高速列车车顶抗偏折硅橡胶复合绝缘子伞裙参数的优化研究

高速列车运行期间的气流会导致车顶硅橡胶复合绝缘子伞裙发生偏折,反复偏折会造成绝缘子伞裙机械强度下降,严重时伞裙表面会出现凹坑或裂缝,水分通过凹坑或裂缝侵入芯棒界面可引发绝缘子绝缘性能降低甚至闪络等故障,影响高速列车的安全稳定运行。为了研究车顶绝缘子在高速气流环境下的伞裙形变特性,基于流固耦合方法,仿真分析了伞裙形变产生原因及伞裙根部厚度、伞裙直径、伞裙倾角等参数的变化对车顶绝缘子伞裙形变量的影响规律,开展正交试验获取抗偏折性最优的伞裙参数组合。在满足车顶绝缘子爬电距离要求的前提下,设计制造一种芯棒加装伞骨的真型抗偏折硅橡胶复合绝缘子,最后通过仿真试验相结合的方式获取了优化模型的形变量。仿真及试验结果表明:车顶绝缘子伞裙形变量随伞裙直径的增大而增大,随伞裙根部厚度的增大而减小,适当改变伞裙上倾角等结构参数均可改变绝缘子伞裙形变量。新型抗偏折硅橡胶复合绝缘子在90m/s仿真风速下伞裙最大形变量不超过0.18mm;在0~110m/s试验风速下伞裙最大形变量不超过0.5mm,试验结束后绝缘子伞裙均未出现撕裂等现象。文中优化设计的抗偏折硅橡胶复合绝缘子可为极端环境中车顶绝缘子的伞裙结构设计与优化提供参考。

复合绝缘子在强风下的形变及应力集中程度

输电线路上的复合绝缘子伞裙在强风下会出现形变,形变导致伞裙根部应力集中,长期存在的应力集中会引起伞裙根部疲劳断裂。为研究强风区复合绝缘子仿真计算模型的有效性、形变和应力集中程度随着风速的变化趋势,采用流固耦合的仿真方法,主要探讨了不同风速下形变和应力集中现象及其大小,并通过风洞实验验证。结果表明:复合绝缘子在20 m/s以上强风下存在25 mm以上形变问题,进一步导致伞裙根部出现月牙状应力集中区域,仿真结果与实验结果对应较好;复合绝缘子在20 m/s以上强风下的应力集中随着形变的变大而增加;风速从20 m/s到60 m/s区间不断提高,伞裙的形变从25 mm到83 mm不断变大,伞裙根部的应力从0.12 MPa到0.60MPa不断增大。为了防止伞裙根部应力集中过大而导致的撕裂,就要阻止伞裙产生大的形变。

基于流固耦合方法的强风区复合绝缘子结构研究

为了研究防止复合绝缘子伞裙在强风内产生疲劳断裂的应对策略和技术措施,基于流固耦合方法,研究了等径对称伞型、非对称伞型和大小大伞型周围的流场分布、风压分布以及伞裙形变。研究结果表明:流固耦合仿真计算结果与现场事故现象及风洞试验结果的契合度很高;大小大伞型的抗风性能较差,等径对称伞型的抗风性能最佳;复合绝缘子的伞伸出、伞倾角及伞边沿厚度与抗风性能之间存在最强的联系,三者的推荐阈值分别为85 mm、3.5°和4 mm,其最不利迎风角在50°到60°之间。根据推荐阈值设计了2种型号的抗风型复合绝缘子,均通过了风洞试验检验。

基于流固耦合腕臂复合绝缘子抗风性能研究

强风环境会引起复合绝缘子伞裙发生形变,导致伞裙根部出现严重的应力集中。在周期循环风载荷作用下,伞裙根部长期处于应力疲劳状态并最终导致伞裙撕裂问题。针对上述问题,文中以铁路系统腕臂复合绝缘子为对象,建立腕臂复合绝缘子流固耦合三维仿真计算模型,研究伞裙形变量与伞裙根部应力及不同风速、不同迎风角与绝缘子伞裙形变量的关系。研究结果表明:从整体来看,根部倒角半径对形变的影响是非常小的,非重要抗风结构参数;在同一风速下,迎风角为17°时伞裙形变量最大,迎风角为84°时伞裙形变量最小;随着下倾角的增加,绝缘子伞裙边沿产生最大形变的迎风角逐渐减小;伞裙下倾角增加到7°时,同时伞裙边沿形变从5 mm平稳下降到0.85 mm,伞裙下倾角的增加有效抑制了伞裙边缘形变量的上升,对绝缘子抗风性能具有极其重要的影响。文中根据以上研究结果,优化腕臂复合绝缘子的伞裙结构,提高了绝缘子的抗风性能。