一种低污支持绝缘子、高速列车及方法

本发明涉及绝缘子，尤其涉及一种低污支持绝缘子、高速列车及方法。

背景技术：

1、列车顶部的支持绝缘子由若干伞裙和芯棒组成，其中，芯棒负责承受全部机械负荷（如受电弓作用力、风载等），并提供内绝缘；伞裙具有增大爬电距离、提供憎水性外绝缘及保护芯棒免受环境侵蚀等作用‌，原则上不作为主要受力件进行设计。在使用过程中，支持绝缘子的伞裙与芯棒的外侧绝缘表面均需具有优良的防尘绝缘功能，若其外侧绝缘表面被沿途的灰尘严重污染，尤其在潮湿环境下可能导致列车车体导电，严重时甚至迫使列车停运或危及司乘人员的生命安全。

2、现有的支持绝缘子的伞裙与芯棒均为圆形截面，相应的外侧绝缘表面防污主要措施有四种：①使用疏水‌材料制作绝缘子；②在绝缘子表面覆盖防水防尘膜；③在绝缘子表面涂抹疏水‌涂层；④依靠人力擦拭绝缘子表面上的灰尘。第一种方法由于需要在保证强度的前提下又保证防尘，导致制造成本高；第二种方法需要经常检查防水防尘膜是否破损并及时更换；第三种方法也需要经常检查疏水‌涂层是否破损并及时补涂。其中，第二、三种方法往往由于沿途飞鸟、飞虫、飞沙等异物撞击而破坏支持绝缘子表面的保护状态，导致难以及时发现、难以及时更换或修复。第四种方法是被动处理积灰的，往往高铁列车每天停留在检修车间时进行人力擦拭。

3、由于高速列车几乎沿车身方向高速前进，且长时间的巡航速度一般远远大于横向风速，即使偶遇高速横风，作用时间也相对于整个巡航速度较短，所以可以忽略横向风对绝缘子积污的影响。考虑到高速列车支持绝缘子承受由巡航速度导致稳定列车风的特点，针对现有支持绝缘子设计的不足，本发明设计了一种利用高速列车风在物体表面产生高速切向风速而驱离灰尘的抑尘横截面。设计时，将支持绝缘子的伞裙与芯棒都采用同方位的带尖角椭圆形截面。椭圆的长轴与车身长度方向一致，短轴与车身长度方向垂直。一方面短轴的缩短能减少迎风宽度从而达到减少积灰量的效果；另一方面在长轴的外端引入直边尖角，使得灰尘在高速切向风速作用下难以停留在迎风轮廓线上，有利于减少灰尘在迎风轮廓线上的堆积；此外，相比传统圆形截面的支持绝缘子，由于抑尘横截面的背风面上有了背风角，使得背风轮廓上的负压与涡流都将大幅减少，也有利于减少背风轮廓线上的积灰。当列车在返程中，原去程的迎风轮廓线与背风轮廓线互换，即使原有的背风轮廓线上有些许积灰，在变成迎风面时也会因高速风速将驻留的灰尘吹离。由于支持绝缘子的迎风宽度变小且设置了迎风尖角与背风尖角，都会使得支持绝缘子的风阻变小。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种低污支持绝缘子、高速列车及方法，既减少了高铁列车运行途中支持绝缘子积污导致的安全风险，还具有降低支持绝缘子风阻的作用。

2、本发明的技术方案是：一种低污支持绝缘子，包括芯棒及沿所述芯棒轴向设置的多个伞裙，所述芯棒和/或伞裙上具有抑尘横截面，所述抑尘横截面包括椭圆和位于所述椭圆的两个外端的尖角，所述尖角位于椭圆的长轴线方向上；所述椭圆的弧线与尖角的两条直线相切；两所述直线具有夹角

