專利名稱：一種石墨烯納米材料導線接續(xù)金具及接續(xù)方法
技術領域：
本發(fā)明屬于輸電線路用導線的接續(xù)金具技術領域，具體涉及一種石墨烯納米材料導線接續(xù)金具及接續(xù)方法。
背景技術：
導線接續(xù)管用于架空輸電線路導線的兩終端，除了承受導線全部拉力外，還作為導電體傳導電流，是輸電線路中的重要金具。特高壓工程以建設“環(huán)境友好型”工程為目標，全面優(yōu)化工程的設計方案，嚴格保證電場、磁場、可聽噪聲與無線電干擾水平滿足標準要求。為此，若設計采用普通導線，勢必要加大導線截面和增加導線的分裂根數(shù)，這樣勢必增大了導線和母線的使用量、鐵塔的結構尺寸及線路走廊寬度等，從而加大了工程投資。如果在滿足輸電容量和線路工程要求的前提下，設計采用一種輕質輸電導線，盡可能提高其電氣和機械性能，并使其表面光潔圓滑，這樣不但能顯著降低線路損耗，增加輸送能力，降低全壽命周期成本，滿足線路的輸電和電暈要求，而且還能大大減少導線的總重量和導線分裂根數(shù)，減少鐵塔荷載和結構重量，具有巨大的經(jīng)濟效益和深遠的社會效益。附著式石墨烯納米材料導線，其結構型式如附圖1所示，是一種新型的輸電導線。導線包括內(nèi)層和外層，導線內(nèi)層由圓線型碳纖維的單絲絞繞而成，單絲之間相互緊貼，形成規(guī)整的管型結構，外層由石墨烯納米材料薄片絞繞而成，設置于內(nèi)層的外圍，石墨烯納米材料薄片為圓弧形結構。石墨烯納米材料薄片沿內(nèi)層碳纖維圓周方向均勻的分布在外層，石墨烯納米材料薄片等間距放置。內(nèi)層的碳纖維，主要作為承力作用，以及石墨烯納米材料新型導線的基底，外層為石墨 烯納米材料薄片絞制而成，是架空用輸電線路導線的導電部分。作為一種新型結構的導線，導線接續(xù)管需要與新型導線配合，接續(xù)管需要穩(wěn)定有效的握持將導線連接起來，并傳遞機械和電氣荷載。在復合導線接續(xù)金具方面，申請?zhí)枮镃N201220181173.4，發(fā)明名稱為“一種碳纖維光電復合導線接續(xù)金具”的實用新型專利，公開的技術方案為復合導線內(nèi)部是碳纖維復合芯，外部是鋁導線，接續(xù)金具包括有導電管主體，在管內(nèi)的徑向中點處設置有雙頭連接螺栓，雙頭連接螺栓分別與兩側均對稱設置的碳纖維復合芯夾緊裝置連接，夾緊裝置前端設置有填充襯管，填充襯管的頭端伸出導電管主體外；在導電管主體上設置一個鏤空孔；在導電管主體外設置有螺旋環(huán)繞條紋。上述實用新型是針對碳纖維復合芯接續(xù)金具的一種改進，石墨烯納米材料導線本身是一種新型的輸電導線，在其接續(xù)金具方面的研究較少。因此，研制一種石墨烯納米材料導線的接續(xù)金具，對石墨烯納米材料導線的廣泛應用具有推動作用。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明目的在于提供一種石墨烯納米材料導線接續(xù)金具及接續(xù)方法，解決了附著式石墨烯納米材料導線施工中的難題，為附著式石墨烯納米材料導線的工程應用提供技術支撐。為實現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明采取的技術方案為一種石墨烯納米材料導線接續(xù)金具，其改進之處在于所述金具包括碳纖維壓接接續(xù)管和石墨烯膜接續(xù)套管；所述碳纖維壓接接續(xù)管由橫截面為O字型的柱狀基體構成，所述基體的內(nèi)外表面為光滑結構；所述石墨烯膜接續(xù)套管由橫截面為圓弧形的扇形薄片構成，所述扇形薄片的內(nèi)外表面為光滑結構。