一种竹节仿生形复合材料输电杆塔制造技术

本发明专利技术涉及一种竹节仿生形复合材料输电杆塔，该杆塔适用于110KV以下输电线路中，所述杆塔包括彼此垂直连接的塔身和横向构件，所述横向构件包括塔身顶端的地线支架和所述地线支架下方的横担，所述塔身为竹节仿生形，分布有类似于竹节一样的凸起部位，塔身的整体为竹状，所述塔身通过竹状复合材料管叠加而成。由于塔身为竹状可以增加杆塔塔身的抗拉/压刚度，抗弯刚度及转动刚度，能有效地减小风偏、覆冰对杆塔的影响，能增大在恶劣天气下杆塔的稳定性，可用于腐蚀严重地区，且具有造价较低、运输、安装、维修费用较小，减小线路走廊的优点。

【技术实现步骤摘要】
一种竹节仿生形复合材料输电杆塔
：本专利技术涉及输电线路工程，更具体涉及一种竹节仿生形复合材料输电杆塔。
技术介绍
：目前，输电线路中的杆塔一般包括铁塔和混凝土杆，其中钢材是一种电导体,且质量重和易腐蚀，所以钢构架并不是最理想的杆塔材料。混凝土杆质量比钢材更重，从而造成运输和安装困难，且易受环境影响。而复合材料杆塔由于其优良的综合性能，如强度高、重量轻、耐腐蚀、绝缘性好等特点，已经逐步得到了应用。复合材料目前已逐步取代木材及金属合金，广泛应用于航空航天、汽车、电子电气、建筑、健身器材等领域，在近年更是得到了飞速发展。随着科技的发展，树脂与玻璃纤维在技术上不断进步，生产厂家的制造能力普遍提高，使得玻纤增强复合材料的价格成本已被许多行业接受。输电线路中复合绝缘子和复合芯导线的成功运行，进一步拓展了复合材料在电网中的应用范围。杆塔用的复合材料主要选用玻璃钢复合材料，增强纤维通常选用玻璃纤维，树脂选用热固性树脂体系。主要特点包括：(1)轻质高强，拉伸、弯曲和压缩强度均能达到400Mpa以上，密度一般小于2.2g/cm3；因此可降低杆塔的运输和施工难度，提高电网的建设效率，特别是在运输困难地区的应用。(2)耐腐蚀性好，复合材料内部树脂固化后具有致密的三维网络结构，具有优异的耐酸、碱、盐及有机溶剂等介质耐蚀性能；可降低沿海及重工业区杆塔的腐蚀程度，延长杆塔使用寿命，降低杆塔维护成本。(3)复合材料杆塔具有较好的绝缘性能，在110KV及以上电压等级线路可有效缩减线路走廊宽度（最大可压缩30%以上），减少风偏事故，节约土地资源、降低输电线路整体运营维护成本。复合材料可以通过选择合适的原材料和合理的铺层形式，使复合材料构件或复合材料结构满足使用要求。复合材料的抗疲劳性能良好。而一般金属的疲劳强度为抗拉强度的40～50%，可某些复合材料可高达70～80%。复合材料的疲劳断裂是从基体开始，逐渐扩展到纤维和基体的界面上，没有突发性的变化。因此，复合材料在破坏前有预兆，可以检查和补救。复合材料的一些特点非常适合用于杆塔结构，不仅可以克服传统的输电杆塔普遍存在的质量重、易腐烂、锈蚀或开裂、耐久性差、使用寿命较短等缺陷，还能有效缓解金属或混凝土杆塔在施工运输和运行维护中的困难。近年来，随着国内复合材料成本的进一步降低，复合材料制作工艺的不断进步，复合材料杆塔的研究与应用条件已经具备，实现复合杆塔的技术储备对电网运行具有重要的现实意义。复合材料杆塔已在全球部分地区得到应用，其中研制开发和应用相对成熟的有RS和Strongwell等公司。RS公司开发的复合材料杆塔已在欧美地区投入使用。例如加拿大大湖电力公司在230kV输电系统中安装了大约300基门形复合材料杆塔，此外还有90基复合杆塔正在其它电压等级输电系统中投入使用。在挪威，一条长50公里的132kV输电线路将使用170基RS公司生产的门形复合材料杆塔。由于复合材料模量小，复合材料单杆在受力时变形较大，采用门形的复合材料杆塔能有效减小变形，而复合材料杆塔在服役的过程中也由可能产生裂纹，并且裂纹随纤维方向扩展。本专利技术的输电杆塔所采用的竹节仿生结构能够减小复合材料单杆的变形，并且能够利用节点阻止裂纹顺纤维方向扩展。