θi，所述椭圆的长轴的长度为2，所述椭圆的短轴的长度为2

bi，所述尖角的顶点到椭圆中心

o的距离为

ci，

ci＞；所述抑尘横截面的总面积为：

3、（1）

4、所述抑尘横截面的轮廓线形成绝缘表面。

5、

i=1表示伞裙；

i=2表示芯棒。

6、上述方案中，设计全新的抑尘横截面，使支持绝缘子在满足力学要求与制造工艺要求的前提下，在运行途中具有良好的低积污效果与低风阻效果。

7、优选的，所述抑尘横截面的总面积，其中，为传统支持绝缘子的伞裙或芯棒的圆形截面的半径。

8、优选的，所述绝缘表面的积污程度按计算式（2）进行预测：

9、（2）

10、式中，为无量纲的待定常数，为无量纲的线性比例系数，。

11、优选的，所述夹角，其中，为抑尘横截面加工所要求的最小制造角度值。

12、优选的，所述芯棒的短半轴长度，其中，为芯棒满足工况要求下的抗弯强度所要求的最小短半轴值。

13、优选的，轴向上布设的多个所述伞裙上的抑尘横截面的总面积相等或不等。

14、优选的，所述尖角的末端为钝角；所述椭圆中部边线为与长轴平行的直线；或者，所述椭圆的中部边线为至少两段直线，或者至少两段直线相交形成有顶角，或者，所述椭圆的中部边线为光滑的非椭圆曲线。所述光滑的非椭圆曲线是指除椭圆以外的光滑曲线。

15、基于同一个发明构思，本发明还提供一种上述低污支持绝缘子的抑尘横截面的设计方法，包括：

16、步骤一，确定条件；为抑尘横截面加工所要求的最小制造角度值；

17、步骤二，确定条件；为芯棒满足工况要求下的抗弯强度所要求的最小短半轴值；

18、步骤三，确定条件；为传统支持绝缘子的伞裙或芯棒的圆形截面的半径；

19、步骤四，使小，即让靠近，让大；

20、步骤五，确定出伞裙与芯棒的的取值，绘制抑尘横截面的轮廓图，并使伞裙长轴与芯棒长轴方向一致；

21、步骤六，根据抑尘横截面的轮廓图，加工支持绝缘子。

22、基于同一个发明构思，本发明还提供一种包括上述低污支持绝缘子的高速列车。所述椭圆的长轴与列车车身的长度方向一致，椭圆的短轴与列车车身长度方向垂直。

23、与相关技术相比，本发明的有益效果为：对支持绝缘子的截面形状与尺寸进行了低积污的抑尘设计，既减少了高铁列车运行途中支持绝缘子积污导致的安全风险，也减少事后除尘的维护费用，同时还具有降低支持绝缘子风阻的作用。

1.一种低污支持绝缘子，包括芯棒及沿所述芯棒轴向设置的多个伞裙，其特征在于，所述芯棒和/或伞裙上具有抑尘横截面，所述抑尘横截面包括椭圆（1）和位于所述椭圆（1）的两个外端的尖角（2），所述尖角（2）位于椭圆（1）的长轴线方向上；所述椭圆（1）的弧线与尖角（2）的两条直线（21）相切；两所述直线（21）具有夹角θi，所述椭圆（1）的长轴的长度为2，所述椭圆（1）的短轴的长度为2bi，所述尖角（2）的顶点到椭圆（1）中心o的距离为ci，ci＞；所述抑尘横截面的总面积为：

2.根据权利要求1所述的低污支持绝缘子，其特征在于，所述抑尘横截面的总面积，其中，为传统支持绝缘子的伞裙或芯棒的圆形截面的半径。

3.根据权利要求1所述的低污支持绝缘子，其特征在于，所述绝缘表面的积污程度按计算式（2）进行预测：

4.根据权利要求1所述的低污支持绝缘子，其特征在于，所述夹角，其中，为抑尘横截面加工所要求的最小制造角度值。

5.根据权利要求1所述的低污支持绝缘子，其特征在于，所述芯棒的短半轴长度，其中，为芯棒满足工况要求下的抗弯强度所要求的最小短半轴值。

6.根据权利要求1所述的低污支持绝缘子，其特征在于，轴向上布设的多个所述伞裙上的抑尘横截面的总面积相等或不等。

7.根据权利要求1所述的低污支持绝缘子，其特征在于，所述尖角（2）的末端为钝角；所述椭圆（1）中部边线为与长轴平行的直线；或者，所述椭圆（1）的中部边线为至少两段直线，或者至少两段直线相交形成有顶角，或者，所述椭圆（1）的中部边线为光滑的非椭圆曲线。

8.一种设计如权利要求1-7任一项所述的低污支持绝缘子的抑尘横截面的设计方法，包括：

9.一种高速列车，其特征在于，包括如权利要求1-7任一项所述的低污支持绝缘子。