本發(fā)明的第一優(yōu)選技術方案為所述石墨烯膜接續(xù)套管包括12-15片扇形薄片，扇形薄片圓弧角取值范圍為20°至25°。本發(fā)明的第二優(yōu)選技術方案為所述構成石墨烯膜接續(xù)套管的扇形薄片的圓弧角相同或不相同。本發(fā)明的第三優(yōu)選技術方案為所述扇形薄片沿其長度方向呈螺旋狀分布，，所述扇形薄片沿其長度方向的投影為一段圓弧型或O字型。本發(fā)明的第四優(yōu)選技術方案為所述構成同一石墨烯膜接續(xù)套管的扇形薄片螺旋旋向相同。一種應用本發(fā)明接續(xù)金具的接續(xù)方法，其改進之處在于所述方法包括如下步驟(I)將導線需接續(xù)端外層的石墨烯薄片剔除，露出內(nèi)層的碳纖維棒，根據(jù)碳纖維壓接接續(xù)的要求，留足接續(xù)用碳纖維棒 長度；(2)在一側導線上套入石墨烯膜接續(xù)套管和碳纖維壓接接續(xù)管；(如果石墨烯膜由扇形薄片構成，那么套入導線時存在固定問題，是否需要進行說明？)(3)將兩導線碳纖維終端對接，套上碳纖維壓接接續(xù)管，碳纖維壓接接續(xù)管長度方向中點和兩碳纖維棒對接縫重合，通過液壓壓接法壓接碳纖維壓接接續(xù)管；(4)將石墨烯膜接續(xù)套管套住兩根導線，石墨烯膜接續(xù)套管長度方向中點和兩碳纖維棒對接縫重合，將兩根導線接續(xù)端的外層和石墨烯膜接續(xù)套管的重合部分按順序分別放置在熱氣機的接續(xù)槽內(nèi)，采用熱氣法實現(xiàn)石墨烯膜接續(xù)套管的接續(xù)。本發(fā)明的第五優(yōu)選技術方案為所述步驟2中所述石墨烯膜接續(xù)套管套入導線外層，所述碳纖維壓接接續(xù)管套入導線內(nèi)層。由于采用了上述技術方案，與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明的有益效果包括I)接續(xù)金具能穩(wěn)定有效的握持導線，接續(xù)金具包括碳纖維壓接接續(xù)管和石墨烯膜接續(xù)套管，倆套管的內(nèi)外表面均為光滑結構，結構簡單；2)接續(xù)方法采用的施工工藝穩(wěn)定可靠本發(fā)明采用成熟的熱氣法和液壓法，將兩根附著式石墨烯納米材料導線連接，工藝成熟，壓接質量容易得到保障，保證兩種接續(xù)管對導線握持的有效、穩(wěn)定；3)本發(fā)明的碳纖維壓接接續(xù)管用于導線中碳纖維的接續(xù)，接續(xù)完成后，主要起承力的作用，石墨烯膜接續(xù)套管用于導線外層的接續(xù)，石墨烯膜接續(xù)套管和導線外層利用熱氣法接續(xù)，接續(xù)完成后石墨烯膜接續(xù)套管和導線外層之間形成原子結合力，為導線的導電部分，因此，接續(xù)金具在保證傳遞導線張力的同時，能夠穩(wěn)定的傳遞電氣負荷，保證導線的輸電性能；4)石墨烯膜接續(xù)套管由沿其長度方向呈螺旋結構的扇形薄片構成，構成同一石墨烯膜接續(xù)套管的扇形薄片螺旋旋向相同，使得石墨烯膜接續(xù)套管形成絞繞方向，有利于接續(xù)后導線的導電性能。


下面結合附圖對本發(fā)明進一步說明。圖1是附著式石墨烯納米材料導線；圖2是剔除導線需接續(xù)端外層石墨烯薄片導線示意圖；圖3是碳纖維棒壓接示意圖；圖4是壓接完成示意圖；附圖標記1-內(nèi)層，2-外層，3-碳纖維壓接接續(xù)管，4-石墨烯膜接續(xù)套管。
具體實施方式