技术实现思路
：本专利技术的目的是提供一种竹节仿生形复合材料输电杆塔，该杆塔适用于110KV以下输电线路中。本专利技术中的竹节仿生形复合材料输电杆塔可以增加杆塔塔身的抗拉/压刚度，抗弯刚度及转动刚度，能有效地减小风偏、覆冰对杆塔的影响，能增大在恶劣天气下杆塔的稳定性，可用于腐蚀严重地区，且具有造价较低、运输、安装、维修费用较小，减小线路走廊的优点。为实现上述目的，本专利技术采用以下技术方案：一种竹节仿生形复合材料输电杆塔，该杆塔适用于110KV以下输电线路中，所述杆塔包括彼此垂直连接的塔身和横向构件，所述横向构件包括塔身顶端的地线支架和所述地线支架下方的横担，所述塔身为竹状，所述塔身通过竹状复合材料管叠加而成。本专利技术提供的一种竹节仿生形复合材料输电杆塔，所述复合材料管至少为三个，相邻两个所述复合材料管通过连接件相互插接。本专利技术提供的一种竹节仿生形复合材料输电杆塔，所述连接件为复合材料制成，所述连接件包括圆盘和设置在圆盘上下的圆柱体，所述圆柱体的半径与相连的所述复合材料管内径相同的，所述连接件通过粘结剂与所述复合材料管连接。本专利技术提供的另一优选的一种竹节仿生形复合材料输电杆塔，所述复合材料管通过节间叠加而成，所述节间包括轴向平行段和对称设置在平行段两端的曲线段，相邻两个所述节间处为节点，所述节点为竹节结构。本专利技术提供的再一优选的一种竹节仿生形复合材料输电杆塔，其特征在于：所述节间为3-6个，所述节点内部径向设有隔板。本专利技术提供的又一优选的一种竹节仿生形复合材料输电杆塔，所述隔板的为圆形网状格构式铝板，所述隔板上下表面焊有铝板。本专利技术提供的又一优选的一种竹节仿生形复合材料输电杆塔，所述复合材料管为叠层结构，所述叠层由内到外依次包括内层、中层和外层；所述内层为管状纤维层；所述中层和所述外层均为为竹状纤维层。本专利技术提供的又一优选的一种竹节仿生形复合材料输电杆塔，所述内层由内到外至少分为5层管状纤维层，所述内层的纤维沿管状纤维层由内至外与其轴向间的夹角依次为0°、45°、90°和135°的角度铺设纤维并按此角度循环铺设；所述中层的纤维与所述中层轴向间的夹角为90°方向铺设；所述外层纤维层至少为2层，所述外层的纤维沿外层纤维层由内至外与其轴向间的夹角为0°和90°的角度铺设纤维并按照此角度循环铺设。本专利技术提供的又一优选的一种竹节仿生形复合材料输电杆塔，所述内层为5层管状纤维层，所述内层的纤维沿管状纤维层由内至外与其轴向间的夹角依次为0°、45°、90°和135°的角度铺设纤维并按此角度循环铺设；所述外层纤维层至少为2层，所述外层的纤维沿外层的纤维层由内至外与其轴向间的夹角为0°和90°的角度铺设。本专利技术提供的又一优选的一种竹节仿生形复合材料输电杆塔，所述内层厚度至少为所述叠层厚度的40%；所述中层最大的厚度至少为所述叠层厚度的30%；所述外层厚度至少为所述叠层厚度的25%。