在流通槽1312相对法兰130的径向深度和宽度一定时，底面为平面的流通槽1312相比底面为曲面的流通槽1312，其加工更复杂且加工成本更高，但是其扭转强度更高，这是由于平面槽内的胶黏剂与法兰筒131内壁的接触面积更大，也就是说，底面为曲面的流通槽1312相比底面为平面的流通槽1312，其加工方便且加工成本低，但是其扭转强度略低。
35.进一步地，沿支柱绝缘子10的轴向上，法兰筒131的内壁与空心绝缘管110接触部分的长度与空心绝缘管110的外径的比值(即胶装比)范围为0.2～1.0，例如，0.2、0.5、0.8、或者1.0等。具体地，随着胶装比的下降，支柱绝缘子10的强度会有较明显的下降，例如，相比胶装比为0.2，当胶装比下降到0.15时，支柱绝缘子10的强度会下降20％，而相比胶装比为1.0，当胶装比上升到1.2时，支柱绝缘子10的强度虽然会稍微上升，但是成本明显增加，因此设置胶装比范围为0.2～1.0，可以使支柱绝缘子10同时具有低成本、高强度等优点。
36.继续结合图1和图2所示，法兰盘132朝向空心绝缘管110的盘面上设有第一密封槽133，第一密封槽133位于法兰筒131内侧，第一密封槽133内设有第一密封件(图未示)。具体地，第一密封件设置在第一密封槽133中，当空心绝缘管110的一端与法兰盘132朝向空心绝缘管110的盘面抵接时，第一密封件夹设在法兰盘132的盘面与空心绝缘管110的端面之间，起密封作用，防止空心绝缘管110与法兰筒130之间留有空隙，避免外部水汽进入空心绝缘管110内，从而避免空心绝缘管110内的微水值过高。
37.在一实施方式中，当空心绝缘管110与两个法兰130通过胶装固定时，法兰筒131的内壁还设有邻近法兰盘132的第二密封槽134，第二密封槽134内设有第二密封件(图未示)。具体地，第二密封件与第一密封件的作用不同，第二密封件用于避免法兰130与空心绝缘管110胶装过程中的胶黏剂进入第一密封槽133中腐蚀第一密封件而导致第一密封件失效，从而避免影响空心绝缘管110与法兰130之间的密封。
38.需要说明的是，在其他实施方式中，当空心绝缘管110与两个法兰130通过胶装固定时，也可以不设置第二密封槽和第二密封件，只要法兰130套入空心绝缘管110的端部时，法兰盘132与空心绝缘管110的端部充分接触，使第一密封件充分被压缩，进而法兰盘132与
空心绝缘管110的端部达到密封状态，胶装过程中的胶黏剂无法进入法兰盘132与空心绝缘管110的接触面即可。
39.结合图1、图4和图5，第一密封槽133的宽度在靠近空心绝缘管110的方向上保持不变(如图4所示)或者逐渐变小(如图5所示)。具体地，宽度在靠近空心绝缘管110的方向上保持不变的第一密封槽133其加工方便，但是其内的第一密封件有可能会发生滑动甚至掉落，此时为了避免第一密封件在第一密封槽133中发生相对滑动，第一密封件还通过粘结剂粘接固定在第一密封槽133中，粘结剂可以采用树脂或者硅胶等；而相比宽度在靠近空心绝缘管110的方向上保持不变的第一密封槽133，宽度在靠近空心绝缘管110的方向上逐渐变小的第一密封槽133虽然加工过程更为复杂，但是其可以保证第一密封件不会轻易掉落，当然，此方案也可以通过粘结剂将第一密封件粘接固定在第一密封槽中，进一步防止第一密封件掉落。其中，第一密封槽133的宽度在靠近空心绝缘管110的方向上可以是呈直线变小(如图4所示)，也可以是呈曲线变小(图未示)，在此不做限制。
40.第二密封槽134与第一密封槽133的结构一致，在此不再赘述。
41.在另一应用场景中，结合图1和图2，空心绝缘管110与两个法兰130通过过盈配合固定连接，此时，空心绝缘管110的外径略大于法兰筒131的内径，通过压力装置，将空心绝缘管110压装至法兰筒131内，使得空心绝缘管110的端面抵接法兰盘132的盘面。