下面結合實例對本發(fā)明進行詳細的說明。本發(fā)明提供了一種應用于附著式石墨烯納米材料導線的接續(xù)金具與接續(xù)方法。附著式石墨烯納米材料導線的結構型式如圖1所示，導線包括內(nèi)層I和外層2，內(nèi)層I為碳纖維復合材料圓管，主要作為承力作用，具體結構為圓線型碳纖維的單絲絞繞，單絲之間相互緊貼，形成規(guī)整的管型結構。外層2為附著均勻的石墨烯納米材料薄片，設置于內(nèi)層的外圍，石墨烯納米材料薄片為圓弧形結構，是架空用輸電線路導線的導電部分。接續(xù)金具包括碳纖維壓接接續(xù)管3和石墨烯膜接續(xù)套管4，分別用于內(nèi)層I和外層2的接續(xù)。碳纖維壓接接續(xù)管3為圓環(huán)形結構，碳纖維壓接接續(xù)管3的內(nèi)外表面為光滑表面，環(huán)形碳纖維壓接接續(xù)管3的內(nèi)徑與導線內(nèi)層I的外徑相配合，碳纖維壓接接續(xù)管3的壁厚與導線外層2的厚度相當。碳纖維壓接接續(xù)管3主要連接穩(wěn)固導線內(nèi)層1，起到承力作用。石墨烯膜接續(xù)套管4由石墨烯納米材料制成，為圓環(huán)形結構。石墨烯膜接續(xù)套管4包括12-15個圓弧角為20°至25°的扇形薄片，構成同一石墨烯膜接續(xù)套管4的扇形薄片，圓弧角可以相同，也可以不相同，但扇形薄片所對應的半徑均相同。扇形薄片沿其長度方向呈螺旋狀，構成同一石墨烯膜接續(xù)套管4的扇形薄片螺旋旋向相同，螺旋狀的扇形薄片沿其長度方向中軸線的投影為一段圓弧型或O字型。不同直徑的導線需要不同直徑的石墨烯膜接續(xù)套管4與之配合。石墨烯膜接續(xù)套管4的內(nèi)外表面為光滑表面，石墨烯膜接續(xù)套管4的內(nèi)徑與導線外層2的外徑相配合，石墨烯膜接續(xù)套管4的壁厚與導線外層2的厚度相當。石墨烯膜接續(xù)套管4為接續(xù)部位的導電部分。本發(fā)明的接續(xù)方法包括如下步驟(I)借助剝刀將導線需接續(xù)端外層2的石墨烯薄片剔除，露出內(nèi)層I的碳纖維棒，根據(jù)碳纖維壓接接續(xù)的要求，留足接續(xù)用碳纖維棒長度，如附圖2所示；(2)在一側導線上套入石墨烯膜接續(xù)套管4和碳纖維壓接接續(xù)管3 ；(3)按順序將兩導線碳纖維終端對接，套上碳纖維壓接接續(xù)管3，碳纖維壓接接續(xù)管3徑向中軸線和兩碳纖維棒對接縫重合，通過液壓壓接法壓接碳纖維壓接接續(xù)管3，如附圖3所示；
(4)將石墨烯膜接續(xù)套管4套住兩根導線，石墨烯膜接續(xù)套管4徑向中軸線和兩碳纖維棒對接縫重合，將兩根不同導線終端的石墨烯膜和石墨烯膜接續(xù)套管的重合部分按順序分別放置在熱氣機的接續(xù)槽內(nèi)，在石墨烯膜的表面涂附催化顆粒，控制納米管的形成位置，如附圖4所示。熱氣法接續(xù)，其中，熱氣機接續(xù)槽內(nèi)的溫度為600°C，同時向接續(xù)槽內(nèi)緩慢沖入甲烷氣體，甲烷氣體在高溫下分解時產(chǎn)生自由碳原子，游離的碳原子重新結合時將石墨烯棒與石墨烯接續(xù)管之間的空隙填滿石墨烯材料。通過熱氣法和液壓壓接法將設計的石墨烯膜接續(xù)套管4和碳纖維壓接接續(xù)管3穩(wěn)定握持住兩根附著式石墨烯納米材料導線，在保證傳遞機械負荷的同時，傳遞電氣負荷。采用本發(fā)明接續(xù)方法后，導線的拉斷力為原導拉斷力的95%，能夠保證導線在使用過程中，輸電線路對導線機械負荷的要求。