本专利技术提供的又一优选的一种竹节仿生形复合材料输电杆塔，所述中层的节点处纤维厚度大于中层的曲线段的区域纤维厚度。本专利技术提供的又一优选的一种一种竹节仿生形复合材料输电杆塔，其特征在于：所述复合材料管的顶部和底部均通过密封胶进行密封。本专利技术提供的又一优选的一种竹节仿生形复合材料输电杆塔，所述复合材料管采用变截面拉挤的方法制作。本专利技术提供的又一优选的一种竹节仿生形复合材料输电杆塔，所述复合材料管为复合材料制成，所述复合材料包括纤维和增强树脂，所述纤维采用高模量的纤维，所述增强树脂采用耐热，耐老化，绝缘性强的树脂材料。本专利技术提供的又一优选的一种竹节仿生形复合材料输电杆塔，所述复合材料管在制作过程中添加了绿色染色剂。由于采用了上述技术方案，本专利技术得到的有益效果是：1、本专利技术中输电杆塔通过布置竹节仿生节点，增大塔身的抗拉/压刚度，抗弯刚度及转动刚度来减小塔整体的变形；能够有效防止复合材料杆塔由于裂纹扩展而导致杆塔承载力快速下降，没有预兆而直接倒塌的危险；2、本专利技术中输电杆塔外形美观，能与大自然相融合；3、本专利技术为输变电线路设计了一种结构本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种竹节仿生形复合材料输电杆塔，该杆塔适用于110KV以下输电线路中，所述杆塔包括彼此垂直连接的塔身和横向构件，所述横向构件包括塔身顶端的地线支架和所述地线支架下方的横担，其特征在于：所述塔身为竹状，所述塔身通过竹状复合材料管叠加而成。

【技术特征摘要】
1.一种竹节仿生形复合材料输电杆塔，该杆塔适用于110KV以下输电线路中，所述杆塔包括彼此垂直连接的塔身和横向构件，所述横向构件包括塔身顶端的地线支架和所述地线支架下方的横担，其特征在于：所述塔身为竹状，所述塔身通过竹状复合材料管叠加而成；所述复合材料管为叠层结构，所述叠层由内到外依次包括内层、中层和外层；所述内层为管状纤维层；所述中层和所述外层均为竹状纤维层；所述内层由内到外至少分为5层管状纤维层，所述内层的纤维沿管状纤维层由内至外依次与其轴向间的夹角为0°、45°、90°和135°的角度铺设并按此角度循环铺设；所述中层的纤维与所述中层轴向间的夹角为90°方向铺设；所述外层纤维层至少为2层，所述外层的纤维沿外层纤维层由内至外与其轴向间的夹角为0°和90°的角度铺设纤维并按照此角度循环铺设。2.如权利要求1所述的一种竹节仿生形复合材料输电杆塔，其特征在于：所述复合材料管至少为三个，相邻两个所述复合材料管通过连接件相互插接。3.如权利要求2所述的一种竹节仿生形复合材料输电杆塔，其特征在于：所述连接件为复合材料制成，所述连接件包括圆盘和设置在圆盘上下的圆柱体，所述圆柱体的半径与相连的所述复合材料管内径相同的，所述连接件通过粘结剂与所述复合材料管连接。4.如权利要求1所述的一种竹节仿生形复合材料输电杆塔，其特征在于：所述复合材料管通过节间叠加而成，所述节间包括轴向平行段和对称设置在平行段两端的曲线段，相邻两个所述节间处为节点，所述节点为竹节结构。5.如权利要求4所述的一种竹节仿生形复合材料输电杆塔，其特征在于：所述节间为3-6个，所述节点内...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨靖波，韩军科，王旭明，刘海锋，邢海军，
申请(专利权)人：国家电网公司，中国电力科学研究院，
类型：发明
国别省市：北京;11