42.其中，法兰盘132朝向空心绝缘管110的盘面上设有第一密封槽133，第一密封槽133位于法兰筒131内侧，第一密封槽133内设有第一密封件(图未示)。具体地，第一密封件设置在第一密封槽133中，当空心绝缘管110的一端与法兰盘132朝向空心绝缘管110的盘面抵接时，第一密封件夹设在法兰盘132的盘面与空心绝缘管110的端面之间，起密封作用，防止空心绝缘管110与法兰筒130之间留有空隙，避免外部水汽进入空心绝缘管110内，从而避免空心绝缘管110内的微水值过高。
43.其中，空心绝缘管110的外壁和/或法兰筒131的内壁上涂有胶黏剂，进一步提升空心绝缘管110和法兰130之间的连接强度，以及胶黏剂使紧密结合的空心绝缘管110与法兰筒131之间进一步形成密封，因而无需在空心绝缘管110的外壁与法兰筒131的内壁之间再设置其他密封结构，即无需再设置如前述的第二密封槽和第二密封件。
44.具体地，当空心绝缘管110与两个法兰130通过过盈配合固定连接时，空心绝缘管110与法兰130配合的过盈量使得两者之间得以紧密结合，则无需再设置第二密封槽，此外还可以在空心绝缘管110和法兰筒131之间涂抹胶黏剂，进一步提高空心绝缘管110和法兰筒131之间的连接强度，同时空心绝缘管110与法兰筒131之间的胶黏剂可形成进一步密封，保证密封效果。
45.进一步地，当空心绝缘管110与两个法兰130通过过盈配合固定连接时，由于直接在空心绝缘管110和法兰筒131之间涂抹胶黏剂，法兰筒131的内壁也可以无需设置前述的内环形凹槽和流通槽，以进一步简化法兰130的结构，减少工艺步骤，提高生产效率，从而降低成本。当然，在其他实施方式中，也可以仍然在法兰筒131的内壁设置内环形凹槽和流通槽，使胶黏剂充分填充在空心绝缘管110与法兰筒131之间，提升连接强度。
46.继续参阅图1，法兰盘132朝向空心绝缘管110的盘面上还设有干燥装置140，以去除支柱绝缘子10内部的水汽，干燥装置140位于空心绝缘管110内侧，包括干燥剂盒141和置于干燥剂盒141内的干燥剂142，结构简单，便于制造。具体地，干燥剂盒141呈笼状，干燥剂
盒141倒扣在法兰130上，干燥剂设置在干燥剂盒141内。干燥剂盒141开口处延伸有与干燥剂盒141垂直的连接耳(图未示)，连接耳上设置若干连接孔(图未示)，连接孔用于与法兰130朝向空心绝缘管110的盘面固定连接。
47.需要说明的是，在其他实施例中，干燥装置也可以为其他结构，例如，干燥剂盒上没有设置连接耳，干燥剂盒通过焊接方式固定在法兰盘上，在此不做限制。同时，干燥装置也可以在两个法兰上均设置若干个。
48.其中，干燥剂盒141可以由导电材料制成，如金属材料。且干燥剂盒141的外周设有大小一致、均匀分布的通孔，构成屏蔽笼，利用屏蔽笼原理，保证干燥剂盒141不会对空心绝缘管110的内部电场造成影响。当然，干燥剂盒也可以由不导电材料制成，比如塑料。
49.需要说明的是，在其他实施例中，干燥剂盒的材料、形状不限于本实施例，通孔的分布与大小也不限于本实施例，只要能够满足屏蔽笼的要求即可。以及，在支柱绝缘子10的轴向上，干燥装置的高度设置为小于法兰筒的高度，避免金属材质的干燥装置影响法兰附近的电场分布。当然，干燥装置的高度也可以设置为与法兰筒高度一致或者略高于法兰筒的高度，只要干燥装置能够满足屏蔽笼原理即可，即不会对空心绝缘管110内部电场产生影响。
50.其中，干燥剂被包装在布袋中，并包扎起来，防止干燥剂散落。
51.在一应用场景中，将包装有干燥剂的布袋固定在干燥剂盒141内，为了避免在运输、安装支柱绝缘子10的过程中布袋因受到外力作用发生磕碰、破损情形，可以采用捆扎等方式固定。
