近年来,国家大力发展新型导线,并不断投入科研资金扶持一些有研发能力的企业进行新型导线研发设计工作。在这样的大背景下,一系列的新型导线便应运而生,如超高强度钢芯高导电率型线绞线、碳纤维复合芯导线、光电复合导线、铝合金芯铝绞线、铝包钢绞线等。其中钢芯高导电率型线绞线的导电性能较为突出,其结构与钢芯铝绞线结构类似,都是以钢芯做为承载线芯,外层由铝单线绞制而成,但钢芯高导电率型线绞线因其导电率高,大大地提高了导线输电能力,目前已成业内大力推广的一种新型导线。该导线绞制的外层铝型线共有两种形状可供选择,Z(或S)型和T型,目前使用较多是T型型线,而型线挤制模具的

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钢芯高导电率软铝型线绞线挤制模具设计方法

2013-12-31 09:48 来源:电缆网 

近年来,国家大力发展新型导线,并不断投入科研资金扶持一些有研发能力的企业进行新型导线研发设计工作。在这样的大背景下,一系列的新型导线便应运而生,如超高强度钢芯高导电率型线绞线、碳纤维复合芯导线、光电复合导线、铝合金芯铝绞线、铝包钢绞线等。其中钢芯高导电率型线绞线的导电性能较为突出,其结构与钢芯铝绞线结构类似,都是以钢芯做为承载线芯,外层由铝单线绞制而成,但钢芯高导电率型线绞线因其导电率高,大大地提高了导线输电能力,目前已成业内大力推广的一种新型导线。

该导线绞制的外层铝型线共有两种形状可供选择,Z(或S)型和T型,目前使用较多是T型型线,而型线挤制模具的设计方法是决定导线生产质量优劣的关键因素,本文将对钢芯高导电率型线绞线的T型挤制模具设计进行更深层次的探讨。

钢芯高导电率型线绞线的结构及参数举例

结构示意图

参数举例:文中以国外代号PUFFIN的钢芯高导电率型线绞线为例进行模具设计,导线的技术参数如下表所示:

挤制模具设计流程

导线内外层型线根数的确定:钢芯高导电率型线绞线与普通钢芯铝绞线最大的区别在于,构成导线的单线面积和根数是可以进行灵活设计的。一般来讲,导线层数是2~3层,内层型线根数为6~10根,外层型线的根数为10~14根,最终的根数要根据型线的厚度和弧长综合考虑。设计时若型线的厚度过高,在绞制时易发生翻身现象。若弧度过大,在绞制时与设备发生摩擦,使导线的外观产生损伤。按照经验而言,型线的弧长与厚度之比最小值应控制在1.2~1.4范围之内,最大值应控制在1.4~1.6范围之内。

导线内层直径的确定:本导线暂将型线的内外层根数定为7和11根,由给定的技术参数可知,钢芯直径为8.43mm,将其看做实心钢线后,所得面积如下:

S0=8.43×8.43×0.7854=55.81mm2

导线的总截面为402.8,总根数为18根,则型线的单根截面积为:

s=402.8÷18=22.38mm2

型线绞制完成后的填充系数暂取0.93,则导线内层直径d的计算结果为:

d2×0.7854=7×22.38÷0.93+55.81

则d=16.90mm

导线模具尺寸的确定:由于导线结构为7+11,则内层型线弧度为51.42°,外层型线弧度为32.72°,考虑到填充系数的影响,设计弧度通常比标准计算的弧度最低小0.5°~1.0°,最高小1.0°~2.0°。开始设计时弧度取最小值,内层型线弧度50.9°,外层型线弧度32.2°,型线倒角最小取值范围按0.6~0.8mm,最大取值范围按0.8~1.0mm,此时倒角取0.6mm。经过CAD绘制后,数据记录如下:

由上表可以看出内层型线面积超出标准值1.14 mm2,外层型线面积超出标准值0.77 mm2,此时应优先进行倒角调节,将倒角扩大至0.8mm,数据记录如下:

此时倒角变为0.8mm后,内外层型线设计面积分别减小0.23mm2和0.24 mm2,此时倒角已是最小取值范围的最大值,一般不再增大了,此时应从缩小型线弧度下手,将型线弧度再减小0.5°,内层型线弧度50.4°,外层型线弧度31.7°,数据记录如下:

此时内外层型线面积分别减小了0.24 mm2和0.37 mm2,外层减小的稍多。如果此时继续减小型线弧度,外层型线面积会小于标称面积,所以此时应进行内层直径的调整。应使外层型线的设计面积超过内层型线设计面积,为下一步调整铝型线弧度做准备,将内层直径减小至16.8mm后,数据记录如下:

此时将内外层型线弧度再减小0.5°,即内层型线弧度为49.9°,外层型线弧度为31.2°,数据记录如下:

此时内外层型线面积分别增大了0.07mm2和0.03mm2,根据国家标准GB/T 29325-2012《架空导线用型线》要求,型线的面积公差为标称面积的±2%,而此时内外层型线的面积偏差率分别为0.3%和0.13%,均在标准规定范围之内。

型线挤制完成后,自身面积不会损失,但在绞制的过程中,与设备导轮、并线模产生摩擦,型线的面积会损失3.5%~5.5%左右,应使内外层模具定形区的面积为22.38*1.055=23.61mm2。可通过调整型线的弧度和倒角来满足这一条件,可采用型线的标称弧度,倒角采用最小值为0.6mm,经过CAD软件修正后,结果如下:

此时,导线内层型线的偏差比例为+4.4%,外层型线的偏差比例为+6.1%,内外层型线平均偏差为+5.15%,在误差允许的范围之内。因此最终的挤制模具定形面积为内层23.38mm2,外层23.76mm2。

经分析可知,型线模具设计是否符合要求将直接影响钢芯高导电率型线绞线的质量,因此在模具设计过程中需及时将设计的结果记录并进行比较,同时还要不断的用CAD软件进行修正,如此反复,按照一定的规律,采取一定的技巧,才能设计出高质量的型线模具,进而保证导线的质量。

钢芯高导电率型线绞线因其导电率高达63%以上,大大提高了导线的输电能力。外层铝线采用T型结构,提高了导线的填充率,不仅大大转移恶劣天气造成的应力影响,还提高抵抗风雪等自然灾害的能力。因此该导线将有广阔的市场前景,目前已在电力系统中被广泛应用。

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