此處已經(jīng)根據(jù)特定的示例性實施例對本發(fā)明進行了描述。對本領域的技術人員來說在不脫離本發(fā)明的范圍下進行適當?shù)奶鎿Q或修改將是顯而易見的。示例性的實施例僅僅是例證性的，而不是對本發(fā)明的范圍的限制，本發(fā)明的范圍由所附的權利要求定義。
權利要求
1.一種石墨烯納米材料導線接續(xù)金具，其特征在于所述金具包括碳纖維壓接接續(xù)管(3)和石墨烯膜接續(xù)套管(4);所述碳纖維壓接接續(xù)管(3)由橫截面為O字型的柱狀基體構成，所述基體的內(nèi)外表面為光滑結構；所述石墨烯膜接續(xù)套管(4)由橫截面為圓弧形的扇形薄片構成，所述扇形薄片的內(nèi)外表面為光滑結構。
2.如權利要求1所述的一種石墨烯納米材料導線接續(xù)金具，其特征在于所述石墨烯膜接續(xù)套管(4)包括12-15片扇形薄片，扇形薄片圓弧角取值范圍為20°至25°。
3.如權利要求1或2所述的一種石墨烯納米材料導線接續(xù)金具，其特征在于所述構成石墨烯膜接續(xù)套管(4)的扇形薄片的圓弧角相同或不相同。
4.如權利要求1或2所述的一種石墨烯納米材料導線接續(xù)金具，其特征在于所述扇形薄片沿其長度方向呈螺旋狀分布，所述扇形薄片沿其長度方向的投影為一段圓弧型或O字型。
5.如權利要求4所述的一種石墨烯納米材料導線接續(xù)金具，其特征在于所述構成同一石墨烯膜接續(xù)套管(4)的扇形薄片螺旋旋向相同。
6.一種利用權利要求1所述接續(xù)金具的接續(xù)方法，其特征在于所述方法包括如下步驟(1)將導線需接續(xù)端外層(2)的石墨烯薄片剔除，露出內(nèi)層(I)的碳纖維棒，根據(jù)碳纖維壓接接續(xù)的要求，留足接續(xù)用碳纖維棒長度；(2)在一側導線上套入石墨烯膜接續(xù)套管(4)和碳纖維壓接接續(xù)管(3)；(3)將兩導線碳纖維終端對接，套上碳纖維壓接接續(xù)管(3)，碳纖維壓接接續(xù)管(3)長度方向中點和兩碳纖維棒對接縫重合，通過液壓壓接法壓接碳纖維壓接接續(xù)管(3)；(4)將石墨烯膜接續(xù)套管(4)套住兩根導線，石墨烯膜接續(xù)套管(4)長度方向中點和兩碳纖維棒對接縫重合，將兩根導線接續(xù)端的外層(2)和石墨烯膜接續(xù)套管(4)的重合部分按順序分別放置在熱氣機的接續(xù)槽內(nèi)，采用熱氣法實現(xiàn)石墨烯膜接續(xù)套管(4)的接續(xù)。
7.如權利要求6所述石墨烯納米材料導線的接續(xù)方法，其特征在于所述步驟2中所述石墨烯膜接續(xù)套管(4)套入導線外層(2)，所述碳纖維壓接接續(xù)管(3)套入導線內(nèi)層 ⑴。
全文摘要
本發(fā)明提供一種石墨烯納米材料導線接續(xù)金具及接續(xù)方法，解決了附著式石墨烯納米材料導線施工中的難題，為石墨烯納米材料導線的工程應用提供技術支撐。本發(fā)明接續(xù)金具包括碳纖維壓接接續(xù)管和石墨烯膜接續(xù)套管；碳纖維壓接接續(xù)管由橫截面為O字型的柱狀基體構成，基體的內(nèi)外表面為光滑結構；石墨烯膜接續(xù)套管由橫截面為圓弧形的扇形薄片構成，扇形薄片的內(nèi)外表面為光滑結構。本發(fā)明的接續(xù)方法為利用液壓法和熱氣法，通過接續(xù)金具將兩待接續(xù)導線連接，接續(xù)部位在保證傳遞張力的同時，傳遞電氣負荷。
文檔編號H01R4/20GK103050798SQ20121054001
公開日2013年4月17日 申請日期2012年12月13日 優(yōu)先權日2012年12月13日
發(fā)明者朱寬軍, 司佳鈞, 李新民 申請人:中國電力科學研究院, 國家電網(wǎng)公司