52.在另一应用场景中，将布袋制成薄型布袋，使得布袋铺设在法兰盘132的盘面上的面积尽可能大，进而使得干燥剂可以在布袋内平铺以与空心绝缘管110内的环境空气实现最大面积的接触，有效吸收水分，干燥效果更好。优选地，布袋平铺的面积与干燥剂盒141的截面面积相等。进一步地，在布袋上绗制十字格绗线或者米字格绗线等使得布袋上形成若干小格，每个小格中均填充有干燥剂，保证干燥剂均匀填充，与空心绝缘管110内的环境空气接触的面积均一稳定，更好地发挥干燥作用，同时避免干燥剂由于重力影响，堆积在布袋中的某一处而影响其吸附效力。
53.结合图1和图2所示，在一应用场景中，法兰盘132的厚度均等，干燥装置140固定在法兰盘132朝向空心绝缘管110的盘面上，干燥装置140可以通过焊接、胶接、螺接等方式固定在法兰盘132上。此外，当采用螺接方式时，需要在法兰盘132的盘面上设置螺钉孔，打孔一定程度上会影响法兰盘132的力学性能，因此在另一应用场景中，也可以加厚法兰盘132的厚度，以实现良好的力学性能。
54.结合图1和图3所示，在另一应用场景中，法兰盘132靠近空心绝缘管110的一侧设有凸台1321，干燥装置140固定连接于凸台1321上，无需整体加大法兰盘132的厚度，即可避免螺钉孔1322的设置影响到法兰盘132的力学性能，经济性更加优越。具体地，凸台1321与法兰盘132同轴设置，凸台1321沿法兰130的轴向向远离法兰盘132的方向延伸，且凸台1321的盘面外径小于法兰筒131的内径，具体而言，凸台1321的盘面外径仅需略大于或者等于干燥装置140的外径以便于固定干燥装置140即可，如此，凸台1321与法兰盘132朝向空心绝缘管110的盘面之间形成台阶面，尽可能地减少法兰130的用料，能够节约成本并减少法兰130的重量。此时，螺钉孔1322设置于凸台1321上，即干燥装置140连接固定于凸台1321上。假设
凸台1321凸出法兰盘132朝向空心绝缘管110的盘面的高度为h(如图3所示)，则h与螺钉孔1322的深度一致，一方面防止螺钉孔1322的设置影响法兰130的力学性能，另一方面能够避免过多的浪费材料，经济性好。同时，凸台1321的表面可以与法兰盘132一样呈圆形，也可以呈其他形状，比如方形、菱形等，以及凸台1321与法兰盘132可以一体成型，也可以通过其他方式固定连接，在此不做限制。凸台1321上设置的螺钉孔1322与连接孔对应，连接孔与螺钉孔1322匹配对应后，穿设螺钉，以将干燥装置140固定连接在法兰130上。
55.本技术的有益效果是：区别于现有技术，本技术的支柱绝缘子10为空心结构，即支柱绝缘子10的芯体采用空心绝缘管110，空心绝缘管110内部为环境空气，一方面，避免了填充固体导致支柱绝缘子10出现裂纹缺陷和界面问题，从而影响支柱绝缘子10的电气性能；另一方面，由于环境空气不是通过充气装置填充的，继而免去了充气的步骤，因而其法兰130上也无需设置充气装置，比如充气阀等，简化了结构，降低了成本，相比于传统结构，总体成本至少降低了30％，同时减少了漏气、工艺缺陷的风险点，支柱绝缘子10在运行过程中不会产生负压状态，因此无需设置监测装置，并且环境空气也无需进行特别处理(比如干燥处理等)，整体性能得到提升。同时，通过在空心绝缘管110与法兰130的接触面上同时设置三层密封，进一步提高了支柱绝缘子10的整体密封性能，防止外部水汽进入支柱绝缘子10内部。
56.本发明的技术内容及技术特点已揭示如上，然而可以理解，在本发明的创作思想下，本领域的技术人员可以对上述结构和材料作各种变化和改进，包括这里单独披露或要求保护的技术特征的组合，明显地包括这些特征的其它组合。这些变形和/或组合均落入本发明所涉及的技术领域内，并落入本发明权利要求的保